JPWO2018073913A1 - ステアリングトルク推定装置 - Google Patents

Abstract

ステアリングトルク推定装置は、操舵輪として前輪を有する車両であって、車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両において、車体挙動に起因してステアリング軸に与えられるトルクであるステアリングトルクを推定する。ステアリングトルク推定装置は、車体のバンク角の時間変化と、前輪回転速度とに基づき、ステアリングトルクを推定するトルク推定部を備える。

Description

本発明は、車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両におけるステアリングトルクを推定する装置に関する。

特許文献１は、操舵トルクセンサから操舵トルクを検出するシステムを開示している。

特開２００９−１３２２７１号公報

上記システムにおいては、トルクセンサが車体に設置されることにより、車両の部品点数増加による製造コスト増加を招き、また、センサ配置スペース確保のためにヘッドパイプ周辺構造の設計及び製造が煩雑になる。

そこで本発明は、車体を前後軸周りに傾斜させた状態で旋回する車両におけるステアリングトルクを演算によって精度よく推定できるようにすることを目的としている。

本発明の一形態に係るステアリングトルク推定装置は、操舵輪として前輪を有する車両であって、車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両において、車体挙動に起因してステアリング軸に与えられるトルクであるステアリングトルクを推定するステアリングトルク推定装置であって、バンク角の時間変化と、前輪回転速度とに基づき、前記ステアリングトルクを推定するトルク推定部を備える。

前記トルク推定部は、前輪に働く制動力に基づき、前記ステアリングトルクを推定してもよい。

前記トルク推定部は、路面から前輪に働く鉛直方向の力である前輪鉛直力に基づき、前記ステアリングトルクを推定してもよい。

前記トルク推定部は、路面から前輪に横方向に働く力である前輪横力に基づき、前記ステアリングトルクを推定してもよい。

前記トルク推定部は、車体の進行方向に対する前輪の向きのズレ角であるスリップ角に基づき、前記ステアリングトルクを推定してもよい。

前記トルク推定部は、前輪に働く力が発生する位置からステアリング軸までの距離であってバンク角に応じて定まる距離に基づき、前記ステアリングトルクを推定してもよい。

本発明の別形態に係るステアリングトルク推定装置は、操舵輪として前輪を有する車両であって、車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両において、車体挙動に起因してステアリング軸に与えられるトルクであるステアリングトルクを推定するステアリングトルク推定装置であって、路面から前輪に働く力と、前輪に働く力が発生する位置からステアリング軸までの距離であってバンク角に応じて求まる距離とに基づき、前記ステアリングトルクを推定するトルク推定部を備える。

本発明の一形態に係るステアリングトルク推定方法は、操舵輪として前輪を有する車両であって、車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両において、車体挙動に起因してステアリング軸に与えられるトルクであるステアリングトルクを推定する方法であって、バンク角の時間変化と、前輪回転速度とに基づき、前記ステアリングトルクを推定する。

本発明の別形態に係るステアリングトルク推定方法は、車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両において車体挙動に起因してステアリング軸に与えられるトルクであるステアリングトルクを推定する方法であって、路面から前輪に働く力と、前輪に働く力が発生する位置からステアリング軸までの距離であってバンク角に応じて求まる距離とに基づいて、前記ステアリングトルクを推定する。

本発明によれば、車体を前後軸周りに傾斜させた状態で旋回する車両において、ステアリングトルクを演算によって精度よく推定できる。

実施形態に係るステアリングトルク推定装置の構成を示す概念図である。 図２Ａは、ステアリング推定装置が推定対象とする車両の一例としての自動二輪車の右側面図である。図２Ｂは、車体がバンク状態にあるときの前輪の正面図である。図２Ｃは、前輪の向きが車体進行方向に対してずれているときの前輪の平面図である。 ステアリングトルクとこれを構成するトルク要素とを示す概念図である。 第１トルク要素の推定に係る概念図である。 第２トルク要素の推定に係る概念図である。 第３〜第５トルク要素の推定に係る概念図である。

以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。本書では、ニュートンの記法に従うドット符合をアルファベットの右に記載する場合がある。用語「ステアリング軸」は、操舵用ハンドルの回転軸である。特段断らなければ、用語「車輪」は、ハブ、リムおよびスポークを有する狭義のホイールと、リムに装着されて路面と接するタイヤとを含んだ組立体を指す。用語「前後軸」は、仮想的な軸線であって、前輪の接地点と後輪の接地点とを通過し、車両前後方向に延び、かつ車幅方向に直交する軸線である。「バンク角」は、車体の傾斜角であって、前後軸周りの傾斜角である。別の言い方では、「バンク角」は、正面視で表される車体の車幅方向中心線の延在方向の、路面と垂直な方向に対する傾き[deg]である。車幅方向中心線の延在方向が路面と垂直な方向に延在しているとき、車体は直立状態、バンク角はゼロ値[deg]をとる。また、「鉛直方向」、「前後方向」、および「横方向」は、互いに直交する。前後方向は、前述した前後軸に沿って延びる方向である。横方向は、直進走行状態において車軸が延びる方向である。車体の上下軸周りの向きの変化に応じて、前後方向および横方向は変化する。

図１に示すステアリングトルク推定装置１は、本実施例では車両に搭載される。タイヤ力推定装置１は、車両の車体挙動に起因してステアリング軸に与えられるトルクである「ステアリングトルクτ」を推定する。「ステアリングトルクτ」は、車体の挙動に起因してステアリング軸に自然発生するトルクである。車体の挙動に起因するステアリングトルクτが発生している状況下では、運転手は、ハンドルを介して、ステアリングトルクτと絶対値の等しい逆トルク（−τrider）をステアリング軸に与えれば、操舵角が保たれる。ステアリングトルクτと、運転手が与えるトルク（−τrider）とが釣り合わないとときに、操舵角が変更される。

このステアリングトルク推定装置１は、車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両に搭載される。なお、直進走行する場合、車両は、車高方向を路面と垂直な方向（概して鉛直方向）とほぼ一致させた直立状態で走行する。

（自動二輪車）
このような車両の一例として、自動二輪車を挙げられる。自動二輪車９０は、車輪として、１つの前輪９１および１つの後輪を有する。後輪が駆動輪であり、前輪が従動輪かつ操舵輪である。自動二輪車は、前輪を制動する前輪ブレーキ装置、および後輪を制動する後輪ブレーキ装置を備えている。どちらのブレーキ装置も油圧式であり、対象とする車輪にブレーキ圧と概ね比例した制動力を付与する。本実施例では、操舵輪である前輪が従動輪でもあり、駆動源の慣性を利用する制動力（エンジンブレーキ力や回生制動力など）は付与されない。

ここで、図２Ａ−２Ｃを参照して、自動二輪車に関するパラメータについて簡単に説明する。図２Ａ中の符号εはキャスタ角である。キャスタ角εは、車高方向に対するステアリング軸ＡＳの後傾角度であり、ステアリング軸ＡＳが後傾するほど正値としてのキャスタ角εが大きくなる。図２Ａ中の符号ｔ_ｎｏｒは、トレールである。トレールｔ_ｎｏｒは、前輪接地点Ｇ_ｆと、ステアリング軸ＡＳの路面通過点との間の前後方向距離である。

図２Ｂ中の符号βは、上述したバンク角である。図２Ｂ中の符号ｒ_ｆは、前輪クラウン径である。前輪クラウン径ｒ_ｆは、前輪のタイヤトレッド面の曲率半径である。本実施形態では、トラッド面が真半円弧の断面形状を有している。図２Ｂ中の符号ｔ_ｓｉｄｅは、サイドトレールである。サイドトレールｔ_ｓｉｄｅに関し、車体がバンク状態になると、前後軸に垂直な平面において、ステアリング軸ＡＳとタイヤ外周面（トラッド面）との交点Ｐ１に対し、路面接地点Ｇ_ｆが、傾斜側（左傾斜時は左側）にずれる。サイドトレールｔ_ｓｉｄｅは、この交点Ｐ１と路面接地点Ｇ_ｆとの間の距離、換言すれば、路面接地点Ｇ_ｆに対するステアリング軸ＡＳのずれ量である。

図２Ｃ中の符号αは、スリップ角である。スリップ角αは、鉛直方向に見て、車体進行方向と前輪の向きとが成す角度である。言い換えると、スリップ角αは、鉛直方向に見て車体進行方向と前輪車軸に対して直交する方向とのなす角度である。車体進行方向は直線で表され、旋回走行時は旋回軌跡の接線方向である。

（ステアリングトルク推定装置）
ステアリングトルク推定装置１は、ステアリングトルクτを推定する方法の手順に関した推定プログラムを格納する記憶部と、車体のバンク角といった車両状態を示す入力値が与えられる入力部１ａと、入力部１ａに与えられる入力値および記憶部に記憶されるプログラムを参照してステアリングトルクτの推定を実行する演算部１ｂ、演算部１ｂの演算結果（ステアリングトルクτおよびそのトルク要素）を外部に出力する出力部１ｃとを有する制御器によって実現される。なお、記憶部は、入力値、および入力値に基づいてプログラム実行中に取得される中間値を一時的に記憶してもよい。このような制御器の一例として、車載ＥＣＵ（Electric Control Unit）を挙げられる。記憶部は、車体重心から路面までの距離、ホイールベース等の車体の幾何学的情報などの情報を予め記憶してもよい。ただし、このような情報は、ステアリングトルク推定装置１の外部から入力部１ａに与えられてもよいし、推定プログラムの実行中に演算部１ｂによって中間値として取得されてもよい。

このステアリングトルク推定装置１で用いられている推定方法は、（１）車体情報取得工程、（２）走行情報取得工程、（３）ステアリングトルク推定工程、および（４）出力工程を有する。工程（１）は、キャスタ角εなど、演算に必要なパラメータであって走行状態以外のパラメータを取得する工程であり、装置外のセンサから取得され、あるいは装置内の記憶部から取得され、あるいは装置内の演算部１ｂによって中間値として取得される。工程（２）は、走行状態を示すパラメータを取得する工程であり、装置外のセンサ（上記例では、センサ２〜５）から入力値として、あるいは装置内の演算部１ｂによって中間値として取得される。工程（３）は、工程（１）および（２）で取得された情報に基づいて、ステアリングトルクτを推定する工程である。工程（４）は、工程（３）で得られた推定結果を装置外に出力する工程である。なお、工程（１）と工程（２）の順序は問わない。

ステアリングトルク推定装置１は、演算部１ｂの機能ブロックとして、トルク推定部１１、前輪力推定部１２、微分演算部１３を有する。

本例では、ステアリングトルク推定装置１は、入力値として、バンク角β、車速（車体の前後方向速度）ｘ^・、前輪回転速度ω_ｆ、および油圧式前輪ブレーキ装置における前輪ブレーキ圧Ｐ_ｆが与えられる。車両は、ステアリングトルク推定装置１と併せて、バンク角βを検出するバンク角センサ２、車速を検出する車速センサ３、前輪回転速度ω_ｆを検出する前輪速センサ４、前輪ブレーキ圧Ｐ_ｆを検出する前輪ブレーキ圧センサ５を備える。バンク角センサ２は、バンク角βの時間変化を把握可能に、時間経過に応じて車体のバンク角βを逐次出力する。車速センサ３は、車速ｘ^・の時間変化を把握可能に、時間経過に応じて車速ｘ^・を逐次出力する。微分演算部１３は、与えられたバンク角βに基づいて、バンク角βの時間変化であるバンク角速度（バンク角βの一階時間微分値）β^・を求める。後述する前輪横力Ｆ_ｙｆ、前輪鉛直力Ｎ_ｆ、フロントねじりモーメント（ステアリングトルクτ推定のための中間値）Ｍ_ｚｆの取得のため、微分演算部１３は、与えられたバンク角βに基づいてバンク角速度β^・の時間変化であるバンク角加速度（バンク角の二階時間微分値）β^・・を求めてもよく、また、与えられた車速ｘ^・に基づいて車速ｘ^・の時間変化である前後加速度（車速ｘ^・の一階時間微分値）ｘ^・・を求めてもよい。

トルク推定部１１は、ステアリングトルクτを構成する複数のトルク要素τ_１，τ_２…を推定し、推定されたトルク要素τ_１，τ_２…に基づきステアリングトルクτを推定する。

図１および３を参照して、本例では、ステアリングトルクτを構成する複数のトルク要素として、（１）前輪車軸を自転軸Ａ１（図３も参照）として車体バンク運動の回転軸を振回り軸Ａ２（図３も参照）として生じるジャイロモーメントＩ_ｗｆω_ｆβ^・に起因して発生する第１トルク要素τ_１が想定されている。また、（２）前輪制動力Ｆ_ｘｆに起因して発生する第２トルク要素τ_２が想定されている。更に、（３）路面から前輪に鉛直方向に働く力である前輪鉛直力Ｎ_ｆに起因して発生する第３トルク要素τ_３、（４）路面から前輪に横方向に働く力である前輪横力Ｆ_ｙｆに起因して発生する第４トルク要素τ_４、および（５）前輪のタイヤ接地点Ｇ_ｆにて鉛直軸周りに発生するモーメントＭ_ｚｆ（以下、「フロントねじりモーメントＭ_ｚｆ」という）に起因して発生する第５トルク要素τ_５が想定されている。トルク推定部１１は、これら要素τ_１〜τ_５を後述のとおり推定し、その後、式（１）に従ってステアリングトルクτを求める。

このように本例では、ステアリングトルクτが、第１〜第５トルク要素τ_１〜τ_５を合算することによって求められている。

（第１トルク要素τ_１）
図４は第１トルク要素τ_１の推定に係る概念図である。トルク推定部１１は、前後軸周りのバンク角βの時間変化と、前輪回転速度ω_ｆとに基づいて第１トルク要素τ_１を推定し、ひいては推定された第１トルク要素τ_１に基づいて式（１）に従ってステアリングトルクτを推定する。

前述のとおり、第１トルク要素τ_１は、前輪車軸を自転軸Ａ１として車体バンク運動の回転軸を振回り軸Ａ２として発生するジャイロモーメントによってステアリング軸ＡＳに与えられるトルク要素である。車体バンク運動の回転軸は、より厳密には前輪接地点Ｇ_ｆを通過して前後方向に延びる「前後軸」であるが、本推定では、振回り軸Ａ２は前輪車軸と直交して前後方向に延びるものとして取り扱われる。ジャイロモーメントは、自転軸Ａ１および振回り軸Ａ２と直交するモーメント軸Ａ３に働くが、ステアリング軸ＡＳは、モーメント軸Ａ３に対してキャスタ角εだけ傾斜（後傾）している。この点考慮して、トルク推定部１１は、式（２）に従って第１トルク要素τ_１を推定する。

ここで、Ｉ_ｗｆは、前輪の慣性モーメントである。なお、前輪回転速度ω_ｆは、車速に基づいて求めてもよい。式（２）が示すとおり、バンク角βの時間変化が大きいほど、第１トルク要素τ_１は大きくなる。例えば、旋回操作の開始期および終了期に、第１トルク要素τ_１は大きくなる。また、前輪回転速度、すなわち車速が大きいほど、第１トルク要素τ_１は大きくなる。したがって、高速走行中に急な傾斜変化を生じさせると、ジャイロモーメントに基づいて大きなステアリングトルクが発生する。

（第２トルク要素τ_２）
図５は第２トルク要素τ_２の推定に係る概念図である。トルク推定部１１は、前輪に働く制動力に基づいて第２トルク要素τ_２を推定し、ひいては推定された第２トルク要素τ_２に基づいて式（１）に従ってステアリングトルクτを推定する。

前輪に働く制動力は、前述のとおり前輪ブレーキ圧Ｐ_ｆとほぼ比例し、この制動力が、前輪接地点Ｇ_ｆにて路面から前輪に前後方向に働く力である前輪前後力Ｆ_ｘｆに相当する（式（４）参照）。ステアリング軸ＡＳは、前輪前後力Ｆ_ｘｆに基づいて発生するモーメントの軸Ａ４からキャスタ角εだけ傾斜（後傾）している。そして、車体がバンク状態になると、前輪前後力Ｆ_ｘｆが生じる前輪接地点Ｇ_ｆは、サイドトレールｔ_ｓｉｄｅだけステアリング軸ＡＳと離れている（図２Ｂ参照）。サイドトレールｔ_ｓｉｄｅは、前輪クラウン径ｒ_ｆを定数としてバンク角βを変数とする式（５）に従う。

第２トルク要素τ_２は、車体がバンク状態になることで前輪接地点Ｇ_ｆとステアリング軸ＡＳとにずれ（サイドトレールｔ_ｓｉｄｅ）が生じることに起因して、外力として前輪接地点Ｇ_ｆに制動力が生じた場合に発生するステアリングトルクである。バンク角βが大きくなるほど、サイドトレールｔ_ｓｉｄｅは大きくなり、第２トルク要素τ_２も大きくなる（式（３）、（５）参照）。直立状態であれば（バンク角βがゼロ値であれば）、サイドトレールｔ_ｓｉｄｅはゼロとなり、第２トルク要素τ_２もゼロとなる。トルク推定部１１は、制動力（前輪前後力Ｆ_ｘｆ）およびサイドトレールｔ_ｓｉｄｅに基づき、更には、キャスタ角εを考慮して、式（３）より第２トルク要素τ_２を推定する。

ここで、Ｋは、比例定数である。

（第３〜第５トルク要素τ_３，τ_４，τ_５）
図６は第３〜第５トルク要素τ_３〜τ_５の推定に係る概念図である。トルク推定部１１は、前輪鉛直力Ｎ_ｆに基づいて第３トルク要素τ_３を推定し、ひいては推定された第３トルク要素τ_３に基づいて式（１）に従ってステアリングトルクτを推定する。また、トルク推定部１１は、前輪横力Ｆ_ｙｆに基づいて第４トルク要素τ_４を推定し、ひいては推定された第４トルク要素τ_４に基づいて式（１）に従ってステアリングトルクτを推定する。トルク推定部１１は、前輪横力Ｆ_ｙｆとバンク角βとに基づき第５トルク要素τ_５を推定し、ひいては推定された第５トルク要素τ_５に基づいて式（１）に従ってステアリングトルクτを推定する。

トルク推定部１１は、式（６）に従って第３トルク要素τ_３を推定し、式（７）に従って第４トルク要素τ_４を推定し、式（８）に従って第５トルク要素τ_５を推定する。

ここで、ｆ（β）およびｇ（β）は、バンク角βを変数とする関数である。前輪鉛直力Ｎ_ｆおよび前輪横力Ｆ_ｙｆは、前輪接地点Ｇ_ｆにて路面から前輪に働くが、前輪接地点Ｇ_ｆとステアリング軸ＡＳとは、前述のサイドトレールｔ_ｓｉｄｅ、およびトレールｔ_ｎｏｒ（前輪車軸と前輪接地点Ｇ_ｆとの前後方向距離）に依存する距離だけ離れている。また、前輪鉛直力Ｎ_ｆに基づき働くモーメントの軸Ａ５も、前輪横力Ｆ_ｙｆに基づき働くモーメントの軸Ａ５も、ステアリング軸に対してバンク角βまたはキャスタ角εに応じた角度だけ傾斜している。ｆ（β）およびｇ（β）の導入により、この点考慮して、前輪鉛直力Ｎ_ｆおよび前輪横力Ｆ_ｙｆに基づくトルク要素τ_３，τ_４を精度よく推定できる。第３トルク要素τ_３も、第２トルク要素τ_２と同様、前輪接地点とステアリング軸とのズレに起因して、外力として前輪接地点に鉛直力が生じた場合にステアリング軸周りに発生するトルクである。第４トルク要素τ_４も、第２トルク要素τ_２と同様、前輪接地点とステアリング軸とのズレに起因して、外力として前輪接地点に横力が生じた場合にステアリング軸周りに発生するトルクである。

Ｍ_ｚｆは、フロントねじりトルクであり、前輪接地点Ｇ_ｆを通過する鉛直軸Ａ６周りに働くトルクである。フロントねじりトルクＭ_ｚｆは、車体やタイヤの特性の影響を受けるが、例えば実験的に得られた関数またはマップを用いて求めてもよい。例えば、フロントねじりトルクＭ_ｚｆは、スリップ角α（図２Ｃ参照）の関数として設定され、スリップ角αの変化によって異なる値となるように設定される。スリップ角αは、鉛直方向に垂直な平面視において、車体進行方向と前輪の向きとが成す角度である。換言すると、スリップ角αは、鉛直方向に垂直な平面視において、車体の進行方向と、前輪車軸に対して直交する方向とが成す角度である。スリップ角αは、車体進行方向と車輪確度との検出値に基づいて求めてもよいし、それらの検出値を用いずに理論的に求めてもよい。車体進行方向の検出には慣性センサ、前輪の向きの検出には操舵角センサを用いてもよい。フロントねじりトルクＭ_ｚｆについて、スリップ角αに加えて、横力とバンク角とを変数とする関数であってもよい。

第３トルク要素τ_３の推定に際し、トルク推定部１１は、前輪力推定部１２によって推定された前輪鉛直力Ｎ_ｆを参照する。第４トルク要素τ_４の推定に際し、トルク推定部１１は、前輪力推定部１２によって推定された前輪横力Ｆ_ｙｆを参照する。ここでは、詳細な前輪鉛直力Ｎ_ｆおよび前輪横力Ｆ_ｙｆの推定原理についての説明を省略するが、前輪力推定部１２は、バンク角βおよびその時間変化に関連する値（バンク角の一階時間微分値β^・および二階時間微分値β^・・）に基づき、前後軸に垂直な平面内での車体の鉛直方向運動量の時間変化および横方向運動状態の時間変化を考慮して、前輪鉛直力Ｎ_ｙおよび前輪横力Ｆ_ｙｆを推定する。このような推定法を採るので、バンク角βの変化によって鉛直力および横力に変動が生じたとしても、その変動を推定結果に反映させることができる。よって、バンク角βが変化していく過渡状況下においても、前輪鉛直力Ｎ_ｙおよび前輪横力Ｆ_ｙｆを精度よく推定できる。また、前輪力を考慮するに際し、前後加速度ｘ^・・を考慮する。これにより、路面から前輪に働く前輪力と路面から後輪に働く後輪力との分配比率の推定精度が向上する。このように前輪力の推定精度を高めることで、第３〜第５トルク要素τ_３〜τ_５の推定精度も高くなる。なお、鉛直力および横力については、幾何学的に理論的に求めてもよいし、実験的に得られたマップを用いて求めてもよい。

トルク推定部１１は、式（２）、（３）、（６）、（７）および（８）それぞれに従って、第１〜第５トルク要素τ_１〜τ_５を推定する。推定された５つのトルク要素τ_１〜τ_５に基づいて式（１）に従ってステアリングトルクτを推定する。

特に本例では、車体挙動としてバンク運動が着眼され、バンク運動によって前輪に生じるジャイロ効果に起因してステアリング軸ＡＳに与えられるトルク（第１トルク要素τ_１）を考慮にいれて、ステアリングトルクτが推定される。第１トルク要素τ_１の推定では、バンク角βそのものではなく、バンク角βの時間変化（特に、バンク角速度（バンク角βの一階時間微分値）β^・）が用いられている。このため、バンク角βが変化していく過渡状況下においても、ステアリングトルクτを精度よく推定できるようになる。

車体を前後軸周りに傾斜させて旋回する車両において、典型的には、バンク角βは、直線走行から旋回走行に差し掛かる旋回走行の開始期、および旋回走行から直線走行に戻る旋回走行の終了期に変化していく。旋回走行の開始期には、一般に減速操作、例えば、前輪を制動する操作がなされる。

本例では、上記ジャイロ効果のみならず、制動力に起因して前輪接地点Ｇ_ｆにて路面から前輪に前後方向に働く前輪前後力Ｆ_ｘｆに基づきステアリング軸ＡＳに与えられるトルク（第２トルク要素τ_２）を考慮にいれて、ステアリングトルクτが推定される。そのため、前輪を制動して減速している過渡状況下においても、ステアリングトルクτを精度よく推定できるようになる。特に、第１トルク要素τ_１および第２トルク要素τ_２を両方考慮してステアリングトルクτを推定していると、過渡状況のなかでも特に旋回走行の開始期にステアリング軸ＡＳに自然発生するステアリングトルクτを精度よく推定できる。

第３〜第５トルク要素τ_３〜τ_５も、バンク角βを考慮にいれて推定されている。このため、旋回時に車体を傾斜する車両におけるステアリングトルクτの推定精度の向上に資する。

第２〜第５トルク要素τ_２〜τ_５は、路面から前輪に働く力Ｆ_ｘｆ，Ｎ_ｆ，Ｆ_ｙｆに基づくトルク要素である。これらトルク要素τ_２〜τ_５の推定にあたっては、力Ｆ_ｘｆ，Ｎ_ｆ，Ｆ_ｙｆが作用する位置（具体的には、前輪接地点Ｇ_ｆ）からステアリング軸ＡＳまでの距離を考慮しており、その距離はバンク角βに応じて定まる値となっている。このため、旋回時に車体を傾斜する車両におけるステアリングトルクτの推定精度の向上に資する。

このように確度の高いステアリングトルクτの推定値は、車両制御、車両の開発設計支援など、種々目的で利用可能である。ステアリングトルク推定装置１が、車両に搭載される場合には、車体情報（バンク角β、車速ｘ^・など）を検出してから速やかにステアリングトルクτを推定できる。そのため、車両の走行中、推定されたステアリングトルクτに基づき、リアルタイムで発生しているステアリングトルクに呼応した駆動力または制動力の制御を実行できる。

これまで本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の趣旨の範囲内で適宜変更、追加、または削除可能である。

上記に例示した計算式は一例であり、他の影響を考慮して計算式が異なっていてもよい。例えば、他に影響がある項を追加したり、ステアリングトルクに影響の少ない項を減らしたり、現実の測定結果に近付くように補正係数が含まれていてもよい。例えば、操舵操作によって車輪と共に操舵する操舵ユニットの重力モーメント、遠心力モーメントを加えてステアリングトルクを求めてもよい。ただし、第１〜第５トルク要素τ_１〜τ_５は、重力モーメントや遠心力モーメントに基づくトルクと比べ、ステアリング軸ＡＳへの影響が大きく、ステアリングトルクτの推定において上記のとおり第１〜第５トルク要素τ_１〜τ_５を考慮するのは有益である。

第１トルク要素τ_１の推定に関連して、前輪の回転速度に対して相関があり、かつその相関関係が既知な情報、あるいは前輪の回転速度の傾向を推定可能な情報であれば、その情報を前輪の回転速度情報として、前輪の回転速度に代えて用いてもよい。例えば、前輪直径が既知である場合、前輪直径と車体速度とに基づいて、前輪の回転速度を得てもよい。

第３〜第５トルク要素τ_３〜τ_５の推定に関連して、鉛直力や横力は、推定値ではなく計測値を用いて推定してもよい。車両状態ごとの鉛直力および横力を計測し、マップ化したものを用いて、車両状態に応じて鉛直力および横力をステアリング推定の基としてもよい。鉛直力および横力に相関する傾向となる車両状態に基づいて、近似的に鉛直力および横力を求めてもよい。

ステアリングトルク推定装置１は、車両に搭載されるとしたが、車両外に搭載される場合も含む。慣性モーメントなどの車両に関する固有の情報を取得または記憶しておき、車両から前輪回転速度と対応する情報と、バンク角変化に対応する情報とを走行中または走行後に取得して、走行時の車両のステアリングトルクを推定してもよい。例えば、車載ＥＣＵとは異なる専用の処理装置であってもよい。たとえば、車体から送信される車両情報を取得可能な通信部を備えて、車両外に搭載される処理装置であってもよい。

τ_２〜τ_５の推定において、操舵による影響を考慮して演算式を設定してもよい。すなわち、ステアリング軸の操舵角度に基づいて補正してもよい。例えば、傾斜側に向けて前輪が向くようにステアリング軸を操舵する場合は、サイドトレールが小さくなるよう補正してもよい。また、ステアリングトルクへの影響の小さいものを省略した場合でも本発明に含まれる。

ステアリングトルク推定装置１は、車体に搭載されるエンジン制御用の制御装置によって実現されてもよい。また、エンジン制御用以外、例えばＡＢＳなどに用いられる制動用の制御装置や、メータ表示制御に用いられる制御装置によって実現されてもよい。このように車体に搭載される演算処理可能な装置によって実現されてもよい。

上記例では、第１トルク要素τ_１と第２トルク要素τ_２を両方とも推定したが、それらのいずれか１つを推定する場合も本発明に含まれる。例えば、路面から車輪に与えられるタイヤ力に起因するベーストルク要素に加えて、第１トルク要素τ_１および第２トルク要素τ_２の少なくともいずれか一方、好ましくは両方を加えて、ステアリングトルクτを推定してもよい。また、例えば、ベーストルク要素は、上述する方法以外、例えば、実験によって得てもよい。そのうえで、第１トルク要素τ_１または第２トルク要素τ_２の少なくとも一方を考慮にいれて、ステアリングトルクを推定することも本発明に含まれる。

また、手動による推定も本発明に含まれ、必ずしも処理装置による演算によって自動的にステアリングトルクτが推定されなくてもよい。

自動二輪車以外でも、バンク状態での旋回走行が可能な乗物のタイヤ力の推定に好適に用いられる。例えば、前輪または後輪のいずれかが複数である乗物、例えば、前輪が二輪の三輪車でも推定することができる。また、運転者によって駆動力が与えられる自転車や一輪車におけるタイヤ力の推定にも、本発明を適用可能である。

１ ステアリングトルク推定装置
１１ トルク推定部

Claims (9)

1. 操舵輪として前輪を有する車両であって、車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両において、車体挙動に起因してステアリング軸に与えられるトルクであるステアリングトルクを推定するステアリングトルク推定装置であって、
   バンク角の時間変化と、前輪回転速度とに基づき、前記ステアリングトルクを推定するトルク推定部を備える、ステアリングトルク推定装置。
2. 前記トルク推定部は、前輪に働く制動力に基づき、前記ステアリングトルクを推定する、請求項１に記載のステアリングトルク推定装置。
3. 前記トルク推定部は、路面から前輪に働く鉛直方向の力である前輪鉛直力に基づき、前記ステアリングトルクを推定する、請求項１または２に記載のステアリングトルク推定装置。
4. 前記トルク推定部は、路面から前輪に横方向に働く力である前輪横力に基づき、前記ステアリングトルクを推定する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のステアリングトルク推定装置。
5. 前記トルク推定部は、車体の進行方向に対する前輪の向きのずれ角であるスリップ角に基づき、前記ステアリングトルクを推定する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のステアリングトルク推定装置。
6. 前記トルク推定部は、前輪に働く力が発生する位置からステアリング軸までの距離であってバンク角に応じて定まる距離に基づき、前記ステアリングトルクを推定する、請求項２ないし５のいずれか１項に記載のステアリングトルク推定装置。
7. 操舵輪として前輪を有する車両であって、車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両において、車体挙動に起因してステアリング軸に与えられるトルクであるステアリングトルクを推定するステアリングトルク推定装置であって、
   路面から前輪に働く力と、前輪に働く力が発生する位置からステアリング軸までの距離であってバンク角に応じて求まる距離とに基づき、前記ステアリングトルクを推定するトルク推定部を備える、ステアリングトルク推定装置。
8. 操舵輪として前輪を有する車両であって、車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両において、車体挙動に起因してステアリング軸に与えられるトルクであるステアリングトルクを推定する方法であって、
   前後軸周りのバンク角の時間変化と、前輪回転速度とに基づき、前記ステアリングトルクを推定する、ステアリングトルク推定方法。
9. 操舵輪として前輪を有する車両であって、車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両において、車体挙動に起因してステアリング軸に与えられるトルクであるステアリングトルクを推定する方法であって、
   路面から前輪に働く力と、前輪に働く力が発生する位置からステアリング軸までの距離であってバンク角に応じて定まる距離とに基づいて、前記ステアリングトルクを推定する、ステアリングトルク推定方法。

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