JP2005324737A - 車両の走行状態制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高μ路・低μ路において正確に路面反力トルクを推定し、その路面反力トルク推定値を用いて車両の走行状態制御を行なう。
【解決手段】
ステアリング軸反力トルク信号をローパスフィルタ処理する時定数が最適でない場合でも、実摩擦トルクと推定摩擦トルクに基づいて路面反力トルク推定値の補正を行ない、全領域路面反力トルク推定値を出力し、この全領域路面反力トルク推定値に基づき、アシストトルクを決定し、その他の車両の走行状態制御を行なう。
【選択図】図２

Description

この発明は、自動車などの車両におけるステアリング制御、制動制御などの走行状態制御を行なう車両の走行状態制御装置に関するものである。

例えば、特開２００３−３１２５２１号公報（先行技術１）には、車両のステアリング制御を行なう電動式パワーステアリング制御装置において、路面反力トルクを推定するために、ステアリング軸反力トルク信号をローパスフィルタ処理するものが開示されている。この先行技術では、前記ローパスフィルタ処理における時定数を、アシストモータ速度と車速に応じて可変とすることにより、高い車速、速い操舵速度においても、路面反力トルクの推定精度が向上するようにしている。

また、特開２００３−３４１５３８号公報（先行技術２）には、路面反力トルクと横滑り角とを用いて車両の走行状態を検出し、横滑り角と路面反力トルクとの特性を用いて、横滑り角が小さい領域での直線勾配と横滑り角とから規範値を求め、実測値との偏差が大きくなると走行挙動が不安定状態であると判定するものが開示されている。

また、特開２００３−３１２４６５号公報（先行技術３）には、車輪に対する横方向のグリップの程度を表すグリップ度を精度よく推定し、グリップ度に基づき適切に車両の運動制御を行うものが開示されている。

また、特開２００３−１２７８８８号公報（先行技術４）には、セルフアライニングトルク（路面反力トルク）に基づいてヒステリシス特性を除去した補正値を出力し、この補正値に基づいて路面摩擦状態を推定し、全操舵角範囲において正確に路面摩擦状態推定するものが開示されている。

特開２００３−３１２５２１号公報 特開２００３−３４１５３８号公報 特開２００３−３１２４６５号公報 特開２００３−１２７８８８号公報

しかしながら、先行技術１では、ローパスフィルタの時定数τestを次式（１）で演算している。
τest＝Ｔf_abs／（Ｋalign×ωs） （１）
ここで、
Ｔf_abs：ステアリング機構の摩擦トルク（アシストモータの摩擦トルクも含む）の絶対値
Ｋalign：車速に応じた路面反力トルクと操舵角の比
ωs：アシストモータ速度より得られる操舵速度

式（１）の時定数演算式では、路面反力トルクが通常走行での使用領域である線形領域を想定しているため滑りやすい路面等で飽和した場合、Ｋalignが小さくならないので、ステアリング軸反力トルクに適用する可変ローパスフィルタの時定数が、最適値よりも小さくなり、適切な路面反力トルク推定ができなくなるという問題が生じる。

また、先行技術２では、路面反力トルクの検出手法について言及されておらず、必然的にロードセルなどのセンサを用いる必要があるため、構成が非常に高価になる問題が生じる。

また、先行技術３では、グリップ度の推定に実路面反力トルク検出手段と基準路面反力トルク検出手段を設けて推定しているが、実路面反力トルクの検出に車両のサイドフォースとニューマチックトレールとキャスタトレールを用いているために、横Gセンサ及びヨーレートセンサが必要となり、実路面反力トルクの検出構成が非常に高価になるという問題がある。

さらに、先行技術４では、摩擦項を定常値外乱としてステアリング軸換算の路面反力トルクのヒステリシスを除去して得る手法であるため、路面の不備な表面から受ける振動など高周波外乱に対して推定精度が悪化する。また高周波外乱を打ち消すためにステアリング軸換算の路面反力トルクを、ローパスフィルタ処理することが考えられるが、この方法では実際の路面反力トルクに対して位相遅れやゲインのずれが生じるという問題がある。

この発明は上記問題点を解消するためになされたもので、この発明の第１の目的は、ステアリング軸換算の路面反力トルク推定値に誤差が生じた場合においても、路面反力トルク推定値を補正し、適切な路面反力トルク推定値を安価な構成で演算し、この適切な路面反力トルク推定値を用いて、ステアリング機構の操舵トルクをアシストするアシストトルクを決定できる車両の走行状態制御装置を提案するである。

また、この発明の第２の目的は、ステアリング軸換算の路面反力トルク推定値に誤差が生じた場合においても、路面反力トルク推定値を補正し、適切な路面反力トルク推定値を安価な構成で演算し、この適切な路面反力トルク推定値を用いて、車両の走行状態を検出し、走行状態を安定させる車両の走行状態制御装置を提案するである。

この発明の第１の目的に対応する車両の走行状態制御装置は、ステアリングハンドルに連結されたステアリング軸を有し、このステアリング軸により車両を操舵するステアリング機構を備えた車両の走行状態制御装置であって、
車両に発生する路面反力トルクを前記ステアリング軸に換算したステアリング軸反力トルクを表わすステアリング軸反力トルク信号を出力するステアリング軸反力トルク信号出力手段、
前記路面反力トルクの線形領域における線形路面反力トルクを表わす線形路面反力トルク推定値を出力する線形路面反力トルク演算手段、
前記ステアリング機構の摩擦トルクを表わす実摩擦トルク信号を出力する実摩擦トルク信号出力手段、
前記ステアリング軸反力トルク信号と、前記実摩擦トルク信号とに基づく補正量により、前記線形路面反力トルク推定値を補正して全領域路面反力トルク推定値を出力する全領域路面反力トルク推定手段、および
前記全領域路面反力トルク推定値を用いて、前記ステアリング機構に運転者が与える操舵トルクをアシストするアシストトルクを決定するアシストトルク決定手段を備えたことを特徴とする。

また、この発明の第２の目的に対応する車両の走行状態制御装置は、ステアリングハンドルに連結されたステアリング軸を有し、このステアリング軸により車両を操舵するステアリング機構を備えた車両の走行状態制御装置であって、
車両に発生する路面反力トルクを前記ステアリング軸に換算したステアリング軸反力トルクを表わすステアリング軸反力トルク信号を出力するステアリング軸反力トルク信号出力手段、
前記路面反力トルクの線形領域における線形路面反力トルクを表わす線形路面反力トルク推定値を出力する線形路面反力トルク演算手段、
前記ステアリング機構の摩擦トルクを表わす実摩擦トルク信号を出力する実摩擦トルク信号出力手段、
前記ステアリング軸反力トルク信号と、前記実摩擦トルク信号とに基づき、前記線形路面反力トルク信号を補正して全領域路面反力トルク推定値を出力する全領域路面反力トルク推定手段、
前記全領域路面反力トルク推定値に基づいて車両の走行状態を検出する走行状態検出手段、および
前記走行状態検出手段の出力に基づいて車両の走行状態を制御する走行状態制御手段を備えたものである。

この発明の第１の目的に対応する車両の走行状態制御装置では、ステアリング軸反力トルク信号と、ステアリング機構の摩擦トルクを表わす実摩擦トルク信号とに基づく補正量により、線形路面反力トルク推定値を補正する全領域路面反力トルク推定手段を有し、この全領域路面反力トルク推定手段から出力される全領域路面反力トルク推定値を用いて、アシストトルク決定手段がアシストトルクを決定するので、線形路面反力トルク推定値に誤差が生じた場合においても、線形路面反力トルク推定値を補正し、適切な全領域路面反力トルク推定値を安価な構成で演算し、この全領域路面反力トルク推定値を用いて、ステアリング機構の操舵トルクをアシストするアシストトルクを決定できる。

この発明の第２の目的に対応する車両の走行状態制御装置では、ステアリング軸反力トルク信号と、ステアリング機構の摩擦トルクを表わす実摩擦トルク信号とに基づき、線形路面反力トルク推定値を補正する全領域路面反力トルク推定手段を有し、この全領域路面反力トルク推定手段から出力される全領域路面反力トルク推定値を用いて、車両に走行状態を検出する走行状態検出手段を設け、この走行状態検出手段の出力により、車両の走行状態が安定するように制御するので、線形路面反力トルク推定値に誤差が生じた場合においても、線形路面反力トルク推定値を補正し、適切な全領域路面反力トルク推定値を安価な構成で演算し、この全領域路面反力トルク推定値を用いて、車両の走行状態を安定化できる。

以下この発明による車両の走行状態制御装置のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
まず、この発明による車両の走行状態制御装置の実施の形態１を添付図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の実施の形態１に係る代表的な車両のステアリング制御装置の全体構成図である。この図１のステアリング制御装置は、自動車のステアリング機構ＳＭを有し、このステアリング機構ＳＭは、ステアリングハンドル１、ステアリング軸２、ステアリングギヤボックス３、操舵トルク信号出力手段４、アシストモータ５、ラックとピニオン機構６、タイヤ７、制御装置８を含んでいる。操舵トルク信号出力手段４は、トルクセンサであり、ステアリング軸２に配置され、運転者により与えられる操舵トルク９を検出して操舵トルク９を表わす操舵トルク信号１３を出力する。

運転者による操舵トルク９はステアリングハンドル１に与えられる。ステアリング軸２はステアリングハンドル１に連結され、ステアリングギヤボックス３と、ラックとピニオン機構６を介してタイヤ７を操作し、車両を操舵する。アシストモータ５は電気モータであり、モータギヤ（図示せず）を介して、ステアリング軸２に結合される。このアシストモータ５は、モータギヤのギヤ比により減速してステアリング軸２を駆動し、ステアリング軸２に操舵トルク９をアシストするアシストトルク１０を与える。

ステアリング機構ＳＭのステアリング軸２には、操舵トルク９と、アシストトルク１０とが加え合わせて与えられる。アシストトルク１０はアシストモータ５により、操舵トルク９をアシストするようにステアリング軸２に与えられる。これらの操舵トルク９とアシストトルク１０は、ステアリングギアボックス３を通じて数倍にされ、ラックとピニオン機構６を通じてタイヤ７を操舵する。

次に電気的、力学的な構成を説明する。図１のステアリング制御装置は、運転者による操舵トルク９に応じたアシストトルク１０をアシストモータ５により発生させることを主な機能とする。電気的には、運転者がステアリングハンドル１を切ったときの操舵トルク９を操舵トルク信号出力手段４で測定し、制御装置８に操舵トルク信号１３が送られる。制御装置８は、アシストモータ５の状態量である電流検出信号１５と電圧検出信号１６と操舵トルク信号１３を受け、アシストトルク１０を発生させるための駆動電圧１４を演算し、この駆動電圧１４をアシストモータ５に印加する。この制御装置８は、例えばマイクロコンピュータにより構成される。

力学的には、操舵トルク９とアシストトルク１０の和がステアリング軸反力トルク１７に抗してステアリング軸２を回転させる。このステアリング軸反力トルク１７は、タイヤ７に作用する路面反力トルク１２を、ステアリング軸２に換算した反力トルクである。またステアリングハンドル１を回転させるときには、アシストモータ５の慣性項も作用するので、次の関係式（２）が成立する。
Ｔtran＝Ｔhdl＋Ｔassist−Ｊ×（ｄω／ｄｔ） （２）
ただし、ステアリング軸反力トルク１７をＴtran、操舵トルク９をＴhdl、アシストトルク１０をＴassist、アシストモータ５の慣性トルクをJ・dω/dtとする。

また、アシストモータ５によるアシストトルク１０（Ｔassist）は、次式（３）で与えられる。
Ｔassist＝Ｇgear×Ｋt×Ｉmtr （３）
ただし、アシストモータ５のモータギア比をＧgear、アシストモータ５のトルク定数をＫt、アシストモータ５のモータ電流をＩmtrとする。

また、ステアリング軸反力トルク１７（Ｔtran）は、次の式（４）で与えられ、また摩擦トルク１１（Ｔfric）は次の式（５）で与えられる。
Ｔtran＝Ｔalign＋Ｔfric （４）
Ｔfric＝Ｔf_abs×ｓｉｇｎθ （５）
ただし、タイヤ７に作用する路面反力トルク１２をＴalignとし、アシストモータ５をも含めたステアリング機構ＳＭの摩擦トルク１１をＴfricとする。Ｔf_absは、ステアリング機構ＳＭの摩擦トルク１１（Ｔfric）の絶対値であり、θはステアリングハンドル１に与えられる操舵角である。操舵角θは、その操舵角θを表わす操舵角信号を発生する操舵角信号出力手段を、ステアリング軸２に配置することにより、検知できる。

制御装置８は操舵トルク信号１３を受け、アシストモータ５に対するアシストトルク１０（Ｔassist）の目標値と、モータ電流Ｉmtrの目標値を演算し、これに対して、アシストモータ５の電流検出信号１５が一致するように電流制御がなされて、アシストモータ５は、モータ電流Ｉmtrと、トルク定数Ｋtと、モータギア比Ｇgearを乗じたアシストトルク１０（Ｔassist）を発生し、運転者が操舵する操舵トルク９（Ｔhdl）をアシストする構成となっている。

制御装置８によるアシストトルク１０（Ｔassist）の目標値の演算には、図２に示すアシストトルク決定手段１１０が使用される。このアシストトルク決定手段１１０には、操舵トルク９（Ｔhdl）を表わす操舵トルク信号１３の他に、車両の車速を表わす車速信号Ｓveh、ステアリング軸２の回転速度を表わす操舵速度信号Ｓsteer、ステアリング軸２の回転加速度を表わす操舵加速度信号Ａsteer、および路面反力トルク１２（Ｔalign）を推定した全領域路面反力トルク推定値６０１(Ｔalign_rev)が入力され、アシストトルク決定手段１１０はこれらの信号に基づき、アシストモータ５のアシストトルク１０(Ｔassist)を決定する。全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）は、この発明により導入されたものである。

車速信号Ｓvehは、例えば車軸の回転数を検出する車速信号出力手段から出力される。操舵速度信号Ｓsteerは、操舵速度信号出力手段から出力される。この操舵速度信号出力手段は、例えばアシストモータ５に内蔵され、アシストモータ５の回転速度を検出し、このアシストモータ５の回転速度に基づいて、出力される。操舵加速度信号Ａsteerは、この操舵速度信号Ｓateerを微分することにより得られる。

図２は実施の形態１における信号処理手段２０を示す。図２を用いて、全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を推定するための構成と、この全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を用いて、車両の走行状態検出および走行状態制御を行なう構成について説明する。

図２に示す信号処理手段２０は、ステアリング軸反力トルク出力手段３０と、線形路面反力トルク演算手段４０と、実摩擦トルク出力手段５０と、全領域路面反力トルク推定手段６０と、走行状態検出手段７０と、走行状態制御手段１００を含んでいる。走行状態制御手段１００は、アシストトルク決定手段１１０と、その他の制御手段１２０を含んでいる。信号処理手段２０において、少なくとも線形路面反力トルク演算手段４０と、全領域路面反力トルク推定手段６０と、走行状態検出手段７０、アシストトルク決定手段１１０は、制御装置８を構成するマイクロコンピュータにより実行される。

ステアリング軸反力トルク信号出力手段３０は、例えばステアリング軸２にステアリング軸反力トルク１７(Ｔtran)を検出するロードセルを配置して、ステアリング軸反力トルク１７（Ｔtran）を表わすステアリング軸反力トルク信号３０１を出力する。しかし、例えば操舵トルク９（Ｔhdl）を表わす操舵トルク信号１３と、アシストモータ５のモータ電流Ｉmtrを表わす電流検出信号１５と、ステアリング軸２の回転加速度を表わすステアリング軸加速度信号Ａsteerとを使用し、式（２）に基づきステアリング軸反力トルク１７（Ｔtran）を表わすステアリング軸反力トルク信号３０１を発生することもできる。

線形路面反力トルク演算手段４０は、路面反力トルク１２（Ｔalign）の線形領域における線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）を演算するもので、例えば、ステアリング軸反力トルク１７（Ｔtran）を表わすステアリング軸反力トルク信号３０１をローパスフィルタ処理することにより、線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）を出力する。このローパスフィルタ処理には、時定数τestが使用される。ローパスフィルタ処理は、ステアリング軸反力トルク信号３０１（Ｔtran）に対し、１／（τest×ｓ＋１）を乗算する演算を行ない、線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）を出力する。このローパスフィルタ処理もマイクロコンピュータにより実行される。なお、ｓはラプラス演算子である。

実摩擦トルク出力手段５０は、例えば、予め求めたステアリング機構ＳＭ内の摩擦トルクＴfricの値を、マイクロコンピュータのメモリ内に記憶し、摩擦トルクＴfricを表わす実摩擦トルク信号５０１を出力する。この実摩擦トルク信号５０１は、ステアリング機構ＳＭの摩擦トルクＴfricの絶対値Ｔf_absに、符号（極性）を乗算して得られた値とし、この符号としては、図４（ｂ）に示す操舵速度信号Ｓsteerの符号（極性）を用いる。

全領域路面反力トルク推定手段６０は、ステアリング軸反力トルク信号出力手段３０からのステアリング軸反力トルク信号３０１（Ｔtran）と、線形路面反力トルク推定手段からの線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）と、実摩擦トルク出力手段５０からの実摩擦トルク信号５０１（Ｔfric）を用いて全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を演算する。

ここで、線形路面反力トルク演算手段４０は、各車速における「操舵角θと路面反力トルクＴalignの関係」が線形となる線形領域（主に通常走行）を想定して、線形路面反力トルク４０１（Ｔalign_est）を演算するのに対し、全領域路面反力トルク推定手段６０は、上記線形領域に加え、「操舵角θと路面反力トルクＴalignの関係」が非線形の領域（例えば滑りやすい路面）でも、路面反力トルク１２（Ｔalign）を精度良く推定した全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を演算する。全領域路面反力トルク推定手段６０にて演算し求めた全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を用いて、アシストトルク決定手段１１０により、操舵トルク９をアシストするアシストトルク１０（Ｔassist）を決定し、併せて走行状態検出手段７０にて車両の走行状態の検出を行ない、車両の走行状態信号７０１を出力する。

走行状態検出手段７０は、全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）に基づき、例えば車両の走行状態におけるアンダーステア状態の検出を行なうように構成され、走行状態信号７０１はアンダーステア状態を示す。この走行状態信号７０１は、走行制御手段１００のアシストトルク決定手段１１０に伝達され、アシストトルク１０（Ｔassist）を修正し、アンダーステア状態を抑制して、車両の走行状態を安定化する。

また、走行状態信号７０１は、その他の制御手段１２０にも伝達され、車両のアンダーステアを改善して、車両の走行状態を安定化する。その他の制御手段１２０は、アシストトルク１０（Ｔassist）以外の車両の走行状態制御を行なうもので、例えば４輪独立制動装置であり、走行状態信号７０１がアンダーステア状態を示すときに、この４輪独立制動装置により、アンダーステア状態を抑制するように車両に対する制動力を制御する。その他の制御手段１２０は、また、例えばステアリングハンドル１の操舵角θに対して車輪舵角を電子的に変化できるステアバイワイヤシステムとすることもできる。このステアバイワイヤシステムにおいて、走行状態信号７０１がアンダーステア状態を示すときには、ステアリングハンドル１と車輪舵角との比率を変化させ、車輪の余分な切込みを抑制して、車両の走行状態を安定化させる。

続いて図３を用いて、全領域路面反力トルク推定手段６０について説明する。この全領域反力トルク推定手段６０は、図３に示すように、補正量演算手段６１と、補正路面反力トルク推定手段６２と、演算手段６３とを含む。演算手段６３は、ステアリング軸反力トルク出力手段３０からのステアリング軸反力トルク信号３０１（Ｔtran）と、線形路面反力トルク推定手段４０からの線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）とから、推定摩擦トルク信号５０３（Ｔfric_est）を出力する。補正量演算手段６１は、演算手段６３からの推定摩擦トルク信号５０３（Ｔfric_est）と、実摩擦トルク出力手段５０からの実摩擦トルク信号５０１（Ｔfric）とにより、線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）に対する補正量６０３（Ｔfric_err）を演算する。

演算手段６３による推定摩擦トルク信号５０３をＴfric_estとすると、この推定摩擦トルク信号Ｔfric_estは次の式（６）で与えられる。また、補正量演算手段６１による補正量６０３をＴfric_errとすると、この補正量Ｔfric_errは次の式（７）により与えられる。
Ｔfric_est＝Ｔtran−Ｔalign_est （６）
Ｔfric_err＝Ｔfric−Ｔfri_est （７）
ここで、Ｔalign_estは、線形路面反力トルク推定手段４０による線形路面反力トルク推定値４０１を示す。

路面反力トルクＴalignと摩擦トルクＴfricの和であるステアリング軸反力トルク信号１７（Ｔtran）と、線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）の差は、線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）が正確に推定された場合には、実摩擦トルク信号５０１（Ｔfric）に相当することに着目し、「ステアリング軸反力トルク信号３０１（Ｔtran）−線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）」と、既知である実摩擦トルク信号５０１（Ｔfric）の関係から線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）を補正するものであり、補正路面反力トルク推定手段６２にて、線形路面反力トルク演算手段４０からの線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）と、補正量演算手段６１からの補正量６０３（Ｔfric_err）から、全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を得ることができる。

この全領域路面反力トルク推定値６０１をＴalign_revとすれば、これは次式（８）に基づき演算される。
Ｔalign_rev＝Ｔalign_est−ＬＰＦ（Ｔfric_err） （８）
ここで、ＬＰＦ(Ｔfric_err)は、線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）に対する補正量６０３（Ｔfric_err）をローパスフィルタ処理して得られる値である。ここでのローパスフィルタの時定数は特に限定するものではなく、線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）に対する補正量６０３（Ｔfric_err）のノイズ除去に好適な時定数であれば良い。

式（８）にて全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を算出するため、線形路面反力トルク演算手段４０にてステアリング軸反力トルク信号３０１（Ｔtran）をローパスフィルタ処理する際の時定数τestが最適で無い場合、例えば高μ路、低μ路でも、全領域路面反力トルク推定手段６２にて、推定精度の良い全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）が得られる。

このように、本実施の形態１によれば、線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）に、実摩擦トルク信号５０１（Ｔfric）と推定摩擦トルク信号５０３（Ｔfric_est）との差に基づく補正を行なうことにより、全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を得ることができる。この全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）は、アシストトルク決定手段１１０に送られ、アシストモータ５のアシストトルク１０（Ｔassist）が、推定精度のよい全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を用いて決定され、より的確なアシストトルク１０（Ｔassist）を与えることができる。

また、実施の形態１によれば、路面反力トルクＴalignと操舵角θとの比、すなわちトルク勾配Kalignが比例関係でない場合でも、ステアリング軸反力トルク信号３０１（Ｔtran）と線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）と実摩擦トルク信号５０１（Ｔfric）による補正に基づき、推定精度の良い全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）が推定可能となり、車両の走行状態検出の精度も向上するので、常に適切な車両の走行状態の制御ができる。

また実施の形態１において、補正路面反力トルク推定手段６２は、補正量６０３（Ｔfric_err）が所定値より小さい場合に、補正を行なわないようにすれば、路面反力トルクＴalignと操舵角θとの比Kalignが線形領域において、ノイズに対する不感帯が設けられ、不要な全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）の切り替えをなくすことができる。

なお、推定摩擦トルク信号５０３（Ｔfric_est）の絶対値が、実摩擦トルク信号５０１（Ｔfric）の絶対値より大きい場合は、全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）の演算を行なわず、線形路面反力トルク演算手段４０の演算結果として得られる線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）を、全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）としてそのまま用いても良い。

また、補正量演算手段６１の演算では、図４（ｂ）に示す操舵速度Ｓsteerの符号を用いて、実摩擦トルク信号６０１（Ｔfric）の符号とするが、図４（ｂ）（ｄ）に示すように推定摩擦トルク信号５０３（Ｔfric_est）の符号と操舵速度Ｓsteerの符号はほぼ等しいので、図４（ｄ）に示す推定摩擦トルク信号５０３（Ｔfric_est）の符号を用いて、補正量６０３（Ｔfric_err）の演算を行っても良い。図４は、ステアリングハンドル１に与えられる操舵角θの変化を図４（ａ）に示すように、例えば正弦波と想定し、この場合の操舵速度Ｓsteerの変化を図４（ｂ）に、操舵速度Ｓsteerの符号（極性）を図（ｃ）に、また推定摩擦トルク信号５０３（Ｔfric_est）の符号（極性）を図４（ｄ）に示したものである。

このように、実摩擦トルク信号５０１（Ｔfric）は実摩擦トルクＴfricの絶対値に符号を乗じて得るようにし、この符号には、操舵速度信号Ｓsteerの符号と、推定摩擦トルク信号５０３（Ｔfric_est）の符号のいずれかを用いるので、操舵速度信号Ｓsteerが小さく、回転方向を誤認識する可能性がある場合でも、推定摩擦トルク信号５０３（Ｔric_est）を用いることにより、操舵方向を認識可能である。

実施の形態２．
次に、この発明による車両の走行状態制御装置の実施の形態２を図５に基づいて説明する。

実施の形態１は、図３に示す全領域路面反力トルク推定手段６０を用いて全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を演算するが、実施の形態２は、図５に示す全領域路面反力トルク推定手段６０Ａを用いて、全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を得る。この図５に示す全領域路面反力トルク推定手段６０Ａは、図３に示す全領域路面反力トルク推定手段６０に対し、操舵速度Ｓsteerに応じて補正量演算手段６１からの補正量６０３（Ｔfric_err）を変化できる可変調整手段６４を付加したものであり、操舵速度Ｓsteerに応じて補正量演算手段６１からの補正量６０３（Ｔfric_err）を変更することができる。なお、その他は、実施の形態１と同じに構成される。

この実施の形態２による全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）は、次の式（９）で表わされる。
Ｔalign_rev＝Ｔalign_est−ＬＰＦ（Ｇain×Ｔfric_err） （９）
ここで、
Ｔalign_rev：全領域路面反力トルク推定手段６０Ａによる全領域路面反力トルク推定値
Ｔalign_est：線形路面反力トルク推定手段４０による線形路面反力トルク推定値
Ｔfric_err：補正量演算手段６１による補正量
Ｇain：操舵速度Ｓsteerに応じて変更される比率

保舵時の実摩擦トルクＴfricは、±α（αは所定値）の範囲で変動するが、ほぼ0付近となるため、補正量演算手段６１からの補正量６０３（Ｔfric_err）に基づき、線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）の補正を行なうと、路面反力トルクＴalignより下回ってしまう可能性がある。そこで、操舵速度Ｓsteerに応じてゲインＧainを変更できる可変調整手段６４により、操舵速度Ｓsteerが小さい場合は、ゲインＧainを1以下に設定することにより、全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）の推定精度を向上させる。

このように実施の形態２によれば、保舵時は、摩擦トルクの影響が実摩擦トルクよりも小さく0付近となり、操舵速度検出誤差により、保舵を操舵と誤認識して摩擦トルクの影響を過剰に補正してしまうことがなくすることができる。

なお、推定摩擦トルク信号５０３（Ｔfric_est）の絶対値が実摩擦トルク信号５０１（Ｔfric）の絶対値より大きい場合は、全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）の算出を式で行なわず、線形路面反力トルク演算手段４０からの線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）をそのまま全領域路面反力推定値６０１（Ｔalign_rev）として用いても良い。

実施の形態３．
次に、この発明による車両の走行状態制御装置の実施の形態３を図６に基づいて説明する。

この実施の形態３では、図６に示す全領域路面トルク推定手段６０Ｂが使用される。この全領域路面反力トルク推定手段６０Ｂでは、図３に示す全領域路面反力トルク推定手段６０に実摩擦補償路面反力トルク推定手段６５が付加され、また補正路面反力トルク推定手段６２に代わって、路面反力トルク切替手段６６が用いられる。その他は実施の形態１と同じに構成される。

実摩擦補償路面反力トルク推定手段６５は、実摩擦トルク信号５０１（Ｔfric）と、ステアリング軸反力トルク３０１（Ｔtran）を受け、実摩擦補償路面反力トルク推定値６０７（Ｔalign_fric）を出力する。路面反力トルク切替手段６６は、線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）と、補正量演算手段６１からの補正量６０３（Ｔfric_err）と、実摩擦補償路面反力トルク推定手段６５からの実摩擦補償反力トルク推定値６０７（Ｔalign_fric）を受け、線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）と実摩擦補償路面反力トルク推定値６０７（Ｔalign_fric）とを切替える。

実摩擦補償路面反力トルク推定手段６５は、ステアリング軸反力トルク信号３０１（Ｔtran）から実摩擦トルク信号５０１（Ｔfric）を差し引き、実摩擦補償路面反力トルク推定値６０７（Ｔalign_fric）を演算する。実摩擦補償路面反力トルク推定値６０７をＴalign_fricとすると、これは次の式（１０）で演算される。
Ｔalign_fric＝Ｔtran−Ｔfric （１０）

路面反力トルク切替手段６６は、推定摩擦トルク信号５０３（Ｔfric_est）が小さいとき、つまり図１１に示すようにステアリング軸反力トルクＴtranに線形路面反力トルク推定値Ｔalign_estが所定値に近づいた場合には、式（９）を用いて実摩擦補償路面反力トルク推定値６０７（Ｔalign_fric）を、また、ステアリング軸反力トルクＴtranから線形路面反力トルク推定値Ｔalign_estが所定値以上遠ざかった場合には、線形路面反力トルク演算手段４０からの線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）を、それぞれ路面反力トルク切替手段６６の出力とし、全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）とする。

図１１は横軸に操舵角θを、縦軸にトルクを採り、ある車速におけるステアリング軸反力トルクＴtranの変化を濃い実線で示したもので、このステアリング軸反力トルクＴtranはヒステリシスを持った変化となる。縦軸方向にステアリング軸反力トルクＴtranのヒステリシス変化を二分する薄い実線が、線形路面反力トルク推定値Ｔalign_estであり、また縦軸方向にステアリング軸反力トルクＴtranをほぼ二分する点線が、全領域路面反力トルクＴalign_revを示す。また、縦軸方向における薄い実線と濃い実線との間の距離が推定摩擦トルク信号Ｔfric_estであり、また同じく縦軸方向における点線と濃い実線との間の距離が実摩擦トルク信号Ｔfricである。

この実施の形態３によれば、線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）と実摩擦補償路面反力トル推定値６０７（Ｔalign_fric）との切り替えにより、演算負荷を低減できる。

なお、実施の形態３において、全領域路面反力トルク推定値Ｔalign_revが、連続性を保つようにするため、路面反力トルク切替手段６６の出力をローパスフィルタ処理するようにしても良い。ここでのローパスフィルタ処理の時定数は特に限定するものではなく、路面反力トルク切替手段６６の出力に連続性が保たれる時定数であれば良い。また、ローパスフィルタ処理の代わりに、実摩擦補償路面反力トルク推定値６０７（Ｔtran_fric）と線形路面反力トルク推定値４０１（Ｔalign_est）の可重平均とし、推定摩擦トルク信号５０３（Ｔfric_est）の値に応じて、重み変えても良い。

実施の形態４．
次に、この発明による車両の走行状態制御装置の実施の形態４を図７に基づいて説明する。

この実施の形態４では、図２に示す走行状態検出手段７０が、図７に示すように、基準路面反力トルク演算手段７１と、走行状態判定手段７２とで構成される。基準路面反力トルク演算手段７１は、車速信号Ｓvehと、操舵角信号θsを受けて、車速Ｓvehによって異なる操舵角θと路面反力トルク１２（Ｔalign）との勾配から基準路面反力トルク値６０９を出力する。例えば、図１１では、濃い実線で示されたステアリング軸反力トルクＴtranの、操舵角θを示す横軸に対する勾配から演算される。走行状態判定手段７２は、基準路面反力トルク値６０９と、実施の形態1で演算した全領域路面反力トルク推定値６０１を受けて、走行状態信号７０１を発生する。

車両がアンダーステア状態になると、前輪スリップ角α_fに対し、図８に実線で示す路面反力トルクＴalignと、図８に点線で示す前輪サイドファースＦyfは、前輪スリップ角αfが大きくなるに伴なって飽和する。路面反力トルクＴalignと前輪サイドファースＦyfを比べると、前輪スリップ角α_fに対し、路面反力トルクＴalignが、前輪サイドフォースＦyfより先に飽和する。この特性に基づき、基準路面反力トルク値６０９と全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を用いて走行状態判定手段７２にて車両のアンダーステア状態を判定し、走行状態信号７０１を出力する。

走行状態判定手段７２は、図９に示すように演算手段７３と、比例ゲイン７４と、比較手段７５と閾値手段７６で構成される。演算手段７３は、基準路面反力トルク推定値６０９から全領域路面反力トルク推定値６０１を減算し、この演算手段７４の出力が比例ゲイン７５で増幅される。この比例ゲイン７５の出力と閾値手段７６の出力とが比較手段７５において比較され、比例ゲイン７４の出力が閾値手段７６の閾値出力以上のときに、走行状態信号７０１はアンダーステア状態を示す。

走行状態判定手段７２にて検出した走行状態信号７０１は、走行制御手段１００のアシストトルク決定手段１１０およびその他の制御手段１２０に伝達され、アンダーステアを抑制して車両の走行状態を安定化させる。アシストトルク決定手段１１０では、アンダーステアを示す走行状態信号７０１は、アシストトルクを減少させ、ステアリングハンドル１の操舵を重くして、切り増しを防止する。その他の制御手段１２０が４輪独立制動装置であるときには、走行状態信号７０１は制動力を増加させ、車両の走行状態を安定化させる。また、ステアリング機構ＳＭがステアバイワイヤシステムであるときには、ステアリングハンドル１の操舵角θと車輪舵角との比率を変化させ、車輪の余分な切込みを防止する。

実施の形態４によれば、基準路面反力トルク値６０９と全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を用いることにより、例えば車両のアンダーステア状態を検出することができる。また、実施の形態４では、全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）は、実施の形態1で演算した値を用いたが、実施の形態２、３で演算した全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を用いても良い。

実施の形態５．
次に、この発明による車両の走行状態制御装置の実施の形態５について、図１０に基づいて説明する。

実施の形態４で説明したように、路面反力トルクＴalignは前輪サイドフォースＦyfより先に飽和する特性がある。実施の形態５は、この特性を利用し、図１０に示す走行状態判定手段７２Ａを用いて車両の走行状態を判定する。走行状態判定手段７２Ａは、図９に示した走行状態判定手段７２に、微分手段７７、７８と、演算手段７９と、微分ゲイン８０と、演算手段８１とを付加したものである。

微分手段７７は基準路面反力トルク値６０９を微分し、微分手段７８は全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を微分する。演算手段７９は、微分手段７７の出力から微分手段７８の出力を差し引き、微分ゲイン８０はこの演算手段７９の出力を微分ゲイン倍する。演算手段８１は比例ゲイン７４の出力と、微分ゲイン８０の出力とを加算し、この演算手段８１の出力と、閾値手段７６からの閾値とが比較手段７５で比較される。
比例ゲイン７４の出力と微分ゲイン８０の出力との和が、閾値手段７６からの閾値以上である場合、車両がアンダーステア状態であると判定し、走行状態信号７０１を出力する。

車両の走行状態判定手段７２Ａにて検出した走行状態信号７０１は、実施の形態４と同様に、走行制御手段１００に伝達され、アンダーステアの抑制を行う。

実施の形態５によれば、基準路面反力トルク値６０９と全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を用いることにより、車両のアンダーステア状態を検出することができる。また、実施の形態５では、基準路面反力トルク値６０９の微分値と、全領域路面反力トルク推定値６０１の微分値を用いたので、走行状態信号７０１を、より早く検出できる。

なお、実施の形態５でも、全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）は、実施の形態1で演算した値を用いたが、実施の形態２、３で演算した全領域路面反力トルク推定値６０１（Ｔalign_rev）を用いても良い。

この発明による車両の走行状態制御装置は、車両、例えば自動車のパワーステアリング制御装置として、また自動車の走行状態の安定化装置として、利用される。

この発明による車両の走行状態制御装置の実施の形態１の全体構成を示す構成図。 実施の形態１における信号処理手段を示すブロック図。 実施の形態１における全領域路面反力トルク推定手段を示すブロック図。 実施の形態１における操舵角、操舵速度、操舵速度の符号および推定摩擦トルクの符号の変化を示すグラフ。 この発明による車両の走行状態制御装置の実施の形態２における全領域路面反力トルク推定手段を示すブロック図。 この発明による車両の走行状態制御装置の実施の形態３における全領域路面反力トルク推定手段を示すブロック図。 この発明による車両の走行状態制御装置の実施の形態４における走行状態検出手段を示すブロック図。 自動車の前輪スリップ角に対すると路面反力トルクと前輪サイドフォースとの関係を示す特性図。 この発明による車両の走行状態制御装置の実施の形態４における走行状態判定手段を示すブロック図。 この発明による車両の走行状態制御装置の実施の形態５における走行状態判定手段を示すブロック図。 自動車の操舵角と線形路面反力トルク推定値及び全領域路面反力トルク推定値、ステアリング軸反力トルクの関係図。

符号の説明

１：ステアリングハンドル、２：ステアリング軸、３：ステアリングギアボックス、
４：操舵トルク信号出力手段、５：アシストモータ、６：ラック＆ピニオン軸、
７：タイヤ、８：制御装置、９：操舵トルク、１０：アシストトルク、１１：摩擦トルク、１２：路面反力トルク、１３：操舵トルク信号、１４：印加電圧、１５：電流検出信号、１６：電圧検出信号、１７：ステアリング軸反力トルク、２０：信号処理手段、
３０：ステアリング軸反力トルク出力手段、４０：線形路面反力トルク演算手段、
５０：実摩擦トルク出力手段、６０、６０Ａ、６０Ｂ：全領域路面反力トルク推定手段、
６１：補正量演算手段、６２：補正路面反力トルク推定手段、６４：可変調整手段、
６５：実摩擦補償路面反力トルク推定手段、６６：路面反力トルク切替手段、
７０：走行状態検出手段、７１：基準路面反力トルク演算手段、
７２、７２Ａ：走行状態判定手段。

Claims (12)

1. ステアリングハンドルに連結されたステアリング軸を有し、このステアリング軸により車両を操舵するステアリング機構を備えた車両の走行状態制御装置であって、
   車両に発生する路面反力トルクを前記ステアリング軸に換算したステアリング軸反力トルクを表わすステアリング軸反力トルク信号を出力するステアリング軸反力トルク信号出力手段、
   前記路面反力トルクの線形領域における線形路面反力トルクを表わす線形路面反力トルク推定値を出力する線形路面反力トルク演算手段、
   前記ステアリング機構の摩擦トルクを表わす実摩擦トルク信号を出力する実摩擦トルク信号出力手段、
   前記ステアリング軸反力トルク信号と、前記実摩擦トルク信号とに基づく補正量により、前記線形路面反力トルク推定値を補正して全領域路面反力トルク推定値を出力する全領域路面反力トルク推定手段、および
   前記全領域路面反力トルク推定値を用いて、前記ステアリング機構に運転者が与える操舵トルクをアシストするアシストトルクを決定するアシストトルク決定手段を備えたことを特徴とする車両の走行状態制御装置。
2. 請求項１記載の車両の走行状態制御装置であって、前記全領域路面反力トルク推定手段は、補正量演算手段および補正路面反力トルク推定手段を有し、
   前記補正量演算手段は、前記ステアリング軸反力トルク信号と前記線形路面反力トルク推定値とに基づき演算される推定摩擦トルク信号と、前記実摩擦トルク信号とを用いて前記補正量を出力し、
   また、前記補正路面反力トルク推定手段は、前記線形路面反力トルク推定値と前記補正量とに基づき、前記全領域路面反力トルク推定値を演算することを特徴とする請求項１記載の車両の走行状態制御装置。
3. 請求項２記載の車両の走行状態制御装置であって、前記補正路面反力トルク推定手段は、前記補正量が所定値より小さい場合、補正を行なわないことを特徴とする車両の走行状態制御装置。
4. 請求項２記載の車両の走行状態制御装置であって、前記ステアリング機構の操舵速度を表わす操舵速度信号を出力する操舵速度信号出力手段を備え、前記実摩擦トルク信号は、実摩擦トルクの絶対値に符号を乗じて得るようにし、前記符号には、前記操舵速度信号の符号と前記推定摩擦トルク信号の符号のいずれかを用いることを特徴とする車両の走行状態制御装置。
5. 請求項４記載の車両の走行状態制御装置であって、前記全領域路面反力トルク推定手段は、前記操舵速度信号に基づき、前記補正量演算手段から出力される前記補正量を調整できる可変調整手段を備え、前記操舵速度が小さいときに前記可変調整手段にて前記補正量を小さくすることを特徴とする車両の走行状態制御装置。
6. 請求項１記載の車両の走行状態制御装置であって、前記全領域路面反力トルク推定手段は、実摩擦補償路面反力トルク推定手段および路面反力トルク切替手段を有し、
   前記実摩擦補償路面反力トルク推定手段は、前記ステアリング軸反力トルク信号と前記実摩擦トルク信号とに基づき、実摩擦補償路面反力トルク推定値を演算し、
   また、前記路面反力トルク切替手段は、前記補正量に基づいて、前記全領域路面反力トルク推定値を、前記実摩擦補償路面反力トルク推定値、または前記線形路面反力トルク推定値に切替えることを特徴とする車両の走行状態制御装置。
7. ステアリングハンドルに連結されたステアリング軸を有し、このステアリング軸により車両を操舵するステアリング機構を備えた車両の走行状態制御装置であって、
   車両に発生する路面反力トルクを前記ステアリング軸に換算したステアリング軸反力トルクを表わすステアリング軸反力トルク信号を出力するステアリング軸反力トルク信号出力手段、
   前記路面反力トルクの線形領域における線形路面反力トルクを表わす線形路面反力トルク推定値を出力する線形路面反力トルク演算手段、
   前記ステアリング機構の摩擦トルクを表わす実摩擦トルク信号を出力する実摩擦トルク信号出力手段、
   前記ステアリング軸反力トルク信号と、前記実摩擦トルク信号とに基づき、前記線形路面反力トルク信号を補正して全領域路面反力トルク推定値を出力する全領域路面反力トルク推定手段、
   前記全領域路面反力トルク推定値に基づいて車両の走行状態を検出する走行状態検出手段、および
   前記走行状態検出手段の出力に基づいて車両の走行状態を制御する走行状態制御手段を備えた車両の走行状態制御装置。
8. 請求項７記載の車両の走行状態制御装置であって、
   前記ステアリング機構の操舵角を表わす操舵角信号を出力する操舵角信号出力手段、および車両の走行速度を表わす車速信号を出力する車速信号出力手段を備え、
   前記走行状態検出手段は、
   車速によって異なる前記操舵角と前記ステアリング軸反力トルクとの勾配から基準路面反力トルク推定値を演算する基準路面反力トルク演算手段と、
   前記基準路面反力トルク推定値と前記全領域路面反力トルク推定値に応じて、車両の走行状態を判定する走行状態判定手段とを有し、
   前記走行状態判定手段にて車両の走行状態を判定し、車両の走行状態が安定するように前記走行状態制御手段を制御すること特徴とする車両の走行状態制御装置。
9. 請求項８記載の車両の走行状態制御装置であって、
   前記走行状態判定手段は、前記基準路面反力トルク推定値と前記全領域路面反力トルク推定値に加え、前記基準路面反力トルク推定値の微分値と、前記全領域路面反力トルク推定値の微分値に応じて、車両の走行状態を判定すること特徴とする車両の走行状態制御装置。
10. 請求項７乃至９のいずれか１項記載の車両の走行状態制御装置であって、前記走行状態制御手段が、前記ステアリング機構の操舵トルクをアシストするアシストトルクを制御することを特徴とする車両の走行状態制御装置。
11. 請求項７乃至９のいずれか１項記載の車両の走行状態制御装置であって、前記走行状態制御手段が、車両の操舵角を制御することを特徴とする車両の走行状態制御装置。
12. 請求項７乃至９のいずれか１項記載の車両の走行状態制御装置であって、前記走行状態制御手段が、車両に対する制動力を制御することを特徴とする車両の走行状態制御装置。
    

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