JP4583413B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、走行中の車両の路面摩擦係数を推定し、路面摩擦係数に基づいて車両挙動を安定化させるための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などにおいては、運転者がハンドル操作を誤り車両挙動が不安定状態となる場合がある。このような車両挙動不安定状態を予防するため、車両挙動状態を検出し車両を安定化する制御装置が車両に搭載されている。また、車両を安定化するために車両走行路面の摩擦係数（路面摩擦係数μ）を推定し、推定結果の路面摩擦係数μに応じて制御量を調整するように構成されている。

例えば、車輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と、車輪に対する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段とから、操舵トルクの特性を演算し、その演算結果より路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段を具備したものが開示されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

しかし、上記特許文献１及び特許文献２では、路面摩擦係数を推定するために操舵角検出手段が必須であり、例えば操舵角センサを有さない車両においては、その技術が適用できない場合があるという課題がある。

また、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一般的に軽自動車であるが、コスト的な面からハンドル角センサを有する軽自動車は少なく、予防安全システムが最も必要であるのにそのようなシステムが搭載されている車両が少ないという課題がある。

特開平１１−２８７７４９号公報 特開平９−１５６５１８号公報

従来の車両挙動検出手段では、不安定状態検出のためにハンドル角センサをはじめとする様々なセンサを用いるため、車両挙動が不安定状態に陥り易い車重の軽い所謂軽自動車や小型車では、コスト的な面でセンサを追加することは困難であるという課題があった。

この発明は上述した課題に鑑みてなされたもので、新たなセンサ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所謂軽自動車や小型車などでも路面摩擦係数が推定可能な車両用操舵装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、この発明に係る車両用操舵装置は、走行中の車両の路面摩擦係数を推定し、路面摩擦係数に基づいて車両挙動を安定化させる車両用操舵装置であって、走行中の車両のタイヤが路面から受ける路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出手段と、前記車両の車速を検出する車速検出手段と、前記路面反力トルクの検出値に基づいて前記車両の路面摩擦係数を推定する車両挙動推定手段と、を備え、前記車両挙動推定手段は、車両に予め定められた車速に対する路面反力トルク勾配を記憶し、前記車速の検出値に基づいて前記路面反力トルク勾配を用いて路面摩擦係数変換演算値を演算する路面摩擦係数変換演算手段を有し、前記路面反力トルクの検出値及び前記路面摩擦係数変換演算値に基づいて前記車両の路面摩擦係数を推定することを特徴とする。

この発明によれば、新たなセンサ類を追加することなく、路面反力トルクの検出値に基づいて車両の路面摩擦係数を推定することができ、路面摩擦係数に応じた車両安定化制御を行うことが可能となる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態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による車両用操舵装置の制御装置の全体構成を示す。車両用操舵装置は、車両のステアリング機構（操舵機構とも言う）１０に取り付けられる。ステアリング機構１０は、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、ラックとピニオン機構６、タイヤ７を含んでいる。車両用操舵装置は、ステアリング軸２に取り付けたトルクセンサ４、ステアリング軸２に取り付けたアシストモータ５（以下、単にモータともいう）、アシストモータ５を制御する制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）８とこれらを接続するケーブルを含む。当然、電源装置も含むが、自明なのでここでは説明を省略する。

図１において、ハンドル１は、運転者が操舵する自動車のステアリングハンドルであり、ステアリング軸２の上端に連結されている。ハンドル１には運転者による操舵トルクＴhdlが加えられ、この操舵トルクＴhdlはステアリング軸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検出信号Ｔhdl（s）を発生する。アシストモータ５は、電動モータであり、これもステアリング軸に図示しない減速ギアを介して結合され、操舵トルクＴhdlをアシストするアシストトルクＴassistをステアリング軸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が、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を操作する。

次に、実施の形態１の全体的な動作について説明する。図１の車両用操舵装置は、ステアリング機構１０に電気的に組み合わせたＥＰＳ（Electric Power Steering）用制御ユニット８を有する。この制御ユニット８には、トルクセンサ４からの操舵トルク検出信号Ｔhdl（s）と、アシストモータ５からのモータ駆動電流検出信号Ｉmtr（s）と、モータ駆動電圧検出信号Ｖmtr（s）とが入力される。この制御ユニット８は、アシストモータ５に対して、制御信号Ｉmtr（t）を供給する。この制御信号Ｉmtr（t）は、アシストモータ５に対する駆動目標電流である。

図１において、符号Ｔalignは、タイヤ７に与えられる路面反力トルクであり、符号Ｔtranは、この路面反力トルクＴalignに基づき、ステアリング軸２に作用するステアリング軸反力トルクである。ステアリング軸反力トルクＴtranは、ステアリング軸２に換算された路面反力トルクである。また、符号Ｔfrpは、アシストモータ５の摩擦トルクＴmfricを除いたステアリング軸機構１０の摩擦トルクである。

図１に示す車両用操舵装置は、運転者がハンドル１を切った時の操舵トルクＴhdlをトルクセンサ４で操舵トルク検出信号Ｔhdl（s）として検出し、その操舵トルク検出信号Ｔhdl（s）に応じて、操舵トルクＴhdlを補助するアシストトルクＴassistを発生させることを主な機能とする。制御ユニット８は、アシストモータ５の駆動電流Ｉmtrを検出した検出信号Ｉmtr（s）と、アシストモータ５の駆動電圧Ｖmtrを検出した検出信号Ｖmtr（s）と、操舵トルク検出信号Ｔhdl（s）とに基づき、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、この制御信号Ｉmtr（t）をアシストモータ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との和が、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、アシストモータ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は次式（１）で与えられる。
Ｔtran＝Ｔhdl＋Ｔassist−Ｊ・ｄ・／ｄｔ （１）
ただし、アシストモータ５の慣性トルクをＪ・ｄ・／ｄｔとする。

また、アシストモータ５によるアシストトルクＴassistは、次式（２）で与えられる。
Ｔassist＝Ｇgear・Ｋt・Ｉmtr （２）
ただし、Ｇgearはアシストモータ５とステアリング軸２との間の減速ギア
の減速ギア比、
Ｋtはアシストモータ５のトルク定数である。

また、ステアリング軸反力トルクＴtranは、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との和であり、次式（３）で与えられる。
Ｔtran＝Ｔalign＋Ｔfric
＝Ｔalign＋（Ｇgear・Ｔmfric＋Ｔfrp） （３）
ただし、Ｔmfricはアシストモータ５における摩擦トルク、
Ｔfrpはこのアシストモータ５における摩擦トルクＴmfricを除く
ステアリング機構１０の摩擦トルクであり、
Ｔmfric・Ｇgear＋Ｔfrp＝Ｔfricである。

また、制御ユニット８は、運転者が操舵する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に発生する路面反力トルクＴalignと車両の車速から路面摩擦係数を推定し、路面摩擦係数に応じたアシストトルクＴassistをアシストモータ５に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、制御ユニット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、制御ユニット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、制御ユニット８の具体的構成例を示す機能ブロック図であり、便宜的に制御ユニット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、制御ユニット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、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、電動パワーステアリング機構において、モータ角速度は操舵角速度と減速ギア比Ｇgearで比例関係にあるため、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。路面反力トルク検出器１５は、走行中の車両のタイヤ７が路面から受ける路面反力トルクＴalignを検出して、路面反力トルク信号Ｔalign（s）を出力する。

また、制御ユニット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２０と、モータ電流決定器２１と、モータ電流比較器２２と、モータ駆動器２３と、モータ電流検出器２４とを備えている。車両挙動推定手段１７は、路面摩擦係数変換演算手段１８と、路面摩擦係数推定手段１９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Ｔhdl（s）と、モータ角速度信号Ｓmtr（s）と、モータ角加速度Ａmtr（s）と、アシストトルク補正量信号Ｔrq_comp（s）とに基づいて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２１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２４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２２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２３に入力する。モータ駆動器２３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２３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及びアシストトルク補正手段２０と関連して、モータ５を制御する。

車両挙動推定手段１７は、路面反力トルク信号Ｔalign（s）と、車速信号Ｖ（s）とから、路面摩擦係数を推定する。車両挙動推定手段１７内において、路面摩擦係数変換演算手段１８は、車速信号Ｖ（s）に基づいて、路面摩擦係数変換演算値mu_coefを演算し、路面摩擦係数変換演算値信号mu_coef（s）を出力する。

具体的には、路面摩擦係数変換演算手段１８は、車両に予め定められた路面反力トルクに対する路面摩擦係数を記憶したマップ（図示せず）を含み、車速Ｖ（s）信号から一意に路面摩擦係数変換演算値mu_coefを演算する。

なお、路面摩擦係数変換演算手段１８は、下記（４）式にて演算してもよい。

但し、Ａは車両に応じて予め設定されるスタビリティファクタ（固定値）、Ｖは車速（車速信号Ｖ（s）が入力される）、Ｌは車両に応じて予め設定される車両のホイールベース（固定値）、Ｇ_ｒｐは車両に応じて予め設定されるステアリングギアボックス３で設定されるステアリングギア比（固定値）、Ｋal_ｉｇｎは車両に応じて予め設定される操舵角（ハンドル角）に対する路面反力トルク勾配であり、車速信号に応じてマップにより設定される（車速信号Ｖ（s）が入力される）。

路面摩擦係数推定手段１９は、路面摩擦係数変換演算値信号mu_coef（s）と路面反力トルク信号Ｔalign（s）とから路面摩擦係数muを推定し、路面摩擦係数信号mu（s）を演算する。具体的には、路面反力トルク信号Ｔalign（s）に路面摩擦係数変換演算値信号mu_coef（s）を乗じることで路面摩擦係数muを得ることができる。

アシストトルク補正手段２０は、車両挙動推定手段１７の推定結果である路面摩擦係数信号mu（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、路面摩擦係数信号mu（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及び図２を参照しながら、車両の路面摩擦係数を推定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にかかる路面反力トルクＴalignは、図２内の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（５）で求めることができる。
Ｔalign＝Ｔtran-Ｔfric （５）

上記式（５）に前述の式（１）および式（２）を代入して整理すると、路面反力トルクＴalignは、以下の式（６）のように表すことができる。
Ｔalign＝Ｔhdl＋Ｇgear・Ｋt・Ｉmtr−Ｊ・ｄω／ｄＴ−Ｔfric （６）

しかし、一般的に、式（６）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、路面反力トルク検出器１５は、例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（例えば、特開２００３−３１２５２１号公報参照）により、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Ｔalign_estを算出する。なお、以降の実施の形態２〜８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路面反力トルクＴalignを導出するものとする。

次に、図１〜図２とともに、図３のフローチャートを参照しながら、車両挙動推定手段１７及び及びアシストトルク補正手段２０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３において、まず、制御ユニット８は、車速信号Ｖ（s）と路面反力トルク信号Ｔalign（s）を読み込み、自身のメモリ（図示せず）に記憶する（ステップＳ１０１）。

続いて、路面摩擦係数変換演算手段１８は、車速信号Ｖ（s）から、路面摩擦係数変換演算値信号mu_coef（s）を演算してメモリに記憶させる（ステップＳ１０２）。また、路面摩擦係数推定手段１９は、路面反力トルク信号Ｔalign（s）と路面摩擦係数変換演算値信号mu_coef（s）に基づいて路面摩擦係数を推定し、路面摩擦係数信号mu（s）を演算してメモリに記憶させる（ステップＳ１０３）。

最後に、アシストトルク補正手段２０は、路面摩擦係数推定値mu（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Ｓ１０４）、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３のルーチンを終了する。

なお、具体的なアシストトルク補正に関しては、例えば路面摩擦係数mu（s）が小さい場合にはアシストトルクを減じる方向に補正し、mu（s）が大きい場合にはアシストトルクが増加する方向に補正することが考えられるが、車両の特性により限定されるものではないものとする。

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、路面摩擦係数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。

実施の形態２．
図４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４において、前述した図２に示す構成と同様のものについては、同一符号を付し、また、前述と対応する部分については、符号の後に「Ａ」を付してその説明は省略する。なお、図示しない構成は、図１及び図２に示したとおりである。

車両挙動推定手段１７Ａは、前述と同様な車速信号Ｖ（s）及び路面反力トルク信号Ｔalign（s）に加え、モータ角速度検出器１３Ａからのモータ角速度信号Ｓmr（s）を入力情報として、路面摩擦係数mu（s）を出力するが、内部の演算手段に、規範路面反力変化率演算手段４１と、路面反力トルク変化率演算手段４２と、車両挙動不安定状態検出手段４３が新たに設けられている。

規範路面反力変化率演算手段４１は、車速信号Ｖ（s）と、モータ角速度信号Ｓmtr（s）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４１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）及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。

規範路面反力トルク変化率ｄＴalign_refは、例えば、以下の式（７）にように表すことができる。
ｄＴalign_ref＝Ｋalign・ω （７）

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。

路面反力トルク変化率演算手段４２は、路面反力トルク信号Ｔalign（s）を時間微分して路面反力トルク変化率ｄＴalignを演算し、路面反力トルク変化率信号ｄＴalign（s）（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１７Ａ内において、車両挙動不安定状態検出手段４３は、路面反力トルク変化率信号ｄＴalign（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。

例えば、路面反力トルク変化率信号ｄＴalign（s）と規範路面反力トルク変化率信号ｄＴalign_ref（s）との差分値が車両によって設定される許容基準値を超えた場合に、車両が不安定状態であることを想定して、車両挙動不安定状態検出手段４３での検出結果として、車両挙動信号Ｓtability（s）を出力する。

なお、本実施の形態では、車両挙動不安定状態検出信号Ｓtability（s）を路面反力トルク変化率信号ｄＴalign（s）と規範路面反力トルク変化率信号ｄＴalign_ref（s）との差分により設定したが、車両挙動不安定状態検出信号Ｓtability（s）は、車両のタイヤ７のグリップ力が限界であることを示す信号であれば公知の技術が適用できるものとする。

次に、路面摩擦係数推定手段１９Ａは、路面反力トルク信号Ｔalign（s）と路面摩擦係数変換演算値信号mu_coef（s）と車両挙動不安定状態検出信号Ｓtability（s）に基づいて路面摩擦係数muを推定し、路面摩擦係数信号mu（s）を演算する。具体的には、車両挙動不安定状態検出信号Ｓtability（s）により車両挙動が不安定と出力した際に、路面反力トルク信号Ｔalign（s）に路面摩擦係数変換演算値信号mu_coef（s）を乗じることで路面摩擦係数muを得ることができる。

次に、図４とともに、図５を参照しながら、路面摩擦係数muを得る推定アルゴリズムについて説明する。図５は、時系列状態量（路面摩擦係数muを推定しない状態及び路面摩擦係数muを推定する状態）を示す説明図であり、各状態量を、路面反力トルクＴalignと、車両挙動不安定状態検出信号Ｓtabilityと、路面摩擦係数muとの各検出値の時間変化に関連付けて示している。

図５において、まず、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの区間では、車両挙動不安定状態検出信号Ｓtabilityが「安定状態」であることを示しているので、路面摩擦係数推定手段１９Ａは路面摩擦係数muの推定を行わない。

次に、時刻ｔ２で車両挙動不安定状態検出信号Ｓtabilityが「不安定状態」であることを示している。このとき、路面摩擦係数推定手段１９Ａは、実施の形態１と同様に、路面摩擦係数変換演算値mu_coef（s）と路面反力トルクＴalign（s）から路面摩擦係数muの演算を行い、路面摩擦係数信号mu（s）を出力する。

次に、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの区間では、車両挙動不安定状態検出信号Ｓtabilityが「不安定状態」であることを示しているので、路面摩擦係数推定手段１９Ａは、時刻ｔ２で演算された路面摩擦係数muの演算値を保持し、路面摩擦係数信号mu（s）を出力する。

次に、図４〜図５とともに、図６のフローチャートを参照しながら、車両挙動推定手段１７Ａを用いた路面摩擦係数muの推定動作について説明する。なお、路面摩擦係数muを用いた電動パワーステアリングの動作は実施の形態１と同様なため、本実施の形態では説明を省略する。

図６において、まず、制御ユニット８は、車速信号Ｖ（s）と路面反力トルク信号Ｔalign（s）とモータ角速度信号Ｓmtr（s）を読み込み、自身のメモリ（図示せず）に記憶する（ステップＳ２０１）。

続いて、規範路面反力トルク変化率演算手段４１は、車速信号Ｖ（s）とモータ角速度信号Ｓmtr（s）から規範路面反力トルク変化率信号Ｔalign_ref（s）を演算してメモリに記憶させる（ステップＳ２０２）。また、路面反力トルク変化率演算手段４２は、路面反力トルク信号Ｔalign（s）を時間微分することにより路面反力トルク変化率信号ｄＴalign（s）を演算してメモリに記憶させる（ステップＳ２０３）。

次に、車両挙動不安定状態検出手段４３は、路面反力トルク変化率信号ｄＴalign（s）と規範路面反力トルク変化率信号ｄＴalign_ref（s）より車両挙動を判定し、車両挙動不安定状態検出信号Ｓtability（s）を出力する（ステップＳ２０４）。

路面摩擦係数変換演算手段１８Ａは、車速信号Ｖ（s）から、路面摩擦係数変換演算値信号mu_coef（s）を演算してメモリに記憶させる（ステップＳ２０５）。また、路面摩擦係数推定手段１９Ａは、車両挙動不安定状態検出信号Ｓtability（s）と路面反力トルク信号Ｔalign（s）と路面摩擦係数変換演算値信号mu_coef（s）に基づいて路面摩擦係数を推定し、路面摩擦係数信号mu（s）を演算して出力して図６のルーチンを終了する（ステップＳ２０６）。

以上のように、車両のタイヤ７のグリップ力が限界であることを示す信号として、車両挙動不安定状態検出信号Ｓtability（s）を用いて路面摩擦係数推定を局所的に行うことにより、より正確な路面摩擦係数muを推定することが可能となる。

また、元来、路面摩擦係数muは通常状態と異なる領域で、例えば電動パワーステアリングの制御モードを変更する際にのみ必要となる。従来の電動パワーステアリング制御では、車両が不安定状態となった際に、制御をノーマルモードから車両安定化モードに切り換えるような状況がある。しかし、不安定状態の指標がないため必ずしも最適な制御切り換えができていない。本実施の形態のように、局所的に路面摩擦係数muを推定することで、制御を切り換える際に、路面状態に沿った切り換えを行うことが可能となる。

実施の形態３．
上述した実施の形態１，２では、路面摩擦係数信号mu（s）を電動パワーステアリング制御装置に適用したが、例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、路面摩擦係数信号mu（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の制御ユニット８のほかに、路面摩擦係数信号mu（s）に基づき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、路面摩擦係数信号mu（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３は、エンジン出力制御やオートマチッ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４．
また、上述した実施の形態３では、路面摩擦係数信号mu（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あ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、路面摩擦係数信号mu（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の制御ユニット８のほかに、路面摩擦係数信号mu（s）に基づき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１７の推定結果に応じて左右輪の駆動力を制御することにより、左右輪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、車両の左右輪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、路面摩擦係数信号mu（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５．
なお、上述した実施の形態３では、路面摩擦係数信号mu（s）を車両駆動力制御装置に適用したが、近年では前後の駆動力配分を行うことにより車両の運動性能をあげるシステムも提案されており、前後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、路面摩擦係数信号mu（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の制御ユニット８のほかに、路面摩擦係数信号mu（s）に基づき車両の前後輪の駆動力を制御する前後輪駆動力制御装置（図示せず）を備え、前後輪駆動力制御装置は、車両挙動推定手段１７の推定結果に応じて前後輪の駆動力を制御することにより、前後輪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、車両の前後輪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、路面摩擦係数信号mu（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６．
なお、上述した実施の形態１，２では、路面摩擦係数信号mu（s）タイヤ７とハンドル１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、例えば車両前輪の角度を制御するための前輪操舵制御装置を備えた車両においては、路面摩擦係数信号mu（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の制御ユニット８のほかに、路面摩擦係数信号mu（s）に基づき車両前輪の角度を制御するための前輪操舵制御装置（図示せず）を備え、前輪操舵制御装置は、車両挙動推定手段１７の推定結果に応じて車両前輪の角度を制御することにより、車両前輪の角度の制御信頼性を向上させることができる。これにより、車両前輪の角度を制御する前輪操舵制御装置を有する車両であれば、路面摩擦係数信号mu（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６は、ハンドル角とタイヤ角のラックアンドピニオンギア比を可変にする可変ギア機構をはじめてステアバイワイヤなどのハンドル角とタイヤ角を自由に制御可能な機構をもつ車両全般に対して適用可能となる。

実施の形態７．
なお、上述した実施の形態１，２では、路面摩擦係数信号mu（s）タイヤ７とハンドル１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、例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、路面摩擦係数信号mu（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の制御ユニット８のほかに、路面摩擦係数信号mu（s）に基づき車両後輪の角度を制御するための後輪操舵制御装置（図示せず）を備え、後輪操舵制御装置は、車両挙動推定手段１７の推定結果に応じて車両後輪の角度を制御することにより、車両後輪の角度の制御信頼性を向上させることができる。これにより、車両後輪の角度を制御する後輪操舵制御装置を有する車両であれば、路面摩擦係数信号mu（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８．
なお、上述した実施の形態１，２では、路面摩擦係数信号mu（s）を電動パワーステアリング制御装置に適用したが、例えば制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、路面摩擦係数信号mu（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の制御ユニット８のほかに、路面摩擦係数信号mu（s）に基づき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により、車両制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、路面摩擦係数信号mu（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９．
なお、上述した実施の形態１〜８では、路面摩擦係数信号mu（s）に応じて車両を安定化するアクチュエータを制御することが前提である。しかし、そのような車両安定化アクチェータを有さない車両においては、例えばドライバに対して走行状態を教示する音などを路面摩擦係数信号mu（s）に応じて出力してもよい。

この場合、図２の制御ユニット８のほかに、路面摩擦係数信号mu（s）に基づきドライバに走行状態を教示するための走行状態教示装置（図示せず）を備え、走行状態教示装置は、車両挙動推定手段１７の推定結果に応じて例えば音を出力することにより、ドライバに現在の走行状態を教示することが可能となる。なお、本実施の形態では、ドライバの聴覚に教示する装置に関して述べたが、無論視覚的に教示するようにしてもよい。

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による制御ユニット８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１７Ａ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による路面反力トルクおよび車両挙動不安定状態に基づく路面摩擦係数推定を示す時系列状態図である。 この発明の実施の形態２による路面摩擦係数推定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、３ ステアリングギアボックス、４ トルクセンサ、５ モータ、６ ラックとピニオン軸、７ タイヤ、８ 制御ユニット、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、１４ モータ角加速度検出器、１５ 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 車両挙動推定手段、１８ 路面摩擦係数変換演算手段、１９ 路面摩擦係数推定手段、２０ アシストトルク補正手段、２１ モータ電流決定器、２２ 比較器、２３ モータ駆動器、２４ モータ電流検出器、４１ 規範路面反力トルク変化率演算手段、４２ 路面反力トルク変化率演算手段、４３ 車両挙動不安定状態検出手段。

Claims (10)

1. 走行中の車両の路面摩擦係数を推定し、路面摩擦係数に基づいて車両挙動を安定化させるために車両のタイヤを操作するステアリング機構を制御する車両用操舵装置であって、
   走行中の車両のタイヤが路面から受ける路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出手段と、
   前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
   前記路面反力トルクの検出値に基づいて前記車両の路面摩擦係数を推定する車両挙動推定手段と、
   を備え、
   前記車両挙動推定手段は、
   車両に予め定められた車速に対する路面反力トルク勾配を記憶し、前記車速の検出値に基づいて前記路面反力トルク勾配を用いて路面摩擦係数変換演算値を演算する路面摩擦係数変換演算手段を有し、
   前記路面反力トルクの検出値及び前記路面摩擦係数変換演算値に基づいて前記車両の路面摩擦係数を推定する
   ことを特徴とする車両用操舵装置。
2. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記車両の操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段をさらに備えると共に、
   前記車両挙動推定手段は、
   前記車速及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、
   前記路面反力トルクの検出値を時間微分して路面反力トルク変化率を演算する路面反力トルク変化率演算手段と、
   前記路面反力トルク変化率及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不安定状態検出手段と
   を有し、
   前記車両挙動不安定状態検出手段の検出値が不安定状態であると検出した場合に、前記車両の路面摩擦係数を推定する
   ことを特徴とする車両用操舵装置。
3. 請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、
   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
   ことを特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、
   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
   ことを特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、
   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
   ことを特徴とする車両用操舵装置。
6. 請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、
   前記車両の前後輪の駆動力を制御する前後輪駆動力制御装置を備え、
   前記前後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前後輪駆動力を制御する
   ことを特徴とする車両用操舵装置。
7. 請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、
   前記車両の前輪の角度を制御する前輪操舵制御装置を備え、
   前記前輪操舵制御装置は、前記車両挙動推定手段の推定結果に応じて前記前輪の角度を制御する
   ことを特徴とする車両用操舵装置。
8. 請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、
   前記車両の後輪の角度を制御する後輪操舵制御装置を備え、
   前記後輪操舵制御装置は、前記車両挙動推定手段の推定結果に応じて前記後輪の角度を制御する
   ことを特徴とする車両用操舵装置。
9. 請求項１または２に記載の車両用操舵装置において、
   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
   ことを特徴とする車両用操舵装置。
10. 請求項１から９までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置において、
    前記車両のドライバに走行状態を教示する走行状態教示装置を備え、
    前記走行状態教示装置は、前記車両挙動推定手段の推定結果に応じて前記走行状態を教示する
    ことを特徴とする車両用操舵装置。

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