JP2008247248A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】雪道などの滑り易い路面で車両挙動が不安定となる状態やその予兆を、格別なセンサを追加せずに検出して、車両挙動検出に基づく車両安定化制御を可能にした車両用操舵装置を得る。
【解決手段】実路面反力トルク検出器１５と、モータ角速度検出器１３と、車速検出器１１と、実路面反力トルク、モータ角速度および車速の各検出値から車両挙動の不安定状態を検出する車両挙動推定手段１７とを備えている。車両挙動状態の推定結果Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）に基づき、車両挙動を安定化するためのアシストトルクを付与して、車両挙動を安定化する。
【選択図】図２

Description

この発明は、自動車などに搭載された電動パワーステアリング装置を含む車両用操舵装置に関し、特に車両挙動の不安定状態を推定する手段を備えた車両運動制御装置に適用可能な車両用操舵装置に関するものである。

一般的に、雪道などの滑りやすい路面を車両が走行する場合には、車両の運転者がハンドル操作を誤って車両挙動が不安定状態となる場合がある。したがって、このような車両挙動不安定状態を回避するために、車両挙動状態を検出して車両を安定化制御する車両用操舵装置が必要とされている。

そこで、従来から、車両に発生する実路面反力トルクを、電動パワーステアリング装置を介して検出するとともにし、運転者が操作するハンドル角を検出するハンドル角検出手段と、車速を検出する車速検出手段との各検出信号に基づいて、車両挙動状態を推定する車両用操舵装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

しかし、上記特許文献１に記載の従来装置では、走行中の車両の不安定状態を判定するために、ハンドル角および車速の各検出値から規範路面反力トルクを求め、実路面反力トルクと規範路面反力トルクとの差分を用いて車両状態を検出しているので、たとえば、ハンドル角センサを備えていない車両においては、上記技術の適用が不可能な場合がある。

また、一般的に、車重などの関係から、車両挙動が不安定状態に陥り易いのは軽自動車であるが、軽自動車のコスト面に鑑みて、ハンドル角センサを備えた軽自動車は少ない。したがって、不安定状態回避システムを最も必要とする車両であるにもかかわらず、上記の安定化制御システムを搭載した軽自動車は少ない。

また、他の従来装置として、走行中の車両のタイヤが路面から受ける実路面反力トルクを検出する実路面反力トルク検出手段と、車両に発生するヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、車両に発生する横加速度を検出する横加速度検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、各検出手段の検出値に基づき車両に発生する規範路面反力トルクを演算する規範路面反力トルク演算手段とを設け、実路面反力トルクの検出値と規範路面反力トルクの演算値との偏差により、タイヤのグリップ度を推定する車両用操舵装置も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

しかし、上記特許文献２に記載の従来装置においても、前述の特許文献１に記載の技術と同様に、車両状態の検出のために多くの検出手段（センサ類）を必要としており、車両挙動が不安定状態に陥り易い軽自動車や小型車（車重の軽い車両）に対しては、コスト面からセンサを追加することが困難である。

特開２００３−３４１５３８号公報 特開２００３−３１２４６５号公報

従来の車両挙動検出手段を備えた車両用操舵装置では、不安定状態を検出するために、ハンドル角センサなどの種々のセンサ類が用いられており、特に車両挙動が不安定状態に陥り易い車重の軽い車両（軽自動車や小型車など）に対しては、コスト面からセンサ類を追加することができないので、車両の挙動検出および車両の安定化制御を容易に実用化することができないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、新たなセンサ類を追加することなく、車両挙動が不安定状態に陥り易い車重の軽い車両（軽自動車や小型車など）でも、車両挙動が不安定状態となる予兆また不安定状態に陥ったことを検出することのできる車両用操舵装置を得ることを目的とする。

この発明による車両用操舵装置は、走行中の車両のタイヤが路面から受ける実路面反力トルクを検出する実路面反力トルク検出手段と、車両の操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、車両の車速を検出する車速検出手段と、実路面反力トルク、操舵角速度および車速の各検出値から、車両の挙動が不安定状態であることを検出する車両挙動推定手段とを備えたものである。

この発明によれば、新たなセンサ類を追加することなく、車両挙動が不安定状態となる予兆また不安定状態に陥ったことを検出することができる。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の全体構成を示すブロック図である。
図１において、車両のステアリング機構（操舵機構）１０は、運転者が操舵するハンドル１と、ステアリング軸２と、ステアリングギアボックス３と、ラック＆ピニオン機構６と、タイヤ７とにより構成される。

車両用操舵装置は、ステアリング軸２に取り付けられたトルクセンサ４および電動アシストモータ（以下、単に「モータ」という）５と、モータ５を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）からなる制御装置８と、トルクセンサ４およびモータ５と制御装置８とを接続するケーブルと、モータ５および制御装置８などに電源を供給する電源装置（図示せず）とにより構成される。

ステアリング軸２の上端に連結されたハンドル１には、運転者による操舵トルクＴｈｄｌが加えられ、操舵トルクＴｈｄｌは、ハンドル１からステアリング軸２に伝達される。
トルクセンサ４は、ステアリング軸２に結合され、操舵トルクＴｈｄｌに応じた操舵トルク信号Ｔｈｄｌ（ｓ）（操舵トルクの検出値）を生成して制御装置８に入力する。

モータ５は、ステアリング軸２に減速ギア（図示せず）を介して結合され、操舵トルクＴｈｄｌをアシストするためのアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生して、ステアリング軸２に与える。ステアリングギアボックス３は、ステアリング軸２の下端に設けられている。

ステアリング軸２に与えられる操舵トルクＴｈｄｌとアシストトルクＴａｓｓｉｓｔとを加え合わせた合成トルクは、ステアリングギアボックス３を介して数倍に増幅され、ラック＆ピニオン機構６を介してタイヤ７を駆動操作する。

次に、この発明の実施の形態１による全体的な動作について説明する。
図１に示すように、制御装置８（マイクロコンピュータ）には、トルクセンサ４からの操舵トルク信号Ｔｈｄｌ（ｓ）と、モータ５からのモータ駆動電流信号Ｉｍｔｒ（ｓ）およびモータ駆動電圧信号Ｖｍｔｒ（ｓ）（モータ駆動電流Ｉｍｔｒおよびモータ駆動電圧Ｖｍｔｒの各検出値）が入力される。なお、制御装置８内の演算処理において、各検出値および各演算値は、制御装置８内のメモリに読み込まれて記憶される。

制御装置８は、ステアリング機構１０に対して電気的に組み合わせられたＥＰＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）としての制御を行うために、モータ５に対して制御信号Ｉｍｔｒ（ｔ）（モータ５に対する駆動目標電流）を供給する。

車両の走行中の操舵時において、タイヤ７には、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎが与えられる。
また、ステアリング軸２には、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎに基づいて、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎ（ステアリング軸２に換算された実路面反力トルク）が作用する。
ステアリング機構１０には、モータ５における摩擦トルクＴｍｆｒｉｃのみならず、モータ５の摩擦トルクＴｍｆｒｉｃ以外の摩擦トルクＴｆｒｐが与えられる。

トルクセンサ４は、運転者がハンドル１を切ったときの操舵トルクＴｈｄｌを、操舵トルク信号Ｔｈｄｌ（ｓ）として検出して制御装置８に入力する。
制御装置８は、操舵トルク信号Ｔｈｄｌ（ｓ）に応じて、モータ５に制御信号Ｉｍｔｒ（ｔ）を供給することにより、操舵トルクＴｈｄｌを補助するためのアシストトルクＴａｓｓｉｓｔをモータ５から発生させることを主な機能とする。

このとき、制御装置８は、モータ駆動電流信号Ｉｍｔｒ（ｓ）と、モータ駆動電圧信号Ｖｍｔｒ（ｓ）と、操舵トルク信号Ｔｈｄｌ（ｓ）とに基づいて、アシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生するための制御信号Ｉｍｔｒ（ｔ）を演算し、制御信号Ｉｍｔｒ（ｔ）をモータ５に供給する。

力学的には、操舵トルクＴｈｄｌとアシストトルクＴａｓｓｉｓｔとの加算トルクが、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎに抗して、ステアリング軸２を回転させる。また、ハンドル１を回転させるときには、モータ５の慣性項も作用するので、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、以下の式（１）で与えられる。

Ｔｔｒａｎ＝Ｔｈｄｌ＋Ｔａｓｓｉｓｔ−Ｊ・ｄω／ｄｔ ・・・（１）

ただし、式（１）において、Ｊ・ｄω／ｄｔはモータ５の慣性トルクである。
また、モータ５によるアシストトルクＴａｓｓｉｓｔは、以下の式（２）で与えられる。

Ｔａｓｓｉｓｔ＝Ｇｇｅａｒ・Ｋｔ・Ｉｍｔｒ ・・・（２）

ただし、式（２）において、Ｋｔはモータ５のトルク定数であり、Ｇｇｅａｒは、モータ５とステアリング軸２との間のＥＰＳ減速ギア比である。
また、一般的に、式（２）と同様に、ハンドル１の操舵角速度Ｓｈｄｌと、モータ角速度Ｓｍｔｒとの間には、ＥＰＳ減速ギア比Ｇｇｅａｒを用いて、以下の式（２ａ）の比例関係が成り立つ。

Ｓｈｄｌ＝Ｇｇｅａｒ・Ｓｍｔｒ ・・・（２ａ）

さらに、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎと、ステアリング機構１０内の全摩擦トルクＴｆｒｉｃ（＝Ｔｍｆｒｉｃ・Ｇｇｅａｒ＋Ｔｆｒｐ）との和であり、モータ５の摩擦トルクＴｍｆｒｉｃと、モータ５の摩擦トルクＴｍｆｒｉｃを除いた他のステアリング機構１０の摩擦トルクＴｆｒｐとを用いて、以下の式（３）で与えられる。

Ｔｔｒａｎ＝Ｔａｌｉｇｎ＋Ｔｆｒｉｃ
＝Ｔａｌｉｇｎ＋（Ｇｇｅａｒ・Ｔｍｆｒｉｃ＋Ｔｆｒｐ） ・・・（３）

制御装置８は、モータ５の駆動電流Ｉｍｔｒに対する目標値を演算し、制御信号Ｉｍｔｒ（ｔ）としてモータ５に入力するとともに、モータ５の実際の駆動電流Ｉｍｔｒが制御信号Ｉｍｔｒ（ｔ）と一致するように、電流フィードバック制御を行う。
これにより、モータ５は、駆動電流値にトルク定数およびギア比（モータ５とステアリング軸２との間のギア比）を乗算した所定トルクを発生し、運転者がハンドル１を操舵する際の操舵トルクＴｈｄｌをアシストする。

また、制御装置８は、運転者が操舵時のアシストトルクを制御する機能のみならず、車両挙動を推定する機能（図２とともに後述する）を有し、電動パワーステアリング装置によりタイヤ７に発生する実路面反力トルクＴａｌｉｇｎと、運転者の操舵速度および車両の車速から車両挙動状態を推定し、車両挙動を安定化するためのアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを付与することにより、車両挙動を安定化するようになっている。
ここでは、制御装置８が車両挙動推定手段の機能を含む場合を例にとって説明するが、制御装置８とは別途に、車両用挙動推定装置を設けてもよい。

図２は制御装置８の具体的構成例を示す機能ブロック図であり、便宜的に、制御装置８がモータ５内の制御回路を含むものとして示している。
図２において、制御装置８は、車速検出器１１と、操舵トルク検出器１２と、モータ角速度検出器１３と、モータ角加速度検出器１４と、実路面反力トルク検出器１５とを備えている。

車速検出器１１は、車速センサ（図示せず）からの車速Ｖを検出して、車速信号Ｖ（ｓ）を出力する。
操舵トルク検出器１２は、トルクセンサ４（図１参照）からの操舵トルクＴｈｄｌを検出して、操舵トルク信号Ｔｈｄｌ（ｓ）を出力する。

モータ角速度検出器１３は、モータ制御回路からのモータ角速度Ｓｍｔｒを検出して、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）を出力する。
なお、前述の式（２ａ）のように、モータ角速度Ｓｍｔｒは、操舵角速度Ｓｈｄｌと比例関係にあるので、モータ角速度検出器１３は、実質的に、車両の操舵角速度Ｓｈｄｌを検出する操舵角速度検出手段としても機能する。

モータ角加速度検出器１４は、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）を時間微分してモータ角加速度Ａｍｔｒを検出し、モータ角加速度信号Ａｍｔｒ（ｓ）を出力する。
実路面反力トルク検出器１５は、走行中の車両のタイヤ７が路面から受ける実路面反力トルクＴａｌｉｇｎを検出して、実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ（ｓ）を出力する。

また、制御装置８は、アシストトルク決定ブロック１６と、車両挙動推定手段１７と、アシストトルク補正手段２２と、モータ電流決定器２３と、モータ電流比較器２４と、モータ駆動器２５と、モータ電流検出器２６とを備えている。
車両挙動推定手段１７は、規範路面反力トルク変化率演算手段１８と、時間微分演算手段１９と、差分演算手段（比較演算手段）２０と、車両挙動判定手段２１とにより構成される。

アシストトルク決定ブロック１６は、車速信号Ｖ（ｓ）と、操舵トルク信号Ｔｈｄｌ（ｓ）と、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）と、モータ角加速度信号Ａｍｔｒ（ｓ）と、アシストトルク補正量信号Ｔｒｑ＿ｃｏｍｐ（ｓ）とに基づいてアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを決定し、アシストトルク信号Ｔａｓｓｉｓｔ（ｓ）を出力する。

モータ電流決定器２３は、アシストトルク信号Ｔａｓｓｉｓｔ（ｓ）に基づいてモータ電流目標値Ｉｒｅｆを決定し、モータ電流目標値信号Ｉｒｅｆ（ｓ）を出力する。
モータ電流検出器２６は、モータ５に流れるモータ電流Ｉｍｔｒを検出して、モータ電流信号Ｉｍｔｒ（ｓ）を出力する。

モータ電流比較器２４は、モータ電流目標値信号Ｉｒｅｆ（ｓ）とモータ電流信号Ｉｍｔｒ（ｓ）とを比較して減算を行い、両者のモータ電流偏差（＝Ｉｒｅｆ（ｓ）−Ｉｍｔｒ（ｓ））をモータ駆動器２５に入力する。モータ駆動器２５は、モータ電流偏差に基づいて、モータ５に対する制御信号Ｉｍｔｒ（ｔ）を出力する。
なお、モータ駆動電圧Ｖｍｔｒのフィードバック制御系については図示を省略するが、モータ駆動器２５に関連して、モータ駆動電圧信号Ｖｍｔｒ（ｓ）に関するフィードバック制御も行われる。

アシストトルク決定ブロック１６およびモータ電流決定器２３〜モータ電流検出器２６を含むモータ５の制御系は、モータ５とともに電動パワーステアリング装置を構成している。電動パワーステアリング装置は、車両挙動推定手段１７およびアシストトルク補正手段２２と関連して、モータ５を制御する。

車両挙動推定手段１７は、実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ（ｓ）（実路面反力トルクＴａｌｉｇｎの検出値）と、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）（操舵角速度Ｓｈｄｌに対応したモータ角速度Ｓｍｔｒの検出値）と、車速信号Ｖ（ｓ）（車速Ｖの検出値）とから、車両の挙動が不安定状態であることを検出する。

車両挙動推定手段１７内において、規範路面反力トルク変化率演算手段１８は、車速信号Ｖ（ｓ）と、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）とに基づいて、規範路面反力トルク変化率ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆを演算し、規範路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）（規範路面反力トルク変化率の演算値）を出力する。

具体的には、規範路面反力トルク変化率演算手段１８は、車速信号Ｖ（ｓ）に基づき、車両に予め定められた操舵角（ハンドル角）に対する路面反力トルク勾配Ｋａｌｉｇｎを演算する路面反力トルク勾配演算手段（図示せず）を含み、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）および路面反力トルク勾配Ｋａｌｉｇｎ（演算値）から規範路面反力トルク変化率ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆを演算する。

時間微分演算手段１９は、実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ（ｓ）を時間微分して実路面反力トルク変化率ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔを演算し、実路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）（実路面反力トルク変化率信号の演算値）を出力する。

車両挙動推定手段１７内において、差分演算手段２０および車両挙動判定手段２１は、車両挙動検出手段を構成しており、実路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）と規範路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）とに基づいて、車両の挙動が不安定状態であることを検出する。

すなわち、差分演算手段２０は、実路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）と規範路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）との差分を演算して、差分信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｃｏｍｐ（ｓ）を出力する。

車両挙動判定手段２１は、差分信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｃｏｍｐ（ｓ）が許容基準値の範囲内であれば、車両が安定状態であることを判定し、また、差分信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｃｏｍｐ（ｓ）が許容基準値を超えた場合には、車両が不安定状態であることを判定して、車両挙動推定手段１７での推定結果として、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を出力する。

アシストトルク補正手段２２は、車両挙動推定手段１７の推定結果である車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）に基づいて、アシストトルク補正量Ｔｒｑ＿ｃｏｍｐを演算し、アシストトルク補正量信号Ｔｒｑ＿ｃｏｍｐ（ｓ）をアシストトルク決定ブロック１６に入力する。
これにより、車両の運転者の操舵トルクＴｈｄｌをアシストする電動パワーステアリング装置（アシストトルク決定ブロック１６を含む）は、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）に応じて、操舵トルクのアシスト量を制御することになる。

次に、図１および図２を参照しながら、車両の不安定状態およびその予兆を検出するための動作について説明する。
車両走行時のタイヤ７にかかる実路面反力トルクＴａｌｉｇｎは、図２内の実路面反力トルク検出器１５により検出されるが、前述の式（３）に基づき、以下の式（４）で求めることができる。

Ｔａｌｉｇｎ＝Ｔｔｒａｎ−Ｔｆｒｉｃ ・・・（４）

上記式（４）に前述の式（１）および式（２）を代入して整理すると、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎは、以下の式（５）のように表すことができる。

Ｔａｌｉｇｎ＝Ｔｈｄｌ＋Ｇｇｅａｒ・Ｋｔ・Ｉｍｔｒ−Ｊ・ｄω／ｄｔ−Ｔｆｒｉｃ ・・・（５）

しかし、一般的に、式（５）内の摩擦項（全摩擦トルクＴｆｒｉｃ）の影響を直接除去することは困難である。したがって、実路面反力トルク検出器１５は、たとえば電動パワーステアリング装置の機能を用いた公知技術（たとえば、特開２００３−３１２５２１号公報参照）により、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎとして、ローパスフィルタによる推定手段などを用いて、推定路面反力トルクＴａｌｉｇｎ＿ｅｓｔを算出する。
なお、以降の実施の形態２〜６では、特に記載しない限り、上記公知技術による電動パワーステアリング装置の機能を用いて実路面反力トルクＴａｌｉｇｎを導出するものとする。

次に、図１および図２とともに、図３を参照しながら、差分演算手段２０および車両挙動判定手段２１による車両の不安定状態およびその予兆状態の検出アルゴリズムについて説明する。
図３は時系列状態量（安定状態、不安定予兆状態および不安定状態）を示す説明図であり、各状態量を、実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔを時間微分して得られる実路面反力トルク変化率ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（実線）と、規範路面反力トルク変化率ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（１点鎖線）との各検出値の時間変化に関連付けて示している。

図３において、まず、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの区間では、実路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔと、規範路面反力トルク変化率ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆとが一致しており、両者の差分ｄＴａｌｉｇｎ＿ｃｏｍｐは「０」となるので、車両挙動判定手段２１は、車両の走行状態が「安定状態」であることを示す車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を出力する。

次に、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの区間では、実路面反力トルク変化率ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔと規範路面反力トルク変化率ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆとの差分ｄＴａｌｉｇｎ＿ｃｏｍｐ（＞０）が若干発生するので、車両挙動判定手段２１は、車両の走行状態が「不安定予兆状態」であることを示す車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を出力する。

さらに、時刻ｔ３から以降の区間では、実路面反力トルク変化率ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔと規範路面反力トルク変化率ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆとの差分ｄＴａｌｉｇｎ＿ｃｏｍｐが、許容基準値を超えて大きく発生するので、車両挙動判定手段２１は、車両の走行状態が「不安定状態」であることを示す車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を出力する。

これにより、アシストトルク補正手段２２は、車両挙動推定手段１７からの車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）に基づいて、電動パワーステアリング装置のアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを補正するためのアシストトルク補正量信号Ｔｒｑ＿ｃｏｍｐ（ｓ）を出力する。

具体的には、電動パワーステアリング装置の制御器を構成するアシストトルク決定ブロック１６内のハンドル戻し制御器（図示せず）において、アシストトルク補正量信号Ｔｒｑ＿ｃｏｍｐ（ｓ）に応じて、運転者のハンドル戻しトルク制御の補償量を変更する。これにより、運転者が車両を安定化するための動作を補助することが可能となる。

次に、図１〜図３とともに、図４のフローチャートを参照しながら、車両挙動推定手段１７およびアシストトルク補正手段２２を用いた電動パワーステアリング制御動作について説明する。
図４において、まず、制御装置８は、車速信号Ｖ（ｓ）と実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）とモータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）とを読み込み、自身のメモリ（図示せず）に記憶させる（ステップＳ１０１）。

続いて、規範路面反力トルク変化率演算手段１８は、車速信号Ｖ（ｓ）およびモータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）から、規範路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）を演算してメモリに記憶させる（ステップＳ１０２）。
また、時間微分演算手段１９は、実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）の時間微分値により、実路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）を演算してメモリに記憶させる（ステップＳ１０３）。

次に、差分演算手段２０は、実路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）と規範路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）との差分信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｃｏｍｐ（ｓ）を演算して、メモリに記憶させる（ステップＳ１０４）。

続いて、車両挙動判定手段２１は、差分信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｃｏｍｐ（ｓ）に基づいて、図３のように車両挙動を判定し、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を出力する（ステップＳ１０５）。

最後に、アシストトルク補正手段２２は、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）に基づいて、アシストトルク補正量Ｔｒｑ＿ｃｏｍｐ（ｓ）を演算し（ステップＳ１０６）、アシストトルク補正量Ｔｒｑ＿ｃｏｍｐ（ｓ）をアシストトルク決定ブロック１６に入力して、図４の処理ルーチンを終了する。

なお、図２および図４においては、車両挙動の不安定状態を判定するための比較演算手段として、差分演算手段２０を用い、実路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）と、規範路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）との差分信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｃｏｍｐ（ｓ）を演算したが、両者の差分に限らず、比率を用いてもよい。

すなわち、差分演算手段２０に代えて、比率演算手段（図示せず）を用い、実路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）と規範路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）との比率に基づいて車両挙動を判定しても、同様の効果を奏することができる。
また、比較演算手段として、差分演算手段２０と、比率演算手段とを用いて、差分信号および比率信号を組み合わせて車両挙動を判定してもよい。

また、規範路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆは、予め車両に対して定められた操舵角（ハンドル角）に対する路面反力トルク勾配Ｋａｌｉｇｎを用いて、以下の式（６）のように表すことができる。

ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ＝Ｋａｌｉｇｎ・ω ・・・（６）

なお、ハンドル角に対する路面反力トルク勾配Ｋａｌｉｇｎは、車速Ｖに応じて変化するパラメータであり、マップデータとしてメモリに記憶しておいてもよく、車速Ｖに対する演算式により求めてもよい。

以上のように、この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置は、ハンドル角センサなどの新たなセンサを追加することなく、従来の電動パワーステアリング制御装置の構成のみを適用して、車両挙動状態を推定するとともに、車両安定化制御に反映させることができる。

また、実路面反力トルク変化率ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔと規範路面反力トルク変化率ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆとの大きさの比較結果に応じて、車両の不安定度合いを示す車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を演算することができるので、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を用いて、車両安定化制御を適切に行うことができる。

また、時間微分演算手段１９を用いることにより、ハンドル角信号を用いた従来システムに比べて、早期に車両挙動を検出することができる。
また、運転者の操舵トルクＴｈｄｌをアシストする電動パワーステアリング装置を備えた車両において、車両挙動推定手段１７の出力に応じて、操舵トルクＴｈｄｌのアシスト量を制御することができ、電動パワーステアリング装置の信頼性を向上させることができる。

なお、モータ角速度検出器１３としては、ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング制御装置においては、レゾルバなどのセンサを用いることができ、また、ブラシ付きモータを用いた電動パワーステアリング制御装置においても、モータ５の端子間電圧信号やモータ５に発生する電流などからモータ回転速度を演算する手段を用いることができる。

また、車両挙動推定手段１７を図２のように構成したが、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎが電気ノイズなどの影響で振動的な検出値を示す場合には、公知のローパスフィルタなどの特定周波数除去手段（図示せず）をさらに用いてもよい。これにより、高周波外乱特性を向上させることができる。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図２参照）では、車両挙動推定手段１７において車両挙動の不安定状態を判定するために、実路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）と、規範路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）との差分を演算したが、図５に示すように、実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）と、規範路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）との差分を演算してもよい。

図５はこの発明の実施の形態２による車両挙動推定手段１７Ａの具体的構成例を示す機能ブロック図である。図５において、前述（図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、また、前述と対応する部分については、符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。なお、図示しない構成は、図１および図２に示した通りである。

車両挙動推定手段１７Ａは、前述と同様に、車速信号Ｖ（ｓ）、モータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）および実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）を入力情報として、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を出力するが、前述の時間微分演算手段１９に代えて、規範路面反力トルク変化率演算手段１８と差分演算手段２０Ａとの間に挿入された時間積分演算手段２９が設けられている。

時間積分演算手段２９は、規範路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）を時間積分することにより、規範路面反力トルクＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆを演算して、規範路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）（規範路面反力トルクの演算値）を出力する。

車両挙動検出手段を構成する差分演算手段２０Ａおよび車両挙動判定手段２１Ａは、実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）および規範路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）に基づいて、車両の挙動が不安定状態であることを検出する。
なお、前述と同様に、差分演算手段２０Ａ（比較演算手段）は、実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）と規範路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）との比率を演算する比率演算手段に置き換えることができる。

前述（図２参照）の時間微分演算手段１９は、電気ノイズなどの外乱に対して影響を受け易いので、車両挙動検出手段において演算処理が困難な場合があるが、図５のように、時間積分演算手段２９を用いることにより、電気ノイズ重畳などで外乱が発生する状況下でも正しく車両挙動を推定することができる。

次に、図６のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態２による車両挙動推定手段１７Ａを用いた電動パワーステアリング制御動作について説明する。
図６において、ステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０６は、前述（図４参照）と同様の処理である。

まず、前述と同様のステップＳ１０１、Ｓ１０２において、車速信号Ｖ（ｓ）、実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）およびモータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）を読み込み、規範路面反力トルク変化率演算手段１８により、車速信号Ｖ（ｓ）およびモータ角速度信号Ｓｍｔｒ（ｓ）から、規範路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）を演算してメモリに記憶する。

続いて、時間積分演算手段２９は、規範路面反力トルク変化率信号ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）の時間微分値により、実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）を演算してメモリに記憶させる（ステップＳ１０３Ａ）。

次に、差分演算手段２０Ａは、実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）と、規範路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）との差分信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｃｏｍｐ（ｓ）を演算して、メモリに記憶させる（ステップＳ１０４Ａ）。
続いて、車両挙動判定手段２１Ａは、差分信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｃｏｍｐ（ｓ）が許容基準値の範囲内か否かに基づいて、車両挙動が安定状態であるか否かを判定し、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を出力する（ステップＳ１０５Ａ）。

最後に、アシストトルク補正手段２２（図２参照）は、前述と同様に、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）に基づいて、アシストトルク補正量Ｔｒｑ＿ｃｏｍｐ（ｓ）を演算し（ステップＳ１０６）、図４の処理ルーチンを終了する。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、時間積分演算手段２９を用いて規範路面反力トルクＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆを演算し、差分演算手段２０Ａで実路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ）と規範路面反力トルク信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ）との差分信号Ｔａｌｉｇｎ＿ｃｏｍｐ（ｓ）を演算し、車両挙動判定手段２１Ａで車両挙動状態を判定することにより、電気的ノイズなどの環境下で微分演算が困難な場合でも、前述と同様の効果を奏することができる。

すなわち、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔと規範路面反力トルクＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆとの大きさの比較結果に応じて、車両の不安定度合いを示す車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を演算することができるので、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を用いて、車両安定化制御を適切に行うことができる。

また、時間積分演算手段２９を用いることにより、外乱ノイズなどの影響によって、時間微分演算手段１９を用いた実路面反力トルク変化率の演算が困難な場合でも、ロバスト（安定）な車両挙動検出が可能となる。

なお、差分演算手段２０Ａに代えて、比率演算手段を用いて、実路面反力トルク信号と規範路面反力トルク信号との比率を演算しても、同様の効果が得られる。
また、車両挙動推定手段１７Ａは、実路面反力トルク信号と規範路面反力トルク信号との差分信号のみに応じて車両挙動状態を判定したが、さらに正確に車両挙動を推定するために、前述（図２参照）と同様の時間微分演算手段１９、差分演算手段２０および車両挙動判定手段２０を追加して、２つの比較結果に基づく車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を組み合わせて、車両挙動を推定してもよい。

また、前述と同様に、運転者の操舵トルクＴｈｄｌをアシストする電動パワーステアリング装置を備えた車両において、電動パワーステアリング装置は、車両挙動推定手段１７Ａの推定結果に応じて、操舵トルクＴｈｄｌのアシスト量を制御することができるので、電動パワーステアリング装置の信頼性を向上させることができる。

実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２では、タイヤ７とハンドル１とが連結された電動パワーステアリング制御装置に適用したが、この発明の特徴は、車両挙動の不安定状態またはその予兆状態を検出して状態量を得ることにあるので、他の制御装置に適用してもよい。

たとえば、車両後輪の角度を制御するための後輪操舵制御装置を備えた車両においては、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）に基づいて、車両挙動が安定するように後輪操舵制御を行うにより、走行安定性を向上させることができる。
すなわち、この場合、図２の制御装置８は、車両の後輪タイヤ角を制御する後輪タイヤ角制御装置（図示せず）を備え、後輪タイヤ角制御装置は、車両挙動推定手段１７の推定結果に応じて後輪タイヤ角を制御することができる。
これにより、後輪操舵制御アクチュエータを有する車両であれば、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）に基づいて、車両を安定化することができる。

実施の形態４．
なお、上記実施の形態３では、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を後輪タイヤ角制御装置に適用したが、たとえば４輪の制動力を制御することが可能なＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）システムを備えた車両においては、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）に基づいて車両挙動の安定化制御を行い、走行安定性を向上させてもよい。

この場合、図２の制御装置８は、車両の制動力を制御する車両制動力制御装置（図示せず）を備え、車両制動力制御装置は、車両挙動推定手段１７の推定結果に応じて、制動力を制御することができる。
これにより、車両の制動力を制御するアクチュエータを有する車両であれば、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）に基づいて車両を安定化することができ、車両制動力制御装置の信頼性を向上させることができる。

実施の形態５．
なお、上記実施の形態４では、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を車両制動力制御装置に適用したが、たとえば駆動力を制御することが可能なアクチュエータを備えた車両においては、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）に基づいて、車両挙動が安定するように制御を行うことにより、車両の走行安定性を向上させてもよい。

この場合、図２の制御装置８は、車両の駆動力を制御する車両駆動力制御装置（図示せず）を備え、車両駆動力制御装置は、車両挙動推定手段１７の推定結果に応じて駆動力を制御することにより、車両駆動力の制御信頼性を向上させることができる。
これにより、車両の駆動力を制御するアクチュエータを有する車両であれば、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）に基づいて、車両を安定化することができる。

この発明の実施の形態５は、エンジン出力制御やオートマッチクトランスミッションのギア比変更制御において、または、モータで駆動される車両（電気自動車など）において、それぞれの前方方向の駆動力を変更可能な車両全般に対して適用可能となる。

実施の形態６．
なお、上記実施の形態５では、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）を車両駆動力制御装置に適用したが、近年では左右の駆動力配分を行うことにより車両の運動性能を上げるシステムも提案されており、左右の駆動力配分を制御することが可能なアクチュエータを備えた車両においては、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）に基づいて、車両挙動が安定するように制御を行うことにより、走行安定性が向上させてもよい。

この場合、図２の制御装置８は、車両の左右輪の駆動力を制御する左右輪駆動力制御装置（図示せず）を備え、左右輪駆動力制御装置は、車両挙動推定手段の推定結果に応じて、左右輪駆動力を制御することにより、左右輪駆動力制御装置の制御信頼性を向上させることができる。
これにより、車両の左右輪の駆動力を制御するアクチュエータを有する車両であれば、車両挙動推定信号Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ）に基づいて、車両を安定化することができる。

この発明の実施の形態１に係る車両用操舵装置の全体構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による制御装置の具体的構成例を示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１による規範路面反力トルク変化率および実路面反力トルク変化率に基づく時系列状態量を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング制御動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による車両挙動推定手段の具体的構成例を示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング制御動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ハンドル、２ ステアリング軸、４ トルクセンサ、５ モータ、７ タイヤ、８ 制御装置、１０ ステアリング機構、１１ 車速検出器、１２ 操舵トルク検出器、１３ モータ角速度検出器（操舵角速度検出手段）、１４ モータ角加速度検出器、１５ 実路面反力トルク検出器、１６ アシストトルク決定ブロック、１７、１７Ａ 車両挙動推定手段、１８ 規範路面反力トルク変化率演算手段、１９ 時間微分演算手段、２０、２０Ａ 差分演算手段（比較演算手段）、２１、２１Ａ 車両挙動判定手段、２２ アシストトルク補正手段、２３ モータ電流決定器、２５ モータ駆動器、２６ モータ電流検出器、２９ 時間積分演算手段、ｄＴａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ） 実路面反力トルク変化率信号（実路面反力トルク変化率の演算値）、ｄＴａｌｉｇｎ＿ｒｅｆ（ｓ） 規範路面反力トルク変化率信号（規範路面反力トルク変化率の演算値）、ｄＴａｌｉｇｎ＿ｃｏｍｐ（ｓ）、Ｔａｌｉｇｎ＿ｃｏｍｐ（ｓ） 差分信号、Ｓｍｔｒ モータ角速度（操舵角速度）、Ｓｍｔｒ（ｓ） モータ角速度信号（操舵角速度の検出値）、Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ｓ） 車両挙動推定信号（車両挙動推定手段の推定結果）、Ｔａｌｉｇｎ 実路面反力トルク、Ｔａｌｉｇｎ＿ａｃｔ（ｓ） 実路面反力トルク信号（実路面反力トルクの検出値）、Ｖ 車速、Ｖ（ｓ） 車速信号（車速の検出値）。

Claims (10)

1. 走行中の車両のタイヤが路面から受ける実路面反力トルクを検出する実路面反力トルク検出手段と、
   前記車両の操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、
   前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
   前記実路面反力トルク、前記操舵角速度および前記車速の各検出値から、前記車両の挙動が不安定状態であることを検出する車両挙動推定手段と
   を備えたことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記車両挙動推定手段は、
   前記実路面反力トルクの検出値を時間微分して実路面反力トルク変化率を演算する時間微分演算手段と、
   前記車速および前記操舵角速度の各検出値に基づいて規範路面反力トルク変化率を演算する規範路面反力トルク変化率演算手段と、
   前記実路面反力トルク変化率および前記規範路面反力トルク変化率の各演算値に基づいて、前記車両の挙動が不安定状態であることを検出する車両挙動検出手段とを備え、
   前記規範路面反力トルク変化率演算手段は、
   前記車速の検出値に基づき、前記車両に予め定められた操舵角に対する路面反力トルク勾配を演算する路面反力トルク勾配演算手段を含み、
   前記操舵角速度の検出値および前記路面反力トルク勾配の演算値から前記規範路面反力トルク変化率を演算することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記車両挙動検出手段は、前記実路面反力トルク変化率と前記規範路面反力トルク変化率との差分または比率を演算する比較演算手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記車両挙動推定手段は、
   前記車速および前記操舵角速度の各検出値に基づいて規範路面反力トルク変化率を演算する規範路面反力トルク変化率演算手段と、
   前記規範路面反力トルク変化率の演算値を時間積分して規範路面反力トルクを演算する時間積分演算手段と、
   前記実路面反力トルクの検出値および前記規範路面反力トルクの演算値に基づいて、前記車両の挙動が不安定状態であることを検出する車両挙動検出手段とを備え、
   前記規範路面反力トルク変化率演算手段は、
   前記車速の検出値に基づき、前記車両に予め定められた操舵角に対する路面反力トルク勾配を演算する路面反力トルク勾配演算手段を含み、
   前記操舵角速度の検出値および前記路面反力トルク勾配の演算値から前記規範路面反力トルク変化率を演算することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
5. 前記車両挙動検出手段は、前記実路面反力トルクと前記規範路面反力トルクとの差分または比率を演算する比較演算手段を含むことを特徴とする請求項４に記載の車両用操舵装置。
6. 前記車両の運転者の操舵トルクをアシストする電動パワーステアリング装置を備え、
   前記電動パワーステアリング装置は、前記車両挙動推定手段の推定結果に応じて、前記操舵トルクのアシスト量を制御することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
7. 前記車両の後輪タイヤ角を制御する後輪タイヤ角制御装置を備え、
   前記後輪タイヤ角制御装置は、前記車両挙動推定手段の推定結果に応じて、前記後輪タイヤ角を制御することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
8. 前記車両の制動力を制御する車両制動力制御装置を備え、
   前記車両制動力制御装置は、前記車両挙動推定手段の推定結果に応じて、前記制動力を制御することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
9. 前記車両の駆動力を制御する車両駆動力制御装置を備え、
   前記車両駆動力制御装置は、前記車両挙動推定手段の推定結果に応じて、前記駆動力を制御することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
10. 前記車両の左右輪の駆動力を制御する左右輪駆動力制御装置を備え、
    前記左右輪駆動力制御装置は、前記車両挙動推定手段の推定結果に応じて、前記左右輪駆動力を制御することを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。

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