JP2010083395A - 路面摩擦係数推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】幅広い運転領域で、レスポンス良く、精度の良い路面μを推定する。
【解決手段】路面μ推定装置１０は、サンプリング時間が異なる複数のラック推力をラック推力推定値Ｆmsveとして検出し、このラック推力推定値Ｆmsveと同じタイミングで、基準とするラック推力（基準ラック推力）Ｆmdveを少なくとも路面μをパラメータとして含むタイヤモデルにより推定し、少なくともラック推力推定値Ｆmsveと基準ラック推力Ｆmdveとの偏差を最小とする路面μの値を最適化計算により求める。
【選択図】図３

Description

本発明は、ラック推力を用いて路面摩擦係数を推定する、電動パワーステアリングを有する車両の路面摩擦係数推定装置に関する。

近年、車両においてはトラクション制御、制動力制御、トルク配分制御等について様々な制御技術が提案され、実用化されている。これらの技術では、必要な制御量の演算、或いは、補正に路面摩擦係数（以下、路面μと略称）を用いるものも多く、その制御を確実に実行するためには、正確な路面μを推定する必要がある。このような路面μの推定を行うものとして、比較的少ないパラメータでレスポンス良く路面μを推定できることから、ラック推力を推定して路面μを推定する装置が提案されている。

例えば、特許文献１では、ある車速、ある操舵角における路面反力が路面μにより変化することを利用し、基準となる路面μにおけるある車速、ある操舵角に対する路面反力を予め記憶しておき、演算で算出した路面反力と比較することにより路面μを推定する技術が開示されている。この技術では、路面反力はラック推力と等しいと考え、電動パワーステアリングモータがアシストする推力とハンドル操舵による推力の和をラック推力として、導出される評価関数を基に路面μを推定するようになっている。
特開２００１−３４１６５８号公報

しかしながら、図１０に示すように、特にステアリング保舵時（図１０中、ｔａで示す）、切り戻し時（同じく、ｔｂで示す）においては、路面状態、フリクション等の影響を受けてラック推力推定の基となるモータアシスト力は僅かな操舵変化で大きく変動するため、ラック推力の推定が困難で、路面μの推定ができないという問題がある。上述の特許文献１では、過去に推定した路面μを加味した加重平均処理により路面μを推定しようとしているが、これでは路面μの急な変化に対処できず、レスポンス良く路面μを推定することができないという課題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、幅広い運転領域で、レスポンス良く、精度の良い路面μを推定することができる路面摩擦係数推定装置を提供することを目的としている。

本発明は、電動パワーステアリングを有する車両の路面摩擦係数推定装置において、少なくとも操舵トルクに関するパラメータと上記電動パワーステアリングのモータのモータトルクに関するパラメータとに基づいて、サンプリング時間毎に推定ラック推力を算出する推定ラック推力算出手段と、少なくとも車輪速に関するパラメータとハンドル角に関するパラメータとに基づいて、上記推定ラック推力の算出と同じタイミングで、路面摩擦係数をパラメータとして含むタイヤモデルにより基準ラック推力を算出する基準ラック推力算出手段と、少なくとも上記サンプリング時間毎の上記推定ラック推力と上記基準ラック推力との偏差の二乗和が最小となるように上記路面摩擦係数の値を最適化計算により求める路面摩擦係数推定手段とを備えたことを特徴としている。

本発明による路面摩擦係数推定装置によれば、幅広い運転領域で、レスポンス良く、精度の良い路面μを推定することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図９は本発明の実施の一形態を示し、図１は操舵機構と路面摩擦係数推定装置の構成図、図２は路面摩擦係数推定装置の機能ブロック図、図３は路面摩擦係数推定プログラムのフローチャート、図４は図３から続くフローチャート、図５は前輪すべり角に応じた重み係数の説明図、図６は横加速度に応じた重み係数の説明図、図７はサンプリング時間に応じた第１の重み係数の説明図、図８はサンプリング時間に応じた第２の重み係数の説明図、図９は路面カントに応じた重み係数の説明図である。

図１において、符号１は路面μを推定する車両の操舵機構の一例を示し、ハンドル（ステアリングホイール）２から入力されるドライバの操舵力が、操舵軸３、ピニオン４を介してラック５に伝達され、これにより、図示しないタイロッド、ナックルアームを介してホイール、タイヤ６が転舵される。また、電動パワーステアリングモータ７が発生するアシストトルクは、減速機８を通じて操舵軸３へと伝達され、ドライバの操舵力をアシストする。

また、操舵機構１には、ハンドル角θｈを検出するハンドル角センサ１１、操舵トルクＴｈを検出する操舵トルクセンサ１２、電動パワーステアリングモータ７の電流値（以下、モータ電流と略称）ＩEPSを検出する電動パワーステアリングモータ電流センサ１３が設けられている。更に、車両には、車速Ｖを検出する車速センサ１４、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）を検出する横加速度センサ１５、ヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１６が設けられており、これらハンドル角θｈ、操舵トルクＴｈ、モータ電流ＩEPS、車速Ｖ、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）、ヨーレートγは、路面μ推定装置１０に入力される。

路面μ推定装置１０は、上述の各入力信号に基づき、後述する路面摩擦係数推定プログラムに従って、操舵トルクと電動パワーステアリングモータのモータトルクに基づいて、サンプリング時間毎に推定ラック推力Ｆmsveを算出し、この推定ラック推力Ｆmsveの算出と同じタイミングで、車輪速とハンドル角とに基づいて基準ラック推力Ｆmdveを少なくとも路面μをパラメータとして含むタイヤモデルにより算出し、そしてサンプリング時間毎の推定ラック推力Ｆmsveと基準ラック推力Ｆmdveとの偏差の二乗和が最小となるように路面μの値を最適化計算により求めるように構成されている。

すなわち、路面μ推定装置１０は、図２に示すように、前輪すべり角演算部１０ａ、路面μ推定判定部１０ｂ、推定ラック推力演算部１０ｃ、カント演算部１０ｄ、重み関数演算部１０ｅ、路面μ演算部１０ｆから主要に構成されている。

前輪すべり角演算部１０ａは、ハンドル角センサ１１からハンドル角θｈが、車速センサ１４から車速Ｖが入力される。そして、例えば、以下の（１）式により、現在の前輪すべり角βfeを演算する。
βfe＝β＋（ｌｆ／Ｖ）・γｓ−δｆ …（１）
ここで、ｌｆは前軸−重心間距離、δｆは前輪実舵角（＝θｈ／ｎ：ｎはハンドル角θｈと実舵角の比）、βは車体すべり角で以下の（２）式により求められ、γｓはヨーレートで以下の（３）式により求められる。
β＝（（１−（ｍ／（２・（ｌｆ＋ｌｒ）））・（ｌｆ／（ｌｒ・ｋｒ））・Ｖ^２）
／（１＋Ａ・Ｖ^２））・（ｌｒ／（ｌｆ＋ｌｒ））・δｆ …（２）
γｓ＝（１／（１＋Ａ・Ｖ^２））・（Ｖ／（ｌｆ＋ｌｒ））・δｆ …（３）
ここで、ｍは車両質量、ｌｒは後軸−重心間距離、ｋｒは後輪等価コーナリングパワーである。また、Ａは車両のスタビリティファクタであり、例えば、以下の（４）式により演算される。
Ａ＝−（ｍ／（２・（ｌｆ＋ｌｒ）^２））
・（（ｌｆ・ｋｆ−ｌｒ・ｋｒ）／（ｋｆ・ｋｒ）） …（４）
ここで、ｋｆは前輪等価コーナリングパワーである。

また、前輪すべり角演算部１０ａは、現在の前輪すべり角βfeを演算すると、過去に演算したサンプリング時間の異なる複数の前輪すべり角により、ベクトル量である前輪すべり角βfveを新たに設定する。本実施の形態では、前輪すべり角βfveの例として、新しくサンプリングされた順に、βｆ[0]、βｆ[1]、・・・、βｆ[m]、・・・、βｆ[18]、βｆ[19]の合計２０個の成分から構成されているもので説明する。すなわち、

であり、新たに、前輪すべり角βfeが演算されると、

と更新される。上述のように演算される現在の前輪すべり角βfeは、路面μ推定判定部１０ｂ、重み関数演算部１０ｅに出力され、前輪すべり角βfveは路面μ演算部１０ｆに出力される。

路面μ推定判定部１０ｂは、ハンドル角センサ１１からハンドル角θｈが、車速センサ１４から車速Ｖが、前輪すべり角演算部１０ａから前輪すべり角βfeが入力される。そして、車速Ｖが設定車速Ｖc1を越えており（Ｖ＞Ｖc1）、且つ、前輪すべり角の絶対値｜βfe｜が設定値βfc1を越えており（｜βfe｜＞βfc1）、且つ、ハンドル角θｈとハンドル角速度（ｄθｈ／ｄｔ）との乗算値が正（θｈ・（ｄθｈ／ｄｔ）＞０：すなわち、ハンドル切増状態）の条件（路面μ推定実行条件）が成立しているか否かの判定が行われる。

ハンドル切増状態以外では電動パワーステアリングモータ７のアシストトルク、操舵トルクが小さくなって、フリクション等の影響を受け、ラック推力を推定するにあたり、Ｓ／Ｎ比が悪化する虞がある。また、前輪すべり角の絶対値｜βfe｜が小さい場合、車速Ｖが低い場合もＳ／Ｎ比が悪化する虞がある。従って、上述の路面μ推定実行条件が成立するときのみ路面μの推定を行うと判定し、この判定結果を路面μ演算部１０ｆに出力する。このように、路面μ推定判定部１０ｂは、実行判定手段として設けられている。

尚、上述の｜βfe｜＞βfc1に代えて、｜Ｔｈ｜＞ＣTh（ＣThは予め設定した値）で判定するようにしても良い。また、上述の切増状態判定のθｈ・（ｄθｈ／ｄｔ）＞０は、βfe・（ｄβfe／ｄｔ）＞０で判定するようにしても良く、Ｔｈ・（ｄθｍ／ｄｔ）＞０（θｍは電動パワーステアリングモータ７のモータ回転角）で判定しても良い。

推定ラック推力演算部１０ｃは、検出する操舵トルクセンサ１２から操舵トルクＴｈが、電動パワーステアリングモータ電流センサ１３からモータ電流ＩEPSが入力される。そして、例えば、以下の（７）式により、現在の推定ラック推力Ｆmseを演算する。
Ｆmse＝ζ１・（２・π／ｈｓ）・Ｔｐ …（７）
ここで、ζ１はラック＆ピニオンの効率、ｈｓはラック＆ピニオンの比ストローク、Ｔｐはピニオンギヤトルクであり、以下の（８）式により演算される。
Ｔｐ＝Ｔｈ＋ζ２・ηｗ・Ｔｍ …（８）
ここで、ζ２はウォームギヤの効率、ηｗはウォームギヤ比、Ｔｍは電動パワーステアリングモータ７のモータトルクであり、以下の（９）式により演算される。

Ｔｍ＝sign（Ｔｈ）・ｋｍ・３^−１／２・ＩEPS …（９）
ここで、sign（Ｔｈ）は、操舵トルクＴｈの符号を、ｋｍはモータトルク定数を示す。

また、推定ラック推力演算部１０ｃは、現在の推定ラック推力Ｆmseを演算すると、過去に演算したサンプリング時間の異なる（それぞれ上述の前輪すべり角取得と同じタイミングの）複数の推定ラック推力により、ベクトル量である推定ラック推力Ｆmsveを新たに設定する。本実施の形態では、推定ラック推力Ｆmsveの例として、新しくサンプリングされた順に、Ｆms[0]、Ｆms[1]、・・・、Ｆms[m]、・・・、Ｆms[18]、βｆ[19]の合計２０個の成分から構成されているもので説明する。すなわち、

であり、新たに、推定ラック推力Ｆmseが演算されると、

と更新される。上述のように演算される推定ラック推力Ｆmsveは、路面μ演算部１０ｆに出力される。このように、推定ラック推力演算部１０ｃは、推定ラック推力算出手段として設けられている。

カント演算部１０ｄは、横加速度センサ１５から横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）が、ヨーレートセンサ１６からヨーレートγが入力される。そして、例えば、以下の（１２）式により、路面のカントθcaを演算し、重み関数演算部１０ｅに出力する。
θca＝（（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）−Ｖ・γ）／ｇ …（１２）

重み関数演算部１０ｅは、横加速度センサ１５から横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）が、前輪すべり角演算部１０ａから前輪すべり角βfeが、カント演算部１０ｄから路面のカントθcaが入力される。そして、以下の（１３）式に示すように、上述の前輪すべり角βfve、ラック推力推定値Ｆmsveのデータ数と同じ行数、列数を持つ正方行列である、第１の重み関数Ｗ1veを設定し、路面μ演算部１０ｆに出力する。

ここで、第１の重み関数Ｗ1veを構成する各成分は、例えば、以下のように演算されるものである。

Ｗ1[0]＝Ｗ14[0]・Ｗ15[0]・（Ｗ11[0]＋Ｗ12[0]＋Ｗ13[0]）
Ｗ1[1]＝Ｗ14[1]・Ｗ15[1]・（Ｗ11[1]＋Ｗ12[1]＋Ｗ13[1]）
：
Ｗ1[m]＝Ｗ14[m]・Ｗ15[m]・（Ｗ11[m]＋Ｗ12[m]＋Ｗ13[m]）
：
Ｗ1[18]＝Ｗ14[18]・Ｗ15[18]・（Ｗ11[18]＋Ｗ12[18]＋Ｗ13[18]）
Ｗ1[19]＝Ｗ14[19]・Ｗ15[19]・（Ｗ11[19]＋Ｗ12[19]＋Ｗ13[19]）

上述の各Ｗ11[0]〜Ｗ11[19]は、それぞれそのサンプリング時間における前輪すべり角βfe毎に設定される値であり、例えば、図５に示すようなマップを参照することにより設定される。

すなわち、前輪すべり角βfeが大きくなるほど、路面μの違いによる差異は大きくなるため、外乱入力が略一定であると仮定すれば、前輪すべり角βfeに応じてＳ／Ｎ比が良好になる。従って、前輪すべり角の絶対値｜βfe｜が大きいほど、その値の重みを重くするべくＷ11[0]〜Ｗ11[19]を大きな値に設定するのである。

また、各Ｗ12[0]〜Ｗ12[19]は、それぞれそのサンプリング時間における横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）毎に設定される値であり、例えば、図６に示すようなマップを参照することにより設定される。

すなわち、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）が大きくなるほど、路面μの違いによる差異は大きくなるため、外乱入力が略一定であると仮定すれば、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）に応じてＳ／Ｎ比が良好になる。従って、横加速度の絶対値｜（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）｜が大きいほど、その値の重みを重くするべくＷ12[0]〜Ｗ12[19]を大きな値に設定するのである。そして、このように横加速度の絶対値｜（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）｜に応じて重み関数を設定することにより、ドライ路面高Ｇ旋回における路面μ推定の復帰を早めることができる。

更に、各Ｗ13[0]〜Ｗ13[19]は、経過時間に応じた重み関数の要素（サンプリング時間に応じた第１の重み係数）であり、例えば、第１の重み関数Ｗ1veを設定する際の、各サンプリング時間の経過時間に応じて図７のマップを参照することにより設定される。

図７では、新しいデータほど重み関数が大きく、新しいデータでの路面判定を優先させるようになっており、路面判定の応答性を向上させるようになっている。

また、各Ｗ14[0]〜Ｗ14[19]も、経過時間に応じた重み関数の要素（サンプリング時間に応じた第２の重み係数）であり、例えば、第１の重み関数Ｗ1veを設定する際の、各サンプリング時間の経過時間に応じて図８のマップを参照することにより設定される。

この図８のマップからも明らかなように、一定時間以上経過した値は、重み係数を０とし、この値を乗算することにより、採用しないよう設定される。

更に、各Ｗ15[0]〜Ｗ15[19]は、それぞれそのサンプリング時間における路面カントの絶対値｜θca｜に応じて設定される値であり、例えば、図９に示すようなマップを参照することにより設定される。すなわち、カントのある路面を走行する際は、操舵角とラック推力の関係が変化するため（横力が発生しなくても旋回できる等）、誤判定を誘発する虞がある。そこで、カントのある路面走行の可能性が高い場合は、重み関数を小さく設定し、カント路走行時の誤判定を抑制するのである。このように、重み関数演算部１０ｅは、路面摩擦係数推定手段を構成している。

路面μ演算部１０ｆは、前輪すべり角演算部１０ａから前輪すべり角βfveが、路面μ推定判定部１０ｂから路面μ推定の実行判定結果が、推定ラック推力演算部１０ｃから推定ラック推力Ｆmsveが、重み関数演算部１０ｅから第１の重み関数Ｗ1veが入力される。そして、路面μ推定判定部１０ｂから路面μ推定の実行許可の信号が入力されている場合、推定ラック推力Ｆmsveと同じタイミングで、基準ラック推力Ｆmdveを少なくとも路面μをパラメータとして含むタイヤモデルにより推定し、少なくとも推定ラック推力Ｆmsveと基準ラック推力Ｆmdveとの偏差を最小とする路面μの値を最適化計算により求める。

具体的には、以下の（１４）式により、路面μが微小変化した時の、基準ラック推力Ｆmdveの変化量を要素とするベクトルであるヤコビアンＪve[n-1]を、路面μ推定値の前回値μ[n-1]を使って演算する。尚、ヤコビアンＪve[n-1]の添字[n-1]は、路面μ推定値の前回値μ[n-1]を表すものであり、反復演算ｎ−１＝０の場合は、路面μ推定値の前回値μ[n-1]が無いため、先のサンプリング時における路面μの推定結果μ[z-1]を代入する。

ヤコビアンＪve[n-1]の各要素は、以下の各式で求められるものである。

（∂Ｆmd[0]／∂μ[n-1]）＝（（ｋｆ^２・βf[0]^２）
／（３・ｌｎ・Ｗｆ・μ[n-1]^２））・（（ｌ＋２・ζｃ）
−（（（６・ｌ＋４・ζｃ）・ｋｆ・βf[0]）
／（９・Ｗｆ・μ[n-1]））＋（（ｌ・ｋｆ^２・βf[0]^２）
／（９・Ｗｆ^２・μ[n-1]^２）））
（∂Ｆmd[1]／∂μ[n-1]）＝（（ｋｆ^２・βf[1]^２）
／（３・ｌｎ・Ｗｆ・μ[n-1]^２））・（（ｌ＋２・ζｃ）
−（（（６・ｌ＋４・ζｃ）・ｋｆ・βf[1]）
／（９・Ｗｆ・μ[n-1]））＋（（ｌ・ｋｆ^２・βf[1]^２）
／（９・Ｗｆ^２・μ[n-1]^２）））
：
（∂Ｆmd[m]／∂μ[n-1]）＝（（ｋｆ^２・βf[m]^２）
／（３・ｌｎ・Ｗｆ・μ[n-1]^２））・（（ｌ＋２・ζｃ）
−（（（６・ｌ＋４・ζｃ）・ｋｆ・βf[m]）
／（９・Ｗｆ・μ[n-1]））＋（（ｌ・ｋｆ^２・βf[m]^２）
／（９・Ｗｆ^２・μ[n-1]^２）））
：
（∂Ｆmd[18]／∂μ[n-1]）＝（（ｋｆ^２・βf[18]^２）
／（３・ｌｎ・Ｗｆ・μ[n-1]^２））・（（ｌ＋２・ζｃ）
−（（（６・ｌ＋４・ζｃ）・ｋｆ・βf[18]）
／（９・Ｗｆ・μ[n-1]））＋（（ｌ・ｋｆ^２・βf[18]^２）
／（９・Ｗｆ^２・μ[n-1]^２）））
（∂Ｆmd[19]／∂μ[n-1]）＝（（ｋｆ^２・βf[19]^２）
／（３・ｌｎ・Ｗｆ・μ[n-1]^２））・（（ｌ＋２・ζｃ）
−（（（６・ｌ＋４・ζｃ）・ｋｆ・βf[19]）
／（９・Ｗｆ・μ[n-1]））＋（（ｌ・ｋｆ^２・βf[19]^２）
／（９・Ｗｆ^２・μ[n-1]^２）））
尚、Ｆmd[0]〜Ｆmd[19]は、基準ラック推力Ｆmdveの各成分（詳しくは後述する）、ｌｎはナックルアーム長、Ｗｆは前輪接地荷重（静止時）、ｌはタイヤ接地面の進行方向長さ、ζｃはキャスタトレールである。

次に、以下の（１５）式により、路面μ推定値の変化量δμを演算する。
δμ＝[Ｊve[n-1]^ＴＷ1veＪve[n-1]＋Ｗ２]^−１
Ｊve[n-1]^ＴＷ1ve[Ｆmsve−Ｆmdve[n-1]] …（１５）
ここで、Ｗ２は実験的に定める固定値である。

次いで、以下の（１６）式により、路面μ推定値μ[n]を演算する。
μ[n]＝μ[n-1]＋δμ …（１６）

次に、上述の（１６）式で演算した路面μ推定値μ[n]を用いて、基準ラック推力Ｆmdve[n]を演算する。尚、反復演算回数ｎ＝０の場合は、前サンプリング時間における推定結果を代入する。

ここで、Ｆmdve[n]の各要素は、次式で演算される。
左右輪の横力が略等しいと仮定すれば、基準ラック推力Ｆmd[0][n]は、Ｆｉａｌａのタイヤモデルにより、以下の（１８）式により、演算される。
Ｆmd[0][n]＝２・（１／ｌｎ）・（ＳＡＴ＋ζｃ・Ｆｙ） …（１８）
ここで、ＳＡＴはセルフアライニングトルクであり、以下の（１９）式により演算され、Ｆｙはタイヤ横力であり、以下の（２０）式により演算される。

ＳＡＴ＝μ[n]・ｌ・Ｗｆ・（（１／６）・ψ−（１／６）・ψ^２
＋（１／１８）・ψ^３−（１／１６２）・ψ^４） …（１９）
Ｆｙ＝μ[n]・Ｗｆ・（ψ−（１／３）・ψ^２＋（１／２７）・ψ^３） …（２０）
ψ＝（ｋｆ／（μ[n]・Ｗｆ））・tanβf[0] …（２1）
同様に、Ｆmd[1][n]〜Ｆmd[19][n]も演算される。

次いで、以下の（２２）式の評価関数Ｌ[n]を演算する。
Ｌ[n]＝[Ｆmsve−Ｆmdve[n]]^ＴＷ1ve[Ｆmsve−Ｆmdve[n]]＋Ｗ２・δμ^２
…（２２）
そして、この評価関数の前回値Ｌ[n-1]と今回値Ｌ[n]とを比較して、予め設定した値ε未満に収束しているか否か判定し、収束している場合は、そこで収束演算を止め、演算された路面μ推定値μ[n]を今回の路面μ推定値μ[z]として出力する。また、ε未満に収束していない場合は、再び、ヤコビアンＪve[n-1]からの演算を繰り返す。

一方、路面μ推定判定部１０ｂから路面μ推定の実行許可の信号が入力されていない場合は、前回の路面μ推定値μ[z-1]を今回の路面μ推定値μ[z]として出力する。

このように、路面μ演算部１０ｆは、基準ラック推力推定手段、路面摩擦係数推定手段としての機能を有している。

次に、路面μ推定装置１０で実行される路面摩擦係数推定プログラムを、図３、図４のフローチャートで説明する。

まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、必要なパラメータ、すなわち、ハンドル角θｈ、操舵トルクＴｈ、モータ電流ＩEPS、車速Ｖ、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）、ヨーレートγを読み込む。

次いで、Ｓ１０２に進み、前輪すべり角演算部１０ａで、現在の前輪すべり角βfeを、前述の（１）式により演算する。

次に、Ｓ１０３に進み、推定ラック推力演算部１０ｃで、現在の推定ラック推力Ｆmseを、前述の（７）式により演算する。

次いで、Ｓ１０４〜Ｓ１０６の判定は、路面μ推定判定部１０ｂで実行される判定であり、Ｓ１０４では、車速Ｖが設定車速Ｖc1を越えているか（Ｖ＞Ｖc1）、Ｓ１０５では、前輪すべり角の絶対値｜βfe｜が設定値βfc1を越えているか（｜βfe｜＞βfc1）、Ｓ１０６では、ハンドル角θｈとハンドル角速度（ｄθｈ／ｄｔ）との乗算値が正（θｈ・（ｄθｈ／ｄｔ）＞０：すなわち、ハンドル切増状態）の条件が成立しているか否かの判定が行われる。

そして、これらの条件が全て成立している場合は、Ｓ／Ｎ比も良好で精度の良い路面μを推定可能（路面μ推定の実行許可）と判定し、Ｓ１０７へと進み、Ｓ１０４〜Ｓ１０６の何れか一つでも成立していない場合は、Ｓ１１９へ進んで、前回の路面μ推定値μ[z-1]を今回の路面μ推定値μ[z]として（前回の路面μ推定値μ[z-1]を保持して）Ｓ１１７に進む。

Ｓ１０６からＳ１０７に進むと、推定ラック推力演算部１０ｃで、前述の（１１）式により、推定ラック推力Ｆmsveの更新が行われ、Ｓ１０８に進み、前輪すべり角演算部１０ａで、前述の（６）式により、前輪すべり角βfveの更新が行われる。

次いで、Ｓ１０９に進み、重み関数演算部１０ｅで、前輪すべり角の絶対値｜βfe｜に応じた図５のマップ、横加速度の絶対値｜（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）｜に応じた図６のマップ、各サンプリング時間の経過時間に応じた図７及び図８のマップ、路面カントの絶対値｜θca｜に応じた図９のマップを参照し、各サンプリング時間における成分を演算して、ラック推力推定値Ｆmsveのデータ数と同じ行数、列数を持つ正方行列である、前述の（１３）式に示す第１の重み関数Ｗ1veを設定する。

次に、Ｓ１１０に進むと、路面μ演算部１０ｆは、前述した（１４）式により、路面μが微小変化した時の、基準ラック推力Ｆmdveの変化量を要素とするベクトルであるヤコビアンＪve[n-1]を、路面μ推定値の前回値μ[n-1]を使って演算する。

次いで、Ｓ１１１に進み、路面μ演算部１０ｆは、前述した（１５）式により、路面μ推定値の変化量δμを演算する。

次に、Ｓ１１２に進み、路面μ演算部１０ｆは、前述した（１６）式により、路面μ推定値μ[n]を演算する。

次いで、Ｓ１１３に進み、路面μ演算部１０ｆは、Ｆｉａｌａのタイヤモデルにより、前述した（１８）式〜（２１）式により、（１７）式で示す基準ラック推力Ｆmdve[n]を演算する。

次に、Ｓ１１４に進み、路面μ演算部１０ｆは、前述した（２２）式による評価関数Ｌ[n]を演算する。

そして、Ｓ１１５に進み、評価関数の前回値Ｌ[n-1]と今回値Ｌ[n]とを比較して、予め設定した値ε未満に収束しているか否か（Ｌ[n]−Ｌ[n-1]＜εか否か）を判定し、収束している場合は、Ｓ１１６に進んで、路面μ推定値μ[n]を今回の路面μ推定値μ[z]として設定し（μ[z]＝μ[n]）、収束していない場合は、Ｓ１２０に進んで、Ｆmdve[n-1]＝Ｆmdve[n]、μ[n-1]＝μ[n]、Ｌ[n-1]＝Ｌ[n]と設定して、再び、Ｓ１１０からの演算を繰り返す。

Ｓ１１６、或いは、Ｓ１１９で、今回の路面μ推定値μ[z]を設定した後は、Ｓ１１７に進み、今回の路面μ推定値μ[z]を出力し、Ｓ１１８に進んで、今回の路面μ推定値μ[z]を前回の路面μ推定値μ[z-1]と更新して（μ[z-1]＝μ[z]）、プログラムを抜ける。

このように、本発明の実施の形態によれば、少なくとも操舵トルクと電動パワーステアリングのモータトルクに基づいて、サンプリング時間が異なる複数の推定ラック推力Ｆmsveを算出し、少なくとも車輪速とハンドル角に基づいて、推定ラック推力Ｆmsveの算出と同じタイミングで、基準ラック推力Ｆmdveを、少なくとも路面μをパラメータとして含むタイヤモデルにより推定し、少なくとも推定ラック推力Ｆmsveと基準ラック推力Ｆmdveとの偏差の二乗和が最小となるように路面μの値を最適化計算により求めるようになっている。このため、幅広い運転領域で、レスポンス良く、精度の良い路面μを推定することが可能となる。

尚、本実施の形態では、評価関数Ｌ[n]の収束判定を、ε未満になるまで行うようにしているが、収束演算の回数を予め設定しておくようにしても良い。また、演算回数の制限値を設けておいても良い。

更に、本実施の形態では、第１の重み関数Ｗ1veは、前輪すべり角の絶対値｜βfe｜、横加速度の絶対値｜（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）｜、各サンプリング時間の経過時間、路面カントの絶対値｜θca｜をそれぞれ考慮して設定されるようになっているが、何れか１つ、或いは、複数のパラメータを考慮して設定するようにしても良い。

操舵機構と路面摩擦係数推定装置の構成図 路面摩擦係数推定装置の機能ブロック図 路面摩擦係数推定プログラムのフローチャート 図３から続くフローチャート 前輪すべり角に応じた重み係数の説明図 横加速度に応じた重み係数の説明図 サンプリング時間に応じた第１の重み係数の説明図 サンプリング時間に応じた第２の重み係数の説明図 路面カントに応じた重み係数の説明図 操舵状態と操舵力、モータアシスト力との関係の一例を示す説明図

符号の説明

１ 操舵機構
２ ハンドル
３ 操舵軸
４ ピニオン
５ ラック
６ ホイール、タイヤ
７ 電動パワーステアリングモータ
８ 減速機
１０ 路面μ推定装置
１０ａ 前輪すべり角演算部
１０ｂ 路面μ推定判定部（実行判定手段）
１０ｃ 推定ラック推力演算部（推定ラック推力算出手段）
１０ｄ カント演算部
１０ｅ 重み関数演算部（路面摩擦係数推定手段）
１０ｆ 路面μ演算部（基準ラック推力推定手段、路面摩擦係数推定手段）
１１ ハンドル角センサ
１２ 操舵トルクセンサ
１３ 電動パワーステアリングモータ電流センサ
１４ 車速センサ
１５ 横加速度センサ
１６ ヨーレートセンサ

Claims (8)

1. 電動パワーステアリングを有する車両の路面摩擦係数推定装置において、
   少なくとも操舵トルクに関するパラメータと上記電動パワーステアリングのモータのモータトルクに関するパラメータとに基づいて、サンプリング時間毎に推定ラック推力を算出する推定ラック推力算出手段と、
   少なくとも車輪速に関するパラメータとハンドル角に関するパラメータとに基づいて、上記推定ラック推力の算出と同じタイミングで、路面摩擦係数をパラメータとして含むタイヤモデルにより基準ラック推力を算出する基準ラック推力算出手段と、
   少なくとも上記サンプリング時間毎の上記推定ラック推力と上記基準ラック推力との偏差の二乗和が最小となるように上記路面摩擦係数の値を最適化計算により求める路面摩擦係数推定手段と、
   を備えたことを特徴とする路面摩擦係数推定装置。
2. 上記路面摩擦係数推定手段は、上記各サンプリング時間における上記偏差を二乗した値に、それぞれのサンプリング時間における計測条件に応じた重み関数を乗算した第１の評価関数と、前回算出した路面摩擦係数に対する今回の路面摩擦係数の修正量を二乗した値を含む第２の評価関数と、上記第１の評価関数と上記第２の評価関数との和である第３の評価関数とを求め、上記第３の評価関数を路面摩擦係数で偏微分した値が０となることを利用して上記路面摩擦係数の修正量を算出し、今回の路面摩擦係数を求めることを特徴とする請求項１記載の路面摩擦係数推定装置。
3. 上記計測条件に応じた重み関数は、路面カントに応じて設定され、上記路面カントが大きい場合は小さく設定されることを特徴とする請求項２記載の路面摩擦係数推定装置。
4. 上記重み関数は、前輪すべり角に応じて設定され、上記前輪すべり角の絶対値が大きいほど大きく設定されることを特徴とする請求項２記載の路面摩擦係数推定装置。
5. 上記重み関数は、横加速度に応じて設定され、上記横加速度の絶対値が大きいほど大きく設定されることを特徴とする請求項２記載の路面摩擦係数推定装置。
6. 上記重み関数は、サンプリング時間に応じて設定され、上記サンプリング時間が新しいほど大きく設定されることを特徴とする請求項２記載の路面摩擦係数推定装置。
7. 上記重み関数は、サンプリング時間が一定時間経過している場合は該当するサンプリング時間における重み関数を０とすることを特徴とする請求項２記載の路面摩擦係数推定装置。
8. 少なくとも操舵の切り増しが行われていない場合は、上記路面摩擦係数推定手段による上記路面摩擦係数の推定を禁止させる実行判定手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載の路面摩擦係数推定装置。

Images