JP2008081006A - 車両用走行制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者に制御介入時の違和感を与えることなく、かつ安価な構成で車両の安定性を維持することができる車両用走行制御装置を提供する。
【解決手段】車両のタイヤ９が路面から受ける実路面反力トルクＴａｌｉｇｎを検出する路面反力トルク検出手段１５と、車両のハンドル２の操舵角θを検出する操舵角検出手段５と、車両の車速Ｖを検出する車速検出手段１０と、操舵角θおよび車速Ｖに基づいて、線形的な路面反力トルクである規範路面反力トルクＴｒｅｆを演算する規範路面反力トルク演算手段１６と、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎと規範路面反力トルクＴｒｅｆとの偏差および割合のうち、少なくとも一方に基づいて、車両の挙動状態を推定する挙動状態推定手段１７と、挙動状態に応じて車両の駆動力を制御する駆動力制御手段１８とを備えたものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、実路面反力トルクと規範路面反力トルクとの偏差および割合のうち、少なくとも一方に基づいて車両の挙動状態を推定し、推定された挙動状態に応じて車両の駆動力を制御して車両の安定性を維持する車両用走行制御装置に関する。

従来の自動車の挙動制御装置は、車両の旋回走行時の状態を推定し、推定結果に基づいて車両のヨーレート挙動を制御する制御手段を備えた挙動制御装置であって、エンジンの回転動力を無段階に変速する無段変速機を有し、制御手段は、無段変速機によって車両の挙動制御を行なっている。
また、挙動制御は、エンジン、ブレーキおよび無段変速機による挙動制御を含み、挙動制御の介入は、無段変速機による挙動制御、エンジンによる挙動制御、ブレーキによる挙動制御の順に優先設定されている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の車両の運動制御装置は、操舵力指標検出手段と、セルフアライニングトルク推定手段と、車両状態量検出手段と、前輪指標推定手段と、グリップ度推定手段と、制御手段を備えている。
操舵力指標検出手段は、車両の操舵系に加わる操舵トルクおよび操舵力を含む操舵力指標のうちの少なくとも一つを検出する。セルフアライニングトルク推定手段は、操舵力指標検出手段の検出信号に基づき、車両前方の車輪に生ずる実セルフアライニングトルク（実路面反力トルク）を推定する。車両状態量検出手段は、車両の状態量を検出する。前輪指標推定手段は、車両状態量検出手段の検出信号に基づき、車両前方の車輪に対するサイドフォースおよび前輪スリップ角を含む前輪指標のうちの少なくとも一つを推定する。グリップ度推定手段は、推定された前輪指標に対する推定された実セルフアライニングトルクの変化に基づき、少なくとも車両前方の車輪に対するグリップ度を推定する。制御手段は、車両状態量検出手段の検出信号に応じて、車両に対する制動力、エンジン出力および変速位置の少なくとも一つを制御している（例えば、特許文献２参照）。

上記特許文献１の従来装置において、制御手段は、目標ヨーレートと実ヨーレートとの偏差に基づいて車両の旋回走行時の状態を推定し、アンダーステア、オーバーステア等の車両の不安定状態を検出した場合に、挙動制御を実行する。
ここで、ブレーキによる挙動制御に優先して無段変速機による挙動制御を実行することにより、ブレーキによる過大なトルク低下を防止し、運転者に違和感を与えないようにしている。また、エンジンによる挙動制御に優先して無段変速機による挙動制御を実行することにより、エンジン回転の過大な落ち込みを防止している。

しかしながら、上記特許文献１の従来装置では、目標ヨーレートと実ヨーレートとの偏差に基づいて車両の不安定状態を検出しているので、車両自体が不安定状態に陥った後に挙動制御が実行される。
そのため、挙動制御の介入遅れが運転者に違和感を与えるという問題点があった。

この問題点を解決するために、上記特許文献２に記載の従来装置では、車両の不安定状態を早期に検出すべく、車両の前輪のサイドフォースもしくは前輪スリップ角に対する実セルフアライニングトルクの変化に基づいて前輪のグリップ度を推定し、推定されたグリップ度を用いて車両の走行状態を検出している。
ここで、実セルフアライニングトルクは、運転者のステアリング操作によってステアリングシャフトに作用するトルクと、電動パワーステアリング装置が出力するトルクとの和である実反力トルクから、ステアリング系の摩擦成分を減じることによって求められる。

特開２００１−１９１８２０号公報 特開２００３−３１２４６５号公報

上記特許文献２に記載の車両の運動制御装置では、車両の前輪のサイドフォースもしくは前輪スリップ角を推定するために、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサと車両の横加速度を検出する横加速度センサとが必要となり、コストが高くなるという問題点があった。
また、車両の前輪のサイドフォースもしくは前輪スリップ角の演算手法が複雑で、演算が高負荷になるので、演算処理能力の高いマイコンが必要となり、さらにコストが高くなるという問題点があった。

また、車両のステアリング軸に生じる実反力トルクから、摩擦成分に相当するヒステリシス特性を定常値の外乱として除去することにより、実セルフアライニングトルクを求めているので、路面の凹凸等から受ける振動等高周波の外乱に対しては、実セルフアライニングトルクの推定精度が低下するという問題点もあった。
また、実反力トルクをローパスフィルタに通して高周波の外乱を打ち消すことが考えられるが、この場合には、実際の路面反力に対して位相遅れやゲインのずれが生じるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、運転者に制御介入時の違和感を与えることなく、かつ安価な構成で車両の安定性を維持することができる車両用走行制御装置を提供することにある。

この発明に係る車両用走行制御装置は、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路面反力トルク検出手段と、車両のハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、車両の車速を検出する車速検出手段と、操舵角および車速に基づいて、線形的な路面反力トルクであ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、実路面反力トルクと規範路面反力トルクとの偏差および割合のうち、少なくとも一方に基づいて、車両の挙動状態を推定する挙動状態推定手段と、挙動状態に応じて車両の駆動力を制御する駆動力制御手段とを備えたものである。

この発明の車両用走行制御装置によれば、実路面反力トルクと規範路面反力トルクとの偏差および割合のうち、少なくとも一方に基づいて、車両自体が不安定状態に陥る前に車両の挙動状態を推定し、推定された挙動状態に応じて車両の駆動力を制御して車両の安定性を維持するので、運転者に制御介入時の違和感を与えることなく、かつ安価な構成で車両の安定性を維持し、安全性を向上させることができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る車両用走行制御装置のステアリング機構１を駆動手段３０とともに示す構成図である。
図１において、ステアリング機構１は、ハンドル２と、ステアリング軸３と、ステアリングギアボックス４と、操舵角検出手段５と、トルクセンサ６（操舵トルク検出手段）と、アシストモータ７と、ラックアンドピニオン機構８と、タイヤ９と、車速検出手段１０と、制御装置１１とを備えている。

また、制御装置１１には、駆動手段３０が接続されている。駆動手段３０は、車両を駆動するためのエンジン３０Ａと、車両の駆動を伝達するための変速機３０Ｂと、車両を駆動するためのモータ３０Ｃとを含んでいる。この他の構成として、エンジン３０Ａおよびモータ３０Ｃの代わりに、エンジン３０Ａのみを含んでいてもよいし、モータ３０Ｃのみを含んでいてもよい。エンジン３０Ａおよびモータ３０Ｃの出力は、変速機３０Ｂを介して駆動輪に伝達される。
ここで、エンジン３０Ａを制御するＥＣＵ（図示せず）、変速機３０Ｂを制御するＥＣＵ（図示せず）およびモータ３０Ｃを制御するＥＣＵ（図示せず）は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信バス（図示せず）により制御装置１１に繋がれている。

また、エンジン３０Ａの吸気通路には、例えば特許第２８５０６４８号公報に示されたように、アクセルペダルと連動して作動するメカスロットルバルブと、スロットルモータにより開閉駆動されるモータスロットルバルブとが直列配置されている。
また、変速機３０Ｂには、例えば特許第３０８７４３９号公報に示されたように、変速比を切り替える変速ソレノイドバルブが設けられている。

車両の運転者が操舵するハンドル２は、ステアリング軸３の一端に連結されている。また、ハンドル２には、操舵角θを検出して制御装置１１に出力する操舵角検出手段５が取り付けられている。
ステアリング軸３には、運転者の操舵による操舵トルクＴｈｄｌを検出して制御装置１１に出力するトルクセンサ６が取り付けられている。また、ステアリング軸３には、操舵トルクＴｈｄｌを補助するアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生する電動のアシストモータ７が、減速ギア（図示せず）を介して取り付けられている。

ステアリング軸３の他端には、操舵トルクＴｈｄｌとアシストトルクＴａｓｓｉｓｔとを足し合わせて得られる合成トルクを数倍に増幅するステアリングギアボックス４が連結されている。
また、ステアリングギアボックス４には、ラックアンドピニオン機構８を介して、タイヤ９が取り付けられている。

車速検出手段１０は、車両の車速Ｖを検出して制御装置１１に出力する。
制御装置１１は、操舵トルクＴｈｄｌを補助するアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを演算するアシストトルク演算手段１２と、モータ速度または操舵角θの微分値に基づいて、運転者によるハンドル２の操舵速度ωｓを検出する操舵速度検出手段１３と、操舵角θ、操舵トルクＴｈｄｌ、車速Ｖ、アシストトルクＴａｓｓｉｓｔ、および操舵速度ωｓを用いて車両の走行を制御する走行制御部１４とを有している。
ここで、制御装置１１は、ＣＰＵとプログラムを格納したメモリとを有するマイクロプロセッサ（図示せず）で構成されており、制御装置１１を構成する各ブロックは、メモリ内にソフトウェアとして記憶されている。

この車両用走行制御装置は、運転者の操舵トルクＴｈｄｌに応じたアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生させることを主な機能とする。
すなわち、電気的には、運転者がハンドル２を操舵したときの操舵トルクＴｈｄｌがトルクセンサ６で検出され、アシストモータ７のモータ検出電流Ｉｍｔｒおよびモータ検出電圧Ｖｍｔｒとともに、制御装置１１に入力される。制御装置１１は、上記の入力に基づいてアシストモータ７にアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生させるための目標電流値を演算し、アシストモータ７に印加電圧Ｖｄを印加する。

また、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３に生じるステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎに抗してステアリング軸３を回転させる。また、ハンドル２を操舵する際には、アシストモータ７の慣性によって生じる慣性トルクも作用する。
そのため、アシストモータ７の慣性トルクをＪ・ｄω／ｄｔとすると、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、次式（１）で表される。

Ｔｔｒａｎ＝Ｔｈｄｌ＋Ｔａｓｓｉｓｔ−Ｊ・ｄω／ｄｔ ・・・（１）

また、アシストモータ７によるアシストトルクＴａｓｓｉｓｔは、アシストモータ７とステアリング軸３との間の減速ギアのギア比をＧｇｅａｒ、アシストモータ７のトルク定数をＫｔとすると、モータ検出電流Ｉｍｔｒを用いて次式（２）で表される。

Ｔａｓｓｉｓｔ＝Ｇｇｅａｒ・Ｋｔ・Ｉｍｔｒ ・・・（２）

また、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、タイヤ９が路面から受ける実路面反力トルクＴａｌｉｇｎと、ステアリング機構１全体（アシストモータ７を含む）に発生する摩擦力である摩擦トルクＴｆｒｉｃとを加算した値である。すなわち、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、次式（３）で表される。

Ｔｔｒａｎ＝Ｔａｌｉｇｎ＋Ｔｆｒｉｃ ・・・（３）

ここで、摩擦トルクＴｆｒｉｃは、ステアリング機構１全体に発生する摩擦トルクの絶対値Ｔｆ＿ａｂｓに、操舵角θの微分値（すなわち、操舵速度）の符号を乗算して、次式（４）で表される。なお、次式（４）において、ｓｉｇｎ（ｘ）は、ｘの符号をとることを意味している。

制御装置１１は、演算した目標電流値とモータ検出電流Ｉｍｔｒとが一致するように電流制御し、電流に対応した印加電圧Ｖｄをアシストモータ７に印加する。
アシストモータ７は、式（２）で示したように、モータ検出電流Ｉｍｔｒにトルク定数Ｋｔと減速ギアのギア比Ｇｇｅａｒとを乗じたアシストトルクＴａｓｓｉｓｔを発生し、運転者による操舵トルクＴｈｄｌを補助する。

図２は、この発明の実施の形態１に係る車両用走行制御装置の走行制御部１４を周辺機器とともに示すブロック図である。
図２において、走行制御部１４は、路面反力トルク検出手段１５と、規範路面反力トルク演算手段１６と、挙動状態推定手段１７と、駆動力制御手段１８とを含んでいる。また、走行制御部１４には、操舵角検出手段５、トルクセンサ６、車速検出手段１０、アシストトルク演算手段１２、および操舵速度検出手段１３から、それぞれ操舵角θ、操舵トルクＴｈｄｌ、車速Ｖ、アシストトルクＴａｓｓｉｓｔ、および操舵速度ωｓが入力される。

路面反力トルク検出手段１５は、操舵トルクＴｈｄｌ、車速Ｖ、アシストトルクＴａｓｓｉｓｔ、および操舵速度ωｓに基づいて、車両のタイヤ９が路面から受ける実路面反力トルクＴａｌｉｇｎを検出する。規範路面反力トルク演算手段１６は、操舵角θおよび車速Ｖに基づいて、線形的な路面反力トルクである規範路面反力トルクＴｒｅｆを演算する。
挙動状態推定手段１７は、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎと規範路面反力トルクＴｒｅｆとの偏差および割合のうち、少なくとも一方に基づいて、車両の挙動状態を推定し、挙動状態推定値Ｓｂ１を出力する。駆動力制御手段１８は、挙動状態推定値Ｓｂ１に応じて、駆動手段３０に対して駆動力を制御する駆動指令を出力する。

なお、上記各検出手段による検出結果、上記各演算手段による演算結果、および挙動状態推定手段１７で推定される車両の挙動状態は、それぞれ制御装置１１のメモリに記憶される。
また、制御装置１１は、図示した以外にも様々な機能を有しているが、ここでは、この発明の特徴を示す部分のみを記載している。

ここで、路面反力トルク検出手段１５は、例えば特開２００５−３２４７３７号公報に示された以下の方法を用いて実路面反力トルクＴａｌｉｇｎを検出してもよい。
図３は、この発明の実施の形態１に係る車両用走行制御装置の路面反力トルク検出手段１５を周辺機器とともに示すブロック図である。
図３において、路面反力トルク検出手段１５は、ステアリング軸反力トルク演算手段１９と、時定数演算手段２０と、摩擦補償手段２１とを有している。また、路面反力トルク検出手段１５には、トルクセンサ６、車速検出手段１０、アシストトルク演算手段１２、および操舵速度検出手段１３から、それぞれ操舵トルクＴｈｄｌ、車速Ｖ、アシストトルクＴａｓｓｉｓｔ、および操舵速度ωｓが入力される。

ステアリング軸反力トルク演算手段１９は、操舵トルクＴｈｄｌ、アシストトルクＴａｓｓｉｓｔおよび操舵速度ωｓに基づいて、ステアリング軸３に生じるステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎを演算する。
時定数演算手段２０は、車速Ｖおよび操舵速度ωｓに基づいて、摩擦補償手段２１のローパスフィルタ（後述する）の時定数τを演算する。
摩擦補償手段２１は、時定数演算手段２０で時定数τが演算されたローパスフィルタで構成され、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎに基づいて、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎを出力する。

以下、図３とともに、図４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１による路面反力トルク検出手段１５の動作について説明する。
まず、トルクセンサ６で操舵トルクＴｈｄｌが検出され、メモリに記憶される（ステップＳ３１）。
また、アシストトルク演算手段１２で、上記式（２）を用いてアシストトルクＴａｓｓｉｓｔが演算され、メモリに記憶される（ステップＳ３２）。

続いて、操舵速度検出手段１３でハンドル２の操舵速度ωｓが検出され、メモリに記憶される（ステップＳ３３）。
また、車速検出手段１０で車速Ｖが検出され、メモリに記憶される（ステップＳ３４）。

次に、ステアリング軸反力トルク演算手段１９で、アシストモータ７の慣性モーメントＪと、メモリに記憶された操舵速度ωｓとに基づいて、アシストモータ７の慣性トルクＪ・ｄω／ｄｔが演算され、メモリに記憶される（ステップＳ３５）。
また、ステアリング軸反力トルク演算手段１９で、メモリに記憶された操舵トルクＴｈｄｌ、アシストトルクＴａｓｓｉｓｔおよびアシストモータ７の慣性トルクＪ・ｄω／ｄｔに基づいて、上記式（１）を用いてステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎが演算され、メモリに記憶される（ステップＳ３６）。

続いて、時定数演算手段２０で、あらかじめメモリに記憶された規範路面反力トルクＴｒｅｆと操舵角θとの比Ｋａｌｉｇｎ（車速Ｖに応じて異なる）と、メモリに記憶された操舵速度ωｓおよび車速Ｖとに基づいて、摩擦補償手段２１のローパスフィルタの時定数τが演算され、メモリに記憶される（ステップＳ３７）。
ここで、時定数τは、ステアリング機構１全体に発生する前述した摩擦トルクの絶対値Ｔｆ＿ａｂｓを用いて、次式（５）で表される。なお、次式（５）において、Ｋａｌｉｇｎは、車両毎に、車速Ｖに応じて決まる固有の値である。

次に、摩擦補償手段２１で、メモリに記憶されたステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎが、メモリに記憶された時定数τのローパスフィルタに通されて、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎが演算される（ステップＳ３８）。
ここで、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎは、次式（６）で表される。なお、次式（６）において、ＬＰＦτは、時定数τの一次ローパスフィルタを示している。

Ｔａｌｉｇｎ＝ＬＰＦτ（Ｔｔｒａｎ） ・・・（６）

続いて、上記のように演算された実路面反力トルクＴａｌｉｇｎが、メモリに記憶され（ステップＳ３９）、図４の処理が終了する。

また、規範路面反力トルク演算手段１６は、操舵角θおよび車速Ｖに基づいて、次式（７）を用いて規範路面反力トルクＴｒｅｆを演算する。なお、次式（７）において、Ｋａｌｉｇｎは、前述した規範路面反力トルクＴｒｅｆと操舵角θとの比である。

Ｔｒｅｆ＝Ｋａｌｉｇｎ（Ｖ）×θ ・・・（７）

なお、規範路面反力トルク演算手段１６は、例えば特開２００５−３２４７３７号公報に示されたように、車両に発生するヨーレートを操舵角θに換算して、換算された操舵角θと車速Ｖとに基づいて、式（７）を用いて規範路面反力トルクＴｒｅｆを演算してもよい。また、規範路面反力トルク演算手段１６は、車両に発生する横加速度を操舵角θに換算して、換算された操舵角θと車速Ｖとに基づいて、式（７）を用いて規範路面反力トルクＴｒｅｆを演算してもよいし、その他の公知技術を用いてもよい。

図５は、この発明の実施の形態１に係る車両用走行制御装置の挙動状態推定手段１７を示すブロック図である。
図５において、挙動状態推定手段１７は、規範路面反力トルクＴｒｅｆから実路面反力トルクＴａｌｉｇｎを減算して偏差を演算する加減算器２２と、規範路面反力トルクＴｒｅｆと実路面反力トルクＴａｌｉｇｎとの偏差にゲイン値Ｋ１を乗算して、挙動状態推定値Ｓｂ１として出力する比例ゲイン２３とを有している。
ここで、挙動状態推定値Ｓｂ１は、次式（８）で表される。

Ｓｂ１＝Ｋ１×（Ｔｒｅｆ−Ｔａｌｉｇｎ） ・・・（８）

図６は、この発明の実施の形態１に係る車両用走行制御装置の駆動力制御手段１８を示すブロック図である。
図６において、駆動力制御手段１８は、挙動状態推定手段１７から出力された挙動状態推定値Ｓｂ１と、あらかじめ設定された任意のしきい値Ｔｈとを比較する比較器２４を有している。

駆動力制御手段１８は、比較器２４において、挙動状態推定値Ｓｂ１がしきい値Ｔｈよりも大きいと判定された場合に、駆動力制御フラグを立ち上げるとともに、エンジン３０ＡのＥＣＵ、変速機３０ＢのＥＣＵおよびモータ３０ＣのＥＣＵの少なくとも一つに対して、駆動力を制御する駆動指令を出力し、駆動力を低減させる。
駆動力が低減されることにより、車両の速度が減少し、車両の安定性が維持される。

ここで、具体的に、駆動力制御手段１８は、エンジン３０Ａの吸気通路に配置されたモータスロットルバルブを開閉駆動するスロットルモータを制御して、エンジン出力である駆動力を低減させる。
また、駆動力制御手段１８は、変速機３０Ｂに設けられた変速ソレノイドバルブを制御して、変速比を切り替えて駆動力を低減させる。
また、駆動力制御手段１８は、モータ３０Ｃに印加する電圧を制御して、モータ出力である駆動力を低減させてもよい。
なお、駆動力の制御方法は、上記の方法に限定されず、その他の公知技術を用いてもよい。また、この発明は、駆動力を制御することができる構成を有する全ての車両に適用することができる。

図７は、この発明の実施の形態１による車両用走行制御装置の規範路面反力トルクＴｒｅｆ、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎ、挙動状態推定値Ｓｂ１および駆動力制御フラグの変化を示すタイミングチャートである。
図７において、タイヤ９のグリップ力が限界に達し、車両がアンダーステア等の不安定状態になると、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎが飽和して、規範路面反力トルクＴｒｅｆと実路面反力トルクＴａｌｉｇｎとの間に偏差が発生する。

このとき、挙動状態推定手段１７から出力される挙動状態推定値Ｓｂ１は増加を始め、時刻ｔ１でしきい値Ｔｈよりも大きくなる。また、駆動力制御手段１８は、時刻ｔ１で駆動力制御フラグを立ち上げ、駆動手段３０に対して駆動力を制御する駆動指令を出力する。

ここで、車両の旋回半径と車速Ｖとの関係について説明する。車両の旋回半径は、旋回半径をＬ、車両に発生する横加速度をＧｙ、車両に発生するヨーレート（横滑り角速度を含む）をγとすると、次式（９）で表される。

式（９）において、車両の旋回半径Ｌを小さくするためには、分母項の横加速度Ｇｙまたはヨーレートγを大きくするか、分子項の車速Ｖを小さくすればよい。しかしながら、車両がアンダーステア等の不安定状態にある場合には、前方のタイヤ９の実路面反力トルクＴａｌｉｇｎが飽和し、タイヤ９のグリップ力が限界に達しているので、横加速度Ｇｙおよびヨーレートγも飽和した状態となり、横加速度Ｇｙおよびヨーレートγを大きくすることができない。
そのため、車両の旋回半径Ｌを小さくするためには、車速Ｖを小さくすることが有効であることが分かる。

図８は、前輪スリップ角αｆに対する前輪コーナリングフォースＹｆ（サイドフォース）および実路面反力トルクＴａｌｉｇｎの一般的な関係を示す説明図である。
図８において、前輪スリップ角αｆに対して、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎは、前輪コーナリングフォースＹｆよりも早期に飽和することが分かる。
ここで、車両の重心点から前車軸までの距離をＬｆ、車両の重心点から後車軸までの距離をＬｒ、前輪コーナリングフォースをＹｆ、後輪コーナリングフォースをＹｒ、車両自体のｚ軸まわりの慣性モーメントをｉとすると、車両に発生するヨーレートγは、次式（１０）で表される。

式（１０）および図８より、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎは、ヨーレートγよりも早期に飽和することが分かる。
そのため、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎを用いることにより、ヨーレートγに比べて車両のアンダーステア等の不安定状態を早期に検出することができる。また、ヨーレートセンサあるいは横加速度センサを用いる必要がないので、安価な構成で車両の挙動状態を推定することができる。

以下、図１〜図８とともに、図９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１による車両用走行制御装置の動作について説明する。
まず、操舵角検出手段５で操舵角θが検出され、メモリに記憶される（ステップＳ４１）。
また、車速検出手段１０で車速Ｖが検出され、メモリに記憶される（ステップＳ４２）。

続いて、路面反力トルク検出手段１５で実路面反力トルクＴａｌｉｇｎが検出され、メモリに記憶される（ステップＳ４３）。
次に、規範路面反力トルク演算手段１６で、あらかじめメモリに記憶された規範路面反力トルクＴｒｅｆと操舵角θとの比Ｋａｌｉｇｎ（車速Ｖに応じて異なる）と、メモリに記憶された操舵角θおよび車速Ｖとに基づいて、規範路面反力トルクＴｒｅｆが演算され、メモリに記憶される（ステップＳ４４）。

続いて、挙動状態推定手段１７で、上記式（８）を用いて挙動状態推定値Ｓｂ１が演算され、メモリに記憶される（ステップＳ４５）。
次に、駆動力制御手段１８で、挙動状態推定値Ｓｂ１がしきい値Ｔｈよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ４６）。

ステップＳ４６において、挙動状態推定値Ｓｂ１がしきい値Ｔｈよりも大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、駆動力制御手段１８から、駆動手段３０に対して駆動力を制御する駆動指令が出力され（ステップＳ４７）、図９の処理が終了する。
一方、ステップＳ４６において、挙動状態推定値Ｓｂ１がしきい値Ｔｈ以下である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、直ちにステップＳ４１に移行する。

この発明の実施の形態１に係る車両用走行制御装置によれば、挙動状態推定手段１７が、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎと規範路面反力トルクＴｒｅｆとの偏差に基づいて挙動状態推定値Ｓｂ１を演算し、駆動力制御手段１８が、挙動状態推定値Ｓｂ１を用いて車両の不安定状態を判断することにより、ヨーレートを用いた場合と比較して、早期に車両の駆動力を制御することができる。
そのため、運転者に違和感を与えることなく駆動力の制御を介入させることができる。

また、路面反力トルク検出手段１５が、時定数可変のローパスフィルタを用いて実路面反力トルクＴａｌｉｇｎを演算するので、ノイズの影響を低減することができる。
また、ヨーレートセンサあるいは横加速度センサ等のセンサを必要とせず、かつ複雑な演算を必要としないので、安価な構成で車両の安定性を維持し、安全性を向上させることができる。

実施の形態２．
図１０は、この発明の実施の形態２に係る車両用走行制御装置の挙動状態推定手段１７Ａを示すブロック図である。
図１０において、挙動状態推定手段１７Ａは、規範路面反力トルクＴｒｅｆから実路面反力トルクＴａｌｉｇｎを減算して偏差を演算する加減算器２２と、規範路面反力トルクＴｒｅｆと実路面反力トルクＴａｌｉｇｎとの偏差にゲイン値Ｋ１を乗算する比例ゲイン２３と、規範路面反力トルクＴｒｅｆと実路面反力トルクＴａｌｉｇｎとの偏差を微分する微分器２５と、微分器２５から出力される偏差の微分値にゲイン値Ｋ２を乗算する微分ゲイン２６と、比例ゲイン２３の出力と微分ゲイン２６の出力とを加算して、挙動状態推定値Ｓｂ２として出力する加算器２７とを有している。
ここで、挙動状態推定値Ｓｂ２は、次式（１１）で表される。なお、次式（１１）において、ｄ／ｄｔは、時間微分を示している。

また、駆動力制御手段１８の比較器２４は、挙動状態推定手段１７Ａから出力された挙動状態推定値Ｓｂ２と、あらかじめ設定された任意のしきい値Ｔｈとを比較する。
その他の構成および動作については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

この発明の実施の形態２に係る車両用走行制御装置によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

実施の形態３．
図１１は、この発明の実施の形態３に係る車両用走行制御装置の挙動状態推定手段１７Ｂを示すブロック図である。
図１１において、挙動状態推定手段１７Ｂは、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎを規範路面反力トルクＴｒｅｆで除算して割合を求め、挙動状態推定値Ｓｂ３として出力する除算器２８を有している。
ここで、挙動状態推定値Ｓｂ３は、次式（１２）で表される。

式（１２）において、車両がアンダーステア等の不安定状態になると、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎが飽和するので、挙動状態推定値Ｓｂ３は、次第に小さくなる。
また、駆動力制御手段１８の比較器２４は、挙動状態推定手段１７Ｂから出力された挙動状態推定値Ｓｂ３と、あらかじめ設定された任意のしきい値Ｔｈとを比較する。
駆動力制御手段１８は、比較器２４において、挙動状態推定値Ｓｂ３がしきい値Ｔｈよりも小さいと判定された場合に、駆動力制御フラグを立ち上げるとともに、エンジン３０ＡのＥＣＵ、変速機３０ＢのＥＣＵおよびモータ３０ＣのＥＣＵの少なくとも一つに対して、駆動力を制御する駆動指令を出力し、駆動力を低減させる。

図１２は、この発明の実施の形態３による車両用走行制御装置の規範路面反力トルクＴｒｅｆ、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎ、挙動状態推定値Ｓｂ３および駆動力制御フラグの変化を示すタイミングチャートである。

図１２において、車両がアンダーステア等の不安定状態になると、挙動状態推定手段１７Ｂから出力される挙動状態推定値Ｓｂ３は減少を始め、時刻ｔ２でしきい値Ｔｈよりも小さくなる。また、駆動力制御手段１８は、時刻ｔ２で駆動力制御フラグを立ち上げ、駆動手段３０に対して駆動力を制御する駆動指令を出力する。
その他の構成および動作については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

この発明の実施の形態３に係る車両用走行制御装置によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

実施の形態４．
図１３は、この発明の実施の形態４に係る車両用走行制御装置の挙動状態推定手段１７Ｃを示すブロック図である。
図１３において、挙動状態推定手段１７Ｃは、規範路面反力トルクＴｒｅｆを実路面反力トルクＴａｌｉｇｎで除算して割合を求め、挙動状態推定値Ｓｂ４として出力する除算器２８を有している。
ここで、挙動状態推定値Ｓｂ４は、次式（１３）で表される。

式（１３）において、車両がアンダーステア等の不安定状態になると、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎが飽和するので、挙動状態推定値Ｓｂ４は、次第に大きくなる。
また、駆動力制御手段１８の比較器２４は、挙動状態推定手段１７Ｃから出力された挙動状態推定値Ｓｂ４と、あらかじめ設定された任意のしきい値Ｔｈとを比較する。
駆動力制御手段１８は、比較器２４において、挙動状態推定値Ｓｂ４がしきい値Ｔｈよりも大きいと判定された場合に、駆動力制御フラグを立ち上げるとともに、エンジン３０ＡのＥＣＵ、変速機３０ＢのＥＣＵおよびモータ３０ＣのＥＣＵの少なくとも一つに対して、駆動力を制御する駆動指令を出力し、駆動力を低減させる。

図１４は、この発明の実施の形態４による車両用走行制御装置の規範路面反力トルクＴｒｅｆ、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎ、挙動状態推定値Ｓｂ４および駆動力制御フラグの変化を示すタイミングチャートである。

図１４において、車両がアンダーステア等の不安定状態になると、挙動状態推定手段１７Ｃから出力される挙動状態推定値Ｓｂ４は減少を始め、時刻ｔ３でしきい値Ｔｈよりも大きくなる。また、駆動力制御手段１８は、時刻ｔ３で駆動力制御フラグを立ち上げ、駆動手段３０に対して駆動力を制御する駆動指令を出力する。
その他の構成および動作については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

この発明の実施の形態４に係る車両用走行制御装置によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

なお、上記実施の形態１〜４による挙動状態推定手段１７、１７Ａ〜１７Ｃは、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎと規範路面反力トルクＴｒｅｆとの偏差および割合を個々に演算しているが、これに限定されず、偏差および割合を組み合わせて挙動状態推定値を演算してもよい。
この場合も、上記実施の形態１〜４と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態１〜４による駆動力制御手段１８は、挙動状態推定値Ｓｂ１〜Ｓｂ４としきい値Ｔｈとを比較して、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎの限界を判断したが、これに限定されない。
駆動力制御手段は、例えば特開２００５−３２４７３７号公報に示されたように、ステアリング軸反力トルクと摩擦トルクとに基づく補正量により、規範路面反力トルクを補正して全領域路面反力トルク推定値を演算し、全領域路面反力トルク推定値に基づいて実路面反力トルクの限界を判定してもよい。
また、例えば特許第３５９０６０８号公報および特開２００３−３４１５３８号公報に示されたように、実路面反力トルクのピークを検出し、実路面反力トルクが飽和した際に実路面反力トルクの限界を判定してもよい。
これらの場合も、上記実施の形態１〜４と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態１〜４による路面反力トルク検出手段１５は、操舵トルクＴｈｄｌ、車速Ｖ、アシストトルクＴａｓｓｉｓｔ、および操舵速度ωｓに基づいて、実路面反力トルクＴａｌｉｇｎを検出するが、これに限定されない。
路面反力トルク検出手段は、タイヤ９に取り付けられたロードセルから構成され、ロードセルに設けられた歪みゲージの変形を実路面反力トルクとして出力してもよい。
この場合も、上記実施の形態１〜４と同様の効果を奏することができる。

この発明の実施の形態１に係る車両用走行制御装置のステアリング機構を駆動手段とともに示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用走行制御装置の走行制御部を周辺機器とともに示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用走行制御装置の路面反力トルク検出手段を周辺機器とともに示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による路面反力トルク検出手段の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１に係る車両用走行制御装置の挙動状態推定手段を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用走行制御装置の駆動力制御手段を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による車両用走行制御装置の規範路面反力トルク、実路面反力トルク、挙動状態推定値および駆動力制御フラグの変化を示すタイミングチャートである。 前輪スリップ角に対する前輪コーナリングフォースおよび実路面反力トルクの一般的な関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による車両用走行制御装置の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に係る車両用走行制御装置の挙動状態推定手段を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る車両用走行制御装置の挙動状態推定手段を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による車両用走行制御装置の規範路面反力トルク、実路面反力トルク、挙動状態推定値および駆動力制御フラグの変化を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態４に係る車両用走行制御装置の挙動状態推定手段を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４による車両用走行制御装置の規範路面反力トルク、実路面反力トルク、挙動状態推定値および駆動力制御フラグの変化を示すタイミングチャートである。

符号の説明

２ ハンドル、５ 操舵角検出手段、６ トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、９ タイヤ、１０ 車速検出手段、１２ アシストトルク演算手段、１３ 操舵速度検出手段、１５ 路面反力トルク検出手段、１６ 規範路面反力トルク演算手段、１７、１７Ａ〜１７Ｃ 挙動状態推定手段、１８ 駆動力制御手段、３０Ａ エンジン、３０Ｂ 変速機、３０Ｃ モータ、Ｔａｌｉｇｎ 実路面反力トルク、Ｔａｓｓｉｓｔ アシストトルク、Ｔｈｄｌ 操舵トルク、Ｔｒｅｆ 規範路面反力トルク、Ｖ 車速、θ 操舵角、ωｓ 操舵速度。

Claims (5)

1. 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路面反力トルク検出手段と、
   前記車両のハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
   前記操舵角および前記車速に基づいて、線形的な路面反力トルクであ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、
   前記実路面反力トルクと前記規範路面反力トルクとの偏差および割合のうち、少なくとも一方に基づいて、前記車両の挙動状態を推定する挙動状態推定手段と、
   前記挙動状態に応じて前記車両の駆動力を制御する駆動力制御手段と
   を備えたことを特徴とする車両用走行制御装置。
2. 前記車両の運転者による操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   前記操舵トルクを補助するアシストトルクを演算するアシストトルク演算手段と、
   前記運転者による前記ハンドルの操舵速度を検出する操舵速度検出手段とをさらに備え、
   前記路面反力トルク検出手段は、前記操舵トルク、前記アシストトルク、前記操舵速度および前記車速に基づいて、前記実路面反力トルクを演算することを特徴とする請求項１に記載の車両用走行制御装置。
3. 前記車両を駆動するためのエンジンをさらに有し、
   前記駆動力制御手段は、
   前記挙動状態に応じて、前記エンジンの出力を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用走行制御装置。
4. 前記車両の駆動を伝達するための変速機をさらに有し、
   前記駆動力制御手段は、
   前記挙動状態に応じて、前記変速機を制御することを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の車両用走行制御装置。
5. 前記車両を駆動するためのモータをさらに有し、
   前記駆動力制御手段は、
   前記挙動状態に応じて、前記モータの出力を制御することを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の車両用走行制御装置。

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