JP3940056B2

JP3940056B2 - 路面状態推定装置、及び該装置を備えた車両の運動制御装置

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Publication number: JP3940056B2
Application number: JP2002298354A
Authority: JP
Inventors: 由行安井; 英一小野; 裕治村岸; 真司竹内; 峰一樅山; 博章加藤; 憲司浅野
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Advics Co Ltd; JTEKT Corp; Toyota Central R&D Labs Inc; Aisin Corp
Current assignee: Advics Co Ltd; JTEKT Corp; Toyota Central R&D Labs Inc; Aisin Corp
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2022-10-11
Also published as: JP2004130964A; US6952635B2; DE60300375D1; DE60300375T2; EP1407950A1; US20040148077A1; EP1407950B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、路面状態推定装置に関し、車輪に対する横方向のグリップの程度を表すグリップ度を推定し、及び／又はグリップ度に基づき車輪の路面に対する摩擦係数を推定し、これらグリップ度及び摩擦係数を含む路面指標の少なくとも一つの路面指標に基づき路面状態を推定する装置に係る。また、この路面状態推定装置を備えた車両の運動制御装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両安定性を維持するために、車両の状態量を検出、判定し、各車輪の制動力を独立に制御する装置が知られており、例えば、特許文献１（特開平６−９９８００）に開示されている。同公報においては、車速及び操舵角からヨーレイトの目標値を形成し、ヨーレイトの実際値との偏差の時間的導関数でオーバステア又はアンダステアを判定することとしている。オーバステアの場合には、旋回外側前輪の制動滑りを増大させ、つまり、旋回外側前輪の制動力を増大させ、アンダステアの場合には、旋回内側後輪の制動滑りを増大させることとしている。
【０００３】
また、特許文献２（特開昭６２−１４６７５４）においては、操舵角と車速から前輪車輪速差、横加速度又はヨーレイトの目標値を設定し、ブレーキ及び／又はエンジンの出力を制御する装置が開示されている。
【０００４】
そして、特許文献３（特開平１１−９９９５６）には、操舵輪の切り過ぎを防止することを目的とした車両用可変舵角比操舵装置が開示されており、横力使用率あるいは横Ｇ使用率という指標が用いられている。即ち、同公報に記載の装置によれば、先ず路面摩擦係数μが推定され、横力の使用率が求められる。路面摩擦係数μが低いほどタイヤのコーナリングパワーＣｐが減少するため、同一舵角での路面から受けるラック軸反力は路面摩擦係数μに応じて小さくなる。従って、前輪舵角とラック軸反力を実測し、前輪舵角に対する実ラック軸反力と、予め内部モデルとして設定された基準ラック軸反力との比較により路面摩擦係数μを推定することができるとするものである。更に、路面摩擦係数μに基づき等価摩擦円を設定し、前後力による摩擦力使用分を差し引き、最大発生横力を求め、現在発生している横力との比を横力使用率としている。あるいは、横Ｇセンサを設け、検出した横Ｇに基づき横Ｇ使用率とすることもできるとしている。
【０００５】
更に、近年の電子技術の発達にともない運転操作の電子化、所謂バイ・ワイヤ化が進められており、操舵制御に関してもステア・バイ・ワイヤ・システムが提案されている。例えば、特許文献４（特開２００１−１９１９３７）には、操作部材（ステアリングホイール）を車輪に機械的に連結することなく、操作部材による操舵用アクチュエータの動きに応じて舵角が変化するようにしたステアバイワイヤシステムが開示されており、その改良に係る車両用操舵制御装置が提案されている。また、特許文献５（特開平７−３２９８０８）には、モータ駆動によって後輪の舵角制御が行われる操舵制御装置が開示されており、これもステア・バイ・ワイヤ・システムということができる。
【０００６】
一方、非特許文献１（自動車技術ハンドブック〈第１分冊〉基礎・理論編）の１７９頁乃至１８０頁には、タイヤの横すべりについて解説されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−９９８００号公報
【特許文献２】
特開昭６２−１４６７５４号公報
【特許文献３】
特開平１１−９９９５６号公報
【特許文献４】
特開２００１−１９１９３７号公報
【特許文献５】
特開平７−３２９８０８号公報
【非特許文献１】
「自動車技術ハンドブック〈第１分冊〉基礎・理論編」、１９９０年１２月１日、社団法人自動車技術会（Ｐ．１７９，１８０）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
路面とタイヤとの摩擦には限界があるため、車両が摩擦限界に達し、過度のアンダステア状態になった場合には、運転者が意図する走行旋回半径を維持するためには、車両のヨー運動、つまり車両走行面上における車両姿勢を制御するだけではなく、車両を減速することが必要となる。然し乍ら、前掲の特許文献１（特開平６−９９８００）に記載の装置等では、タイヤが摩擦限界に達してから車両挙動が判別されるため、この状況で車両を減速するとコーナリングフォースが減少し、アンダステアの助長が懸念される。さらに、実際の制御システムにおいては、制御不感帯を有するため、ある程度の車両挙動が発生した後、上記の制御が実行されることになる。
【０００９】
また、道路のカーブ形状はクロソイド曲線で構成されており、運転者が道路のカーブをトレースしようとする場合には、徐々にステアリングホイール（ハンドル）を切りこんで行くことになる。従って、カーブへの進入速度が高い場合には、車輪に発生するサイドフォースが遠心力と釣合わず、車両はカーブ外側にふくらむ傾向を示す。このような場合に、前掲の特許文献１（特開平６−９９８００）や特許文献２（特開昭６２−１４６７５４）に記載の装置が作動するが、旋回限界で制御が開始されるため、この制御により車速が十分に低下できない場合が生じ、前述の制御のみではカーブ外側へのふくらみを防止できない場合も起こり得る。
【００１０】
ところで、前掲の非特許文献１には、タイヤが横すべり角αを以って横すべりしながら転動する状態が図１に示すように説明されている。即ち、図１において、破線で示すタイヤのトレッド面は路面と図１の点Ａを含む接地面前端で接触し、点Ｂまで路面に粘着し、タイヤ進行方向に移動する。そして、横方向のせん断変形による変形力が摩擦力に等しくなった点ですべりだし、点Ｃを含む後端で路面から離れて元の状態に戻る。このとき、接地面全体で発生する力Ｆｙ（サイドフォース）はトレッド部の横方向への変形面積（図１の斜線部）と単位面積当たりのトレッド部の横方向弾性定数の積となる。図１に示すように、サイドフォースＦｙの着力点はタイヤ中心線直下（点Ｏ）よりもｅn （ニューマチックトレール）だけ後方（図１の左方向）にある。従って、このときのモーメントＦｙ・ｅn がセルフアライニングトルク（Ｔsa）であり、横すべり角αを減少させる方向に作用することになる。
【００１１】
次に、車両にタイヤが装着された場合について、図１を簡略化した図２を用いて説明する。車両の操舵車輪においては、通常、ステアリングホイール（ハンドル）の戻りをよくするため、キャスタ角をつけキャスタトレールｅc を設けることしている。従って、車輪の接地点は点Ｏ’となりステアリングホイールを復元させようとするモーメントは、Ｆｙ・（ｅn ＋ｅc ）となる。
【００１２】
タイヤの横方向のグリップ状態が低下し、すべり領域が拡大すると、トレッド部の横方向変形は図２のＡＢＣの形状からＡＤＣの形状となる。この結果、サイドフォースＦｙの着力点は、車両進行方面に対して前方（図２の点Ｈから点Ｊ）に移動することになる。つまりニューマチックトレールｅn が小さくなる。従って、同一のサイドフォースＦｙが作用していても、粘着領域が大きく、すべり領域が小さい場合（即ち、タイヤの横グリップが高い場合）には、ニューマチックトレールｅn は大きく、セルフアライニングトルクＴsaは大きくなる。逆に、タイヤの横方向のグリップが失われ、すべり領域が増大すると、ニューマチックトレールｅn は小さくなり、セルフアライニングトルクＴsaは減少することになる。
【００１３】
以上のように、ニューマチックトレールｅn の変化に着目すれば、タイヤ横方向のグリップの程度を検出することが可能である。そして、ニューマチックトレールｅn の変化はセルフアライニングトルクＴsaに表れるため、セルフアライニングトルクＴsaに基づき、車輪に対する横方向のグリップの程度を表すグリップ度（以下、グリップ度という）を推定することができる。また、グリップ度としては、後述するように、路面摩擦に対するサイドフォースの余裕度に基づいて推定することもできる。
【００１４】
上記のグリップ度は、前掲の特許文献３（特開平１１−９９９５６）に開示された横力使用率又は横Ｇ使用率とは以下のように相違している。同公報に記載の装置においては、路面において発生可能な最大横力を、路面摩擦係数μから求めている。この路面摩擦係数μはコーナリングパワーＣｐ（定義は、スリップ角１deg 時のサイドフォースの値）の路面摩擦係数μ依存性に基づいて推定される。しかし、コーナリングパワーＣｐは路面摩擦係数μだけでなく、タイヤ接地面の形状（接地面長さ、及び幅）、トレッドゴムの弾性などに影響される。例えば、トレッド面に水が介在するような場合、あるいは、タイヤ磨耗、温度によりトレッドゴム弾性が変化した場合等において、路面摩擦係数μが同一でもコーナリングパワーＣｐに変化が現れる。このように、同公報に記載の技術においては車輪のタイヤとしての特性には全く配慮されていない。
【００１５】
これに対し、上記のグリップ度を直接用いれば、路面とタイヤとの間で摩擦限界に達する前の早い段階で、路面状態に応じて種々の制御を適切に行うことができる。しかも、後に詳述するように、このグリップ度に基づいて路面の摩擦係数を推定することができる。従って、上記のグリップ度及び摩擦係数を路面指標とし、これに基づいて路面状態を推定することとすれば、路面とタイヤとの間で摩擦限界に達する前の早い段階で路面状態を推定することが可能となる。
【００１６】
特に、前掲の特許文献４（特開２００１−１９１９３７）及び特許文献５（特開平７−３２９８０８）に記載のようなステア・バイ・ワイヤ・システムにおいては、運転者の操作手段たるステアリングホイールとは機械的に分離した駆動手段（例えばモータ）によって操舵制御が行われるので、この場合には駆動手段の駆動信号（例えば電流）を検出することによって前述のセルフアライニングを検出することが可能となり（詳細は後述）、上記のグリップ度の推定が容易となる。
【００１７】
そこで、本発明は、運転者の操作手段とは機械的に分離した駆動手段によって操舵制御を行うステア・バイ・ワイヤ・システムの車両に供し、該車両が走行中の路面状態を適切なタイミングで精度よく推定し得る路面状態推定装置を提供することを課題とする。
【００１８】
また、本発明は、運転者の操作手段とは機械的に分離した駆動手段によって操舵制御を行うステア・バイ・ワイヤ・システムの車両において、該車両が走行中の路面状態を適切なタイミングで精度よく推定し、その路面状態に基づき適切に運動制御を行ない得る車両の運動制御装置を提供することを別の課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の路面状態推定装置は、請求項１に記載のように、車両前方の車輪及び車両後方の車輪の少なくとも一方の車輪を、運転者の操作手段とは機械的に分離した駆動手段によって操舵制御を行う車両に設け、該車両が走行中の路面状態を推定する路面状態推定装置において、前記駆動手段による操舵制御中の前記駆動手段の駆動信号を検出する駆動信号検出手段と、該駆動信号検出手段の検出結果に基づき、前記車輪に生ずるセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定手段と、前記車両の状態量を検出する車両状態量検出手段と、該車両状態量検出手段の検出信号に基づき、前記車輪に対するサイドフォース及び車輪スリップ角を含む車輪指標のうちの少なくとも一つの車輪指標を推定する車輪指標推定手段と、該車輪指標推定手段が推定した車輪指標に対する、前記セルフアライニングトルク推定手段が推定したセルフアライニングトルクの特性において、少なくとも原点を通り且つ該原点における勾配を有する線形に近似させると共に、前記車両の走行中に前記勾配を同定する基準セルフアライニングトルク特性に基づき、基準セルフアライニングトルクを設定する基準セルフアライニングトルク設定手段と、該基準セルフアライニングトルク設定手段が設定した基準セルフアライニングトルクと前記セルフアライニングトルク推定手段が推定したセルフアライニングトルクとの比較結果に基づき、前記車輪に対するグリップ度を推定するグリップ度推定手段を備えることとしたものである。尚、前記駆動手段としては例えばモータがあり、その駆動信号としては電流がある。また、前記車両の状態量としては、車両の速度、横加速度、ヨーレイト、操舵角等、運動中の車両に係る指標を含む。
【００２３】
上記請求項１に記載の路面状態推定装置において、請求項２に記載のように、前記グリップ度推定手段によって推定したグリップ度に基づき前記車輪の前記路面に対する摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段を備えたものとするとよい。
【００２４】
上記請求項２に記載の路面状態推定装置において、請求項３に記載のように、前記グリップ度推定手段によって推定したグリップ度及び前記摩擦係数推定手段によって推定した摩擦係数を含む路面指標のうちの少なくとも一つの路面指標を所定値と比較し、該路面指標が前記所定値未満となったときには前記車両の運転者に報知する報知手段を備えたものとしてもよい。
【００２５】
また、本発明の車両の運動制御装置は、請求項４に記載のように、請求項１に記載の路面状態推定装置を備えると共に、前記車両前方の車輪に対する前輪操舵制御、前記車両後方の車輪に対する後輪操舵制御、前記操作手段に対する操舵反力制御、及び前記車両の各車輪に対する制動力制御のうちの少なくとも一つの制御を行う制御手段を備え、前記グリップ度推定手段によって推定したグリップ度に基づき、前記制御手段における前記前輪操舵制御、後輪操舵制御、操舵反力制御及び制動力制御のうちの少なくとも一つの制御に供するパラメータを設定するように構成したものである。
【００２６】
更に、本発明の車両の運動制御装置は、請求項５に記載のように、請求項１に記載の路面状態推定装置を備えると共に、前記車両前方の車輪に対する前輪操舵制御、前記車両後方の車輪に対する後輪操舵制御、及び前記車両の各車輪に対する制動力制御のうちの少なくとも一つの制御を行う制御手段を備え、前記グリップ度推定手段によって推定したグリップ度に基づき、前記前輪操舵制御及び後輪操舵制御における前記運転者の操作量に応じた操舵量の特性、並びに前記制動力制御における前記運転者の操作量に応じた目標制動力の特性のうちの少なくとも一つの特性を調整するように構成してもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施形態を説明する。先ず、本発明の一実施形態に係る路面状態推定装置を含み、本発明の一実施形態に係る運動制御装置を備えた車両の構成について、図３乃至図６を参照して説明する。本実施形態の車両は図３に示すように構成され、図４に示すように、前輪操舵制御システム（ＦＳＴＲ）、後輪操舵制御システム（ＲＳＴＲ）、操舵反力シミュレータ（ＳＳＴ）、ブレーキ制御システム（ＢＲＫ）、スロットル制御システム（ＳＬＴ）、シフト制御システム（ＡＴＭ）、及び報知システム（ＡＬＭ）が通信バスを介して接続されており、各システム間で互いのシステム情報を共有することができるように構成されている。
【００２８】
上記の各制御システムに供給する信号の検出手段として、図３に示すように、車両前方の車輪ＷＨ１及びＷＨ２並びに車両後方の車輪ＷＨ３及びＷＨ４に、車輪速センサＷＳ１乃至ＷＳ４が配設され、これらが電子制御装置ＥＣＵに接続されており、各車輪の回転速度、即ち車輪速度に比例するパルス数のパルス信号が電子制御装置ＥＣＵに入力されるように構成されている。更に、ブレーキペダルＢＰが踏み込まれたときオンとなるブレーキスイッチＢＳ、車両前方の車輪ＷＨ１及びＷＨ２の操舵角θｆを検出する操舵角センサＦＳ、車両後方の車輪ＷＨ３及びＷＨ４の操舵角θｒを検出する操舵角センサＲＳ、車両の前後加速度Ｇｘを検出する前後加速度センサＸＧ、車両の横加速度Ｇｙを検出する横加速度センサＹＧ、車両のヨーレイトγを検出するヨーレイトセンサＹＲ等が電子制御装置ＥＣＵに接続されている。
【００２９】
本実施形態の操舵制御システムは、上記のように前輪操舵制御システム（ＦＳＴＲ）及び後輪操舵制御システム（ＲＳＴＲ）から成り、前方の車輪ＷＨ１及びＷＨ２及び後方の車輪ＷＨ３及びＷＨ４の何れも、運転者の操作手段たるステアリングホイールＳＷとは機械的に分離した駆動手段によって操舵制御を行うように構成されている。即ち、図３に示すように、ステアリングホイールＳＷと車輪ＷＨ１及びＷＨ２とは機械的に連結されておらず、ステアリングホイールＳＷの動作は、ステアリングホイール操作検出手段ＳＳによって検出される。このステアリングホイール操作検出手段ＳＳとしては、ステアリングホイール操作角センサＳＡ（図４）、ステアリングホイール操作トルクセンサ（図示せず）等によって構成することができる。尚、図３における後輪操舵制御システム（ＲＳＴＲ）は省略することができる。また、前輪操舵制御システムは通常の機械的連結手段を有するものとし、後輪操舵制御システムのみを機械的に分離した駆動手段によって操舵制御を行うように構成することもできる。
【００３０】
前輪操舵制御システム（ＦＳＴＲ）においては、図４に示すように、前輪操舵制御用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えた操舵制御ユニットＥＣＵ１に、回転角センサ及び電流センサが接続されると共に、モータ駆動回路を介してモータＭＦが接続されている。而して、図３に示すステアリングホイール操作検出手段ＳＳによって検出された運転者の操作量、前掲の各センサによって検出される車両の状態量（車両速度、ヨーレイト、前後加速度、横加速度等）、各車輪と路面との摩擦状態等に基づき、操舵制御ユニットＥＣＵ１において各車輪の操舵角の目標値θftが決定される。この目標値θftに基づき前輪操舵用のモータＭＦが駆動され、前輪の舵角θｆが制御されるように構成されている。
【００３１】
更に、車両の走行状態やステアリングホイールＳＷの操作状態に応じて適切な反力が得られるように、操舵反力シミュレータＳＳＴが制御される。この操舵反力シミュレータＳＳＴは、図３に示すようにステアリングホイールＳＷに接続され、図４に示すように、制御ユニットＥＣＵ３に、回転角センサ及びトルクセンサが接続されると共に、モータ駆動回路を介して反力モータが接続されている。而して、例えば前掲の特許文献４（特開２００１−１９１９３７）に開示されているように、ステアリングホイールＳＷを直進位置に復帰させる方向に力を発生させる弾性部材（図示せず）及び反力モータによってトルクを発生させることができる。
【００３２】
前輪操舵制御システム（ＦＳＴＲ）における操舵制御手段は図５に示すように構成されている。尚、後輪操舵制御システム（ＲＳＴＲ）も基本的には同様であるので、以下の説明では対応する符号を括弧内に付記する。運転者の操作状態及び車両走行状態の情報（車両速度、ヨーレイト、横加速度、前後加速度、車体スリップ角等）が通信バスを介して操舵制御ユニットＥＣＵ１（ＥＣＵ２）に供給され、ここで車輪操舵角の目標値（前輪は上記のθft）が演算される。この目標車輪操舵角に基づき、駆動回路２２によりモータＭＦ（ＭＲ）が駆動される。このモータＭＦ（ＭＲ）は例えばブラシレスＤＣモータが用いられ、これに回転角センサＫＳＦ（ＫＳＲ）が装着されている。尚、モータＭＦ（ＭＲ）はこれに限らず他の形式のものを用いることとしてもよい。而して、この回転角センサＫＳＦ（ＫＳＲ）の検出信号に基づきモータＭＦ（ＭＲ）が駆動制御される。また、駆動回路２２には電流検出部２３が構成されており、この電流検出値に基づき路面反力トルクが推定される。尚、２４はインターフェース、２５は定電圧レギュレータ、１０は電源を示す。
【００３３】
また、前輪操舵制御システム（ＦＳＴＲ）における操舵制御用のモータＭＦは例えば図６に示すように制御される。尚、後輪操舵制御システム（ＲＳＴＲ）も基本的には同様であるので、以下の説明では対応する符号を括弧内に付記する。先ず、ブロックＭ４１にて運転者の操作状態及び車両の走行状態に基づき車輪ＷＨ１及びＷＨ２（車輪ＷＨ３及びＷＨ４）の目標舵角θft（θrt）が演算される。次に、ブロックＭ４２にてフェイルセイフのために車速に応じて目標舵角の制限が設定される。そして、ブロックＭ４３乃至Ｍ５４において、目標舵角θft（θrt）と実舵角θfa（θra）との偏差に基づきＰＤ制御が実行され、舵角偏差に応じて演算されたＰＷＭ制御のデューティ比に応じて、モータＭＦ（ＭＲ）が駆動される。尚、各ブロックの構成は前掲の特許文献５（特開平７−３２９８０８）と同様であるので説明を省略する。
【００３４】
次に、本実施形態のブレーキ制御システム（ＢＲＫ）は所謂ブレーキ・バイ・ワイヤで構成されている。図３に示すように、各車輪ＷＨ１乃至ＷＨ４には、車輪速センサＷＳ１乃至ＷＳ４のほか、ホイールシリンダ（図示せず）の液圧を検出する液圧センサＰＳ１乃至ＰＳ４が配設されている。そして、図４に示すように、ブレーキ制御用の制御ユニットＥＣＵ４に上記液圧センサが接続されると共に、駆動回路を介してソレノイドが接続されている。
【００３５】
而して、運転者によるブレーキペダルＢＰの操作は、ブレーキスイッチＢＳ、ブレーキペダルＢＰの操作量としてストロークを検出するストロークセンサ（図示せず）等のブレーキ操作検出手段によって検出される。各車輪のホイールシリンダの液圧は、運転者によるブレーキペダルＢＰの操作量、車両の走行運動状態、車輪と路面との摩擦状態等に基づき制御される。尚、このブレーキ制御には、ブレーキペダルＢＰの操作に応じた各車輪の液圧制御のみならず、ＡＢＳ（アンチスキッド制御）、ＢＡ（ブレーキアシスト制御）、ＴＲＣ（トラクション制御）、ＶＳＣ（車両安定性制御）、ＡＣＣ（アダプティブクルーズコントロール）等が含まれる。
【００３６】
本実施形態においては、スロットル制御装置ＴＨ及び燃料噴射装置ＦＩがエンジンＥＧに装着されており、スロットル制御システム（ＳＬＴ）を構成するスロットル制御装置ＴＨではアクセルペダルＡＰの操作に応じてスロットル開度の目標値が設定され、電子制御装置ＥＣＵの出力に応じて、スロットル制御装置ＴＨが制御されると共に、燃料噴射装置ＦＩが駆動され燃料噴射量が制御されるように構成されている。そして、図４に示すように、スロットル制御用の制御ユニットＥＣＵ５に位置センサが接続されると共に、駆動回路を介してスロットル制御用のアクチュエータが接続されている。本実施形態のエンジンＥＧは変速制御装置ＧＳ及びディファレンシャルギヤＤＦを介して車両後方の車輪ＷＨ３及びＷＨ４に連結されており、所謂後輪駆動方式が構成されているが、本発明における駆動方式をこれに限定するものではない。
【００３７】
また、シフト制御システム（ＡＴＭ）は、オートマティックトランスミッション（図示せず）のシフト制御用の制御ユニットＥＣＵ６に位置センサが接続されると共に、駆動回路を介してシフト制御用のアクチュエータが接続されている。そして、報知システム（ＡＬＭ）は、後述するように、例えばグリップ度が所定値未満であるときに報知するもので、報知制御用の制御ユニットＥＣＵ７に、表示（インジケータ）や音声等を出力する警報装置が接続されている。尚、これらの制御ユニットＥＣＵ１乃至７は夫々、通信用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えた通信ユニットを介して通信バスに接続されている。而して、各制御システムに必要な情報を他の制御システムから送信することができる。
【００３８】
図７は本発明のグリップ度推定装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。この実施形態は、駆動手段たるモータＭＦ（ＭＲ）の駆動信号（駆動電流）とその出力トルクは比例関係にあるため、モータＭＦ（ＭＲ）の駆動電流を検出することにより、車輪が路面から受ける反力トルクを推定することができることを前提としている。このようにして推定される路面反力トルクは、ステアリング系部材の摩擦による成分を含んでいるので、モータＭＦ（ＭＲ）の駆動電流によって推定される路面反力トルクからステアリング系部材の摩擦に起因する成分が補償されて、セルフアライニングトルクＴsaが求められる。このセルフアライニングトルクＴsaと、車輪スリップ角又はサイドフォースにより表される車輪指数との関係に基づき車輪の路面に対するグリップ状態であるグリップ度εが推定される。
【００３９】
以下、図７の具体的構成について説明する。電流検出手段Ｍ１（例えば図５の電流検出部２３）によって操舵制御中のモータＭＦ（ＭＲ）の駆動電流が検出され、この電流検出手段Ｍ１の検出結果に基づき路面反力トルク推定手段Ｍ２にて路面反力トルクが推定される。また、車輪操舵角検出手段Ｍ３にて車輪操舵角が検出され、その車輪操舵角に基づきステアリング摩擦トルク推定手段Ｍ４においてステアリング系部材の摩擦成分であるステアリング摩擦トルクが推定される。これらの検出結果である路面反力トルク及びステアリング摩擦トルクに基づき、セルフアライニングトルク推定手段Ｍ５にてセルフアライニングトルクが推定される。一方、車両速度検出手段Ｍ６で検出される車両速度、車両挙動検出手段Ｍ７で検出される車両挙動、及び車輪操舵角検出手段Ｍ３の検出車輪操舵角に基づき、車輪指標推定手段Ｍ８において、車輪に対するサイドフォースＦｙ及び車輪スリップ角αを含む車輪指標Ｗｘのうちの少なくとも一つの車輪指標が推定される。そして、車輪指標推定手段Ｍ８で推定された車輪指標に対する、セルフアライニングトルク推定手段Ｍ５で推定されたセルフアライニングトルクの変化に基づき、グリップ度推定手段Ｍ１０にて、車輪に対するグリップ度εが推定される。
【００４０】
図８は、上記グリップ度推定手段Ｍ１０において、セルフアライニングトルクと車輪指数（サイドフォースＦｙ又は車輪スリップ角α）からグリップ度εを求める一例を示すブロック図である。即ち、セルフアライニングトルク推定手段Ｍ５により求められるセルフアライニングトルクＴsaと車輪指数推定手段Ｍ８により求められるサイドフォースＦｙ又は車輪スリップ角αで表される車輪指数Ｗｘに基づき、セルフアライニングトルク原点勾配推定ブロックＭ１１にて、セルフアライニングトルクの車輪指数Ｗｘに対する原点勾配Ｋが求められる。更に、この原点勾配Ｋに基づき、ブロックＭ１２において、車輪が横方向にほぼ完全にグリップしている状態を表す基準セルフアライニングトルクが設定される。そして、グリップ度演算ブロックＭ１３において、セルフアライニングトルク推定手段Ｍ５で求められる実セルフアライニングトルクと上記の基準セルフアライニングトルクに基づきグリップ度εが求められる。
【００４１】
ここで、車輪指標ＷｘとしてサイドフォースＦｙを用いた場合のグリップ度εの推定の一例について図９を参照して説明する。先ず、サイドフォースＦｙに対するセルフアライニングトルクＴsaの特性は、図９のＴsaa に示すような特性となる。前述のように、実セルフアライニングトルクをＴsaa としサイドフォースをＦｙとすると、Ｔsaa ＝Ｆｙ・（ｅn ＋ｅc ）であるので、実セルフアライニングトルクＴsaa のサイドフォースＦｙに対する非線型特性はニューマチックトレールｅn の直接的変化を表している。従って、実セルフアライニングトルクＴsaa の原点０近傍（ここで、前輪はグリップ状態にある）でのサイドフォースＦｙに対する傾きＫ１を同定し、つまり、完全グリップ状態でのセルフアライニングトルク特性（基準セルフアライニングトルクＴsao ）で示す特性を求める。セルフアライニングトルクの原点勾配たる傾きＫ１は、先ず初期値として所定値を設定しておき、加速や減速中を除いた、略一定速度での走行中にＫ１を同定し補正する。
【００４２】
ニューマチックトレールｅn は車輪のグリップ状態に応じて変化するため、車輪が横方向にほぼ完全にグリップしている状態を表す基準セルフアライニングトルクＴsao は、車輪が横方向にほぼ完全にグリップしている状態（直進状態）である原点近傍での勾配Ｋ１を用いて、Ｔsao ＝Ｋ１・Ｆｙとして設定することができる。そして、グリップ度εは、基準セルフアライニングトルクＴsao と実セルフアライニングトルクＴsaa との比、ε＝Ｔsaa ／Ｔsao として求められる。例えば、サイドフォースがＦｙ1 の場合における、基準セルフアライニングトルクＴsao の値Ｔsao1（＝Ｋ１・Ｆｙ1 ）と、実セルフアライニングトルクＴsaa の値Ｔsaa1に基づき、ε＝Ｔsaa1／Ｔsao1となる。
【００４３】
次に、車輪指標Ｗｘとして車輪スリップ角αを用いた場合のグリップ度εの推定の一例について説明する。車輪スリップ角αに対するサイドフォースＦｙ及びセルフアライニングトルクＴsaの関係は、図１０に示すような特性になる。これらの特性に基づきサイドフォースを車輪指標とした場合と同様に、ニューマッチックトレールがほぼ完全にグリップ状態にある場合の車輪スリップ角に対する基準セルフアライニングは、図１１のＴsar で示すように車輪スリップ角に対して非線形な特性となる。この非線形特性は路面摩擦係数μに依存しているため、基準セルフアライニングトルクＴsar の設定には、路面摩擦係数μの推定が必要になる。しかし、前述したように、グリップ度が高い状態、つまり、車輪がグリップしている小スリップ角においては、路面摩擦係数μによってセルフアライニングトルクＴsa に差が生じにくいため、路面摩擦係数μの推定は困難となる。
【００４４】
そこで、この場合には、図１２に示すように、基準セルフアライニングトルクを線形特性と近似してグリップ度の推定を行う。即ち、車輪スリップ角αの原点近傍における車輪スリップ角αに対するセルフアライニングトルクＴsaの勾配Ｋ２を求め、基準セルフアライニングトルクＴsas をＴsas ＝Ｋ２・αとして設定するものである。そして、グリップ度εは、基準セルフアライニングトルクＴsas と実セルフアライニングトルクＴsaa との比として求められる。例えば、車輪スリップ角がα1である場合、基準セルフアライニングトルクはＴsas1＝Ｋ２・α1で演算される。そして、グリップ度εは、ε＝Ｔsaa1／Ｔsas1となる。
【００４５】
図１２における基準セルフアライニングトルクを線形近似する方法では、車輪スリップ角αが大きくなる領域でグリップ度の推定精度が低下することが懸念される。このため、図１３に示すように、所定の車輪スリップ角以上では、セルフアライニングトルク勾配をＫ３に設定し、基準セルフアライニングトルク特性の非線系性を図１３中のＯＭＮのように直線近似して設定すればよい。この場合、セルフアライニングトルク勾配Ｋ３を予め実験的に求めて設定し、走行中に勾配Ｋ３を同定し補正することが望ましい。また、セルフアライニングトルク勾配がＫ２からＫ３に変化する点Ｍは、実セルフアライニングトルクの変極点（点Ｐ）をもとに設定するとよい。これは、セルフアライニングトルクの変極点に基づき路面摩擦係数μを推定することができるからである。従って、実セルフアライニングトルクＴsaa の変極点Ｐを求め、変極点Ｐの車輪スリップ角から所定値だけ大きい車輪スリップ角を点Ｍとして設定し、セルフアライニングトルク勾配をＫ２からＫ３とすればよい。
【００４６】
更に、車輪スリップ角に対する基準セルフアライニングトルクは路面摩擦係数μの影響を受けるため、図１４に示すように実セルフアライニングトルクＴsaa の変極点Ｐに基づき基準セルフアライニングトルクを設定することにより、高精度な基準セルフアライニングトルク特性を設定することができる。例えば、路面摩擦係数が低くなった場合、実セルフアライニングトルクＴsaa の特性は図１４の実線から破線のように変化する。即ち、路面摩擦係数μが低下すると実セルフアライニングトルクＴsaa の変極点が点Ｐから点Ｐ’に変化することになる。従って、基準セルフアライニングトルク特性（Ｔsat ）をＯＭＮからＯＭ’Ｎ’に変化させる必要がある。この場合において、前述のように点Ｍ’は変極点Ｐ’に基づいて設定されるため、路面摩擦係数が変化しても、その変化に追従して基準セルフアライニングトルク特性を設定することが可能となる。
【００４７】
而して、図１４に示すように、実セルフアライニングトルクＴsaa 及び実セルフアライニングトルクＴsaa’の変極点Ｐ及びＰ’に基づき基準セルフアライニングトルクはＴsat 及びＴsat’を設定することにより、精度良く完全グリップ状態のセルフアライニングトルク特性を近似させることができる。尚、後述するグリップ度から路面摩擦係数を推定する方法を用いて路面摩擦係数を推定し、推定された路面摩擦係数に応じてセルフアライニングトルク勾配を変更する点を設定することも可能である。
【００４８】
前述のように、セルフアライニングトルクを精度良く求めるには、モータＭＦ（ＭＲ）の電流値に基づいて設定し得る路面反力トルクからステアリング系の摩擦成分を補正する必要があり、以下、図１５及び図１６を参照して説明する。図１５は、操舵系のクーロン摩擦に起因する摩擦トルクを求める方法を示すもので、先ず、図１５の上段に示すように車輪操舵角が切り増され、切り戻される直前の路面反力トルク（図１５の下段の点Ｘにおける路面反力トルクＴｘ）が求められる。次に、図１５の上段に示すように車輪操舵角が切り戻され、操舵角変化に対する路面反力トルクの変化量が変化する点（図１５の下段の点Ｙ）における路面反力トルクＴｙが求められる。そして、操舵系摩擦トルクは、上記のＴｘからＴｙを減算することによって求められる。この摩擦トルク演算は操舵操作毎に行われ、複数回の演算における平均値が摩擦トルク値として用いられる。
【００４９】
次に、操舵系摩擦トルクの補正について図１６を参照して説明する。即ち、路面反力トルクとセルフアライニングトルクを図１６に一点鎖線で示すヒステリシスを有する関係として、摩擦トルクを補正するもので、操舵系摩擦トルクの値は図１５で求めた値を用い、路面反力トルクＴstrに対するセルフアライニングトルクＴsaの傾きは１である。直進走行状態の場合には、路面反力トルクＴstrはゼロである。運転者がステアリング操作を開始し、車輪操舵角が増加し始めると、路面反力トルクＴstrが発生し始める。このとき、最初に、ステアリング機構（図示せず）のクーロン摩擦を打ち消す分のトルクが発生し、次に車輪（タイヤ）が切れ始めてセルフアライニングトルクが発生するようになる。
【００５０】
従って、直進状態からステアリング操作が行われる初期（摩擦トルクよるヒステリシスの範囲内）においては、図１６中のＯ−Ａ間のように、路面反力トルクの増加に対してセルフアライニングトルクは未だ発生していないため、セルフアライニングトルクの推定値が路面反力トルクに対して僅かな傾きで実セルフアライニングトルクＴsaa （これは正確には補正後の値であり推定値であるが、推定値の語を省略している）として出力される。更にステアリングホイールを切り増し、車輪操舵角が増加して路面反力トルクが摩擦トルク領域を超えた場合には、実セルフアライニングトルクＴsaa は図１６中のＡ−Ｂ間に沿って出力される。ステアリングホイールが切り戻され、路面反力トルクが減少する場合は、図１６中のＢ−Ｃ間のように、僅かな傾きをもつような形で、実セルフアライニングトルクＴsaa が出力される。切り増し時と同様に、路面反力トルクが摩擦トルク領域を超えた場合には、実セルフアライニングトルクＴsaa は図１６中のＣ−Ｄ間に沿うように出力される。
【００５１】
図１７乃至図１９は、車輪指標Ｗｘ（本実施形態では、サイドフォースＦｙ又は車輪スリップ角α）を推定する実施例を示すものである。図１７は、車両モデルに基づくオブザーバ６１を用いて車輪舵角と車両速度から車輪指標を推定する例である。車両モデルは、車両の状態方程式、ホイールベースなどの車両パラメータ、タイヤ特性を表すパラメータ等に基づいて表される。次に、図１８に示す例では、車両モデルに基づくオブザーバ６１をベースとし、これに横加速度、ヨーレイト等のセンサ信号をフィードバックして補正演算処理６２を行い車輪指標の推定精度を向上させるものである。そして、図１９は、上記のオブザーバを用いることなく、車輪舵角、車両速度、横加速度、ヨーレイト等から、状態量演算処理６３として、直接的に車輪指標Ｗｘを演算することも可能である。尚、これらの複数の推定手段から２つ以上の推定手段を並列して行い、それぞれの推定結果に重み付けして、車輪指標Ｗｘを求めるようにしてもよい。
【００５２】
以上の実施形態においては、タイヤのニューマチックトレールの変化に着目し、セルフアライニングトルクに基づきグリップ度εを求めることとしたものであるが、以下のように、路面摩擦に対するサイドフォースの余裕度に基づき、車輪に対する横方向のグリップの程度を表すグリップ度（この場合のグリップ度をεｍとする）を推定することができる。
【００５３】
先ず、タイヤ発生力の理論モデル（ブラッシュモデル）によれば、車輪のサイドフォースＦｙとセルフアライニングトルクＴsaa の関係は、以下の式により表される。即ち、ξ＝１−｛Ｋｓ／（３・μ・Ｆｚ）｝・λとした場合において、ξ＞０の場合は、Ｆｙ＝μ・Ｆｚ・（１−ξ^３） …（１）
ξ≦０の場合は、Ｆｙ＝μ・Ｆｚ …（２）
また、
ξ＞０の場合は、Ｔsaa ＝（ｌ・Ｋｓ／６）・λ・ξ^３ …（３）
ξ≦０の場合は、Ｔsaa ＝０ …（４）
となる。ここで、Ｆｚは接地荷重、ｌはタイヤ接地面の接地長さ、Ｋｓはトレッド剛性に対応する定数、λは横スリップ（λ＝ｔａｎ（α））であり、αは車輪スリップ角である。
【００５４】
一般的にξ＞０の領域では、車輪スリップ角αは小さいため、λ＝αとして扱うことができる。上記の式（１）から明らかなように、サイドフォースの最大値はμ・Ｆｚであるので、路面摩擦係数μに応じたサイドフォースの最大値に対する割合を路面摩擦利用率ηとするとη＝１−ξ^３と表すことができる。従って、εｍ＝１−ηは路面摩擦余裕度ということになり、このεｍを車輪のグリップ度とするとεｍ＝ξ^３となる。従って、上記（３）式は、以下のように表すことができる。
Ｔsaa ＝（ｌ・Ｋｓ／６）・α・εｍ …（５）
【００５５】
上記（５）式は、セルフアライニングトルクＴsaa が車輪スリップ角α及びグリップ度εｍに比例することを示している。そこで、グリップ度εｍ＝１（路面の摩擦利用率がゼロ、つまり摩擦余裕度が１）における特性を基準セルフアライニングトルク特性とすると、以下のようになる。
Ｔsau ＝（ｌ・Ｋｓ／６）・α …（６）
【００５６】
従って、上記（５）式及び（６）式から、グリップ度εｍは、
εｍ＝Ｔsaa ／Ｔsau …（７）
として求めることができる。この（７）式には路面摩擦係数μがパラメータとして含まれていないことから明らかなように、グリップ度εｍは路面摩擦係数μを用いることなく算出することができる。この場合において、基準セルフアライニングトルクＴsau の勾配Ｋ４（＝ｌ・Ｋｓ／６）は、前述のブラッシュモデルを用いて予め設定することができる。また、実験的に求めることも可能である。更に、まず初期値を設定し、走行中に車輪スリップ角がゼロ近傍におけるセルフアライニングトルクの傾きを同定し、補正することとすれば、検出精度を向上させることができる。
【００５７】
例えば、図２０において、車輪スリップ角がα２である場合、基準セルフアライニングトルクはＴsau2＝Ｋ４・α２で演算される。そして、グリップ度εｍは、εｍ＝Ｔsaa2／Ｔsau2＝Ｔsaa2／（Ｋ４・α２）として求められる。
【００５８】
而して、前述のニューマチックトレールに基づくグリップ度εに代えて、上記の路面摩擦余裕度に基づくグリップ度εｍを用いることができる。そして、前述のグリップ度εと上記のグリップ度εｍとは、図２１に示す関係となる。従って、グリップ度εを求めてグリップ度εｍに変換することができ、逆に、グリップ度εｍを求めてグリップ度εに変換することもできる。
【００５９】
次に、サイドフォース又は車輪スリップ角で表される車輪指標とセルフアライニングトルクから路面摩擦係数μを推定する路面摩擦係数推定装置の実施形態について説明する。図２２は、路面摩擦係数推定装置の一実施形態の構成を示すブロック図であり、ブロックＭ２１乃至Ｍ２５において、図７に示すグリップ度推定装置の構成と同様に（対応する図７の各ブロックの符号Ｍの後の数字に２０を加算）、モータ電流から路面反力トルクが演算されると共に、ステアリング系摩擦トルクが補正され、これらに基づき、セルフアライニングトルクが推定される。また、ブロックＭ２６乃至Ｍ２８で求められる車輪指標は、図１７乃至図１９に示した手段と同様に求められる。そして、路面摩擦係数推定手段３０において、車輪指標とセルフアライニングトルクの関係に基づき路面摩擦係数μが求められる。
【００６０】
図２３は、上記路面摩擦係数推定手段３０において、セルフアライニングトルク推定手段Ｍ２５にて推定されたセルフアライニングトルクと、車輪指標推定手段Ｍ２８にて推定された車輪指数に基づき路面摩擦係数を推定する一例を示すブロック図である。先ず、ブロック３１においては、図７から図１４に示したように、セルフアライニングトルクＴsaと車輪指数Ｗｘからグリップ度εが推定される。路面摩擦係数推定演算を行うブロックＭ３３においては、路面摩擦係数判別のための基準グリップ度設定ブロックＭ３２にて設定された所定の基準グリップ度に到達したときの、セルフアライニングトルク又は車輪指標の値から路面摩擦係数μが推定される。また、車輪指標は車両挙動に反映されるため、車輪指数の値に代えて、基準グリップ度に到達したときの車両挙動の値、即ち横加速度又はヨーレイトを用いて推定することとしてもよい。
【００６１】
ここで、サイドフォースＦｙを車輪指標Ｗｘとして路面摩擦係数μを推定する例について、図２４を参照して説明する。図２４は、路面摩擦係数μが低くなった場合の、サイドフォースＦｙとセルフアライニングトルクＴsaとの関係を示し、実線が高μ、破線が低μの特性を示す。車輪の接地面形状、トレッドゴムの弾性が一定の場合、サイドフォース−セルフアライニングトルク特性は路面摩擦係数μに対して相似形となる（図２４の実線と破線の特性）。従って、基準セルフアライニングトルクと実セルフアライニングトルクとの比で求められるグリップ度εが同一であるときのサイドフォースＦｙ又はセルフアライニングトルクＴsaの値は路面摩擦係数μを直接的に反映している。
【００６２】
従って、図２４から明らかなように、高μ時のグリップ度εはε＝線分〔Ｊ−Ｆｙ1 〕／線分〔Ｈ−Ｆｙ1 〕、低μ時のグリップ度ε’はε’＝線分〔Ｊ’−Ｆｙ2 〕／線分〔Ｈ’−Ｆｙ2 〕であり、三角形〔０−Ｈ−Ｆｙ1 〕と三角形〔０−Ｈ’−Ｆｙ2 〕は相似形であるため、ε＝ε’の場合、線分〔０−Ｆｙ1 〕と線分〔０−Ｆｙ2 〕との比、即ち、サイドフォースＦｙ1 とＦｙ2 の比、もしくは線分〔Ｊ−Ｆｙ1 〕と線分〔Ｊ’−Ｆｙ2 〕の比、即ち、セルフアライニングトルクＴsaa1とＴsaa2の比は、路面摩擦係数μの比を表している。従って、例えば乾燥アスファルト路面（μ＝略１．０）での所定のグリップ度を基準に用いることにより、その所定のグリップ度でのサイドフォースＦｙ又はセルフアライニングトルクＴsaの値に基づき路面摩擦係数μを推定することが可能となる。即ち、図２４において基準グリップ度（点Ｊ及びＪ’）に到達したときのセルフアライニングトルクの値（Ｔsaa1，Ｔsaa2）、又はサイドフォース（Ｆｙ1 ，Ｆｙ2 ）の値から路面摩擦係数を推定することができる。
【００６３】
同様に、車輪スリップ角αを車輪指標Ｗｘとして路面摩擦係数μを推定することも可能であり、図２５を参照して説明する。この場合には、前述のグリップ度の推定と同様、セルフアライニングトルクＴsaは車輪スリップ角αに対して非線形の特性となる。そこで、車輪スリップ角−セルフアライニングトルク特性を図２５に２点鎖線で示すように線形近似し、車輪スリップ角αに対して線形な領域（０−Ｍの領域）で路面摩擦係数μを推定することとしている。
【００６４】
図２６は、図２５と同様の車輪スリップ角αとセルフアライニングトルクＴsaの関係を示すもので、路面摩擦係数μが高い場合を実線で示し、路面摩擦係数μが低い場合を破線で示す。図２６から明らかなように、車輪スリップ角−セルフアライニングトルク特性も、図２４と同様に、路面摩擦係数μに対して相似形となる（図２６の実線と破線の特性）。従って、予め設定された基準グリップ度（図２６の点Ｓ及びＳ’）に到達したときのセルフアライニングトルクの値、又は車輪スリップ角の値（α1，α2）から路面摩擦係数を推定することができる。ここで、基準グリップ度は、車輪スリップ角とサイドフォースの関係が線形状態にある領域で設定することが必要である。また、路面摩擦係数変化を感度よく検出するためには、車輪スリップ角−セルフアライニングトルク特性において非線形になる領域、即ち、基準セルフアライニングトルクと実セルフアライニングトルクとの間である程度の差が発生する領域で検出することが必要となる。これらに鑑み、乾燥アスファルト路面等の路面摩擦係数が高い場合を基準に、実験的に基準グリップ度を設定することが望ましい。
【００６５】
尚、グリップ度に基づく路面摩擦係数の推定においても、ニューマチックトレールに基づくグリップ度εに代えて、前述の路面摩擦余裕度に基づくグリップ度εｍを用いることもできる。そして、グリップ度εと前述のグリップ度εｍとは、図２１に示す関係にあるため、グリップ度εを求めてグリップ度εｍに変換することができ、逆に、グリップ度εｍを求めてグリップ度εに変換することもできる。
【００６６】
以上のように構成された路面状態推定装置は、本発明の操舵制御システムがステア・バイ・ワイヤ・システムであることから、上記のようにグリップ度及び摩擦係数を容易に推定することができる。即ち、運転者の操作手段が操舵車輪と機械的に連結された構成においては、運転者の操作によって発生しているトルクと操舵アシスト装置（所謂パワーステアリング装置）によって発生しているトルクを別個に検出する必要があるのに対し、ステア・バイ・ワイヤ・システムでは、駆動手段（モータ）の出力トルクと車輪が路面から受ける反力トルクとは略一致するので、路面状態を推定するためのセンサとして駆動手段を利用することができる。また、出力トルクはモータＭＦ（ＭＲ）の駆動電流を検出することによって求められるが、電流検出部２３はモータＭＦ（ＭＲ）の制御又はフェイルセイフにも必要であるため、上記のグリップ度及び摩擦係数を含む路面状態を容易に推定することができ、低コスト化が可能となる。
【００６７】
次に、上記のグリップ度又は路面摩擦係数を推定する路面状態推定装置を備えた車両の運動状態制御装置の実施形態について説明する。図２７は、ステア・バイ・ワイヤシステムにおける車両前方の車輪の目標操舵角の設定について示すブロック図である。ステアリングホイール操作検出手段Ｍ４１にて、運転者によるステアリングホイールの操作状態（ステアリングホイール操作角）が検出される。この検出結果と、車両速度検出手段Ｍ４２で検出される検出車両速度と、グリップ度・路面摩擦係数推定手段Ｍ４３で推定されるグリップ度及び路面摩擦係数のうちの少なくとも一方とに基づき、前輪操舵比設定手段Ｍ４５において、ステアリングホイール操作角と車輪操舵角の比である操舵比が設定される。このグリップ度・路面摩擦係数推定手段Ｍ４３では、前述の方法で、グリップ度及び路面摩擦係数が推定される。そして、前輪操舵比設定手段Ｍ４５にて設定された操舵比とステアリングホイール操作検出手段Ｍ４１にて検出されたステアリングホイール操作角により前輪の操舵角の目標値が決定される。
【００６８】
前輪操舵比設定手段Ｍ４５において、前輪操舵比は、車両速度（以下、単に車速という）が低い場合には大きく、車速が高い場合には小さく設定される。そのため、車速が低い場合には、少ないステアリングホイール操作により前輪操舵角が得られるため車両の取廻し利便性が向上する。これに対して、高速の場合、ステアリングホイール操作に対して前輪操舵角が小さくなるため、車両安定性が向上する。また、ステアリングホイール操作が速い（ステアリングホイール操作角速度が大きい）場合には、前輪操舵比を通常より大きく設定される。これにより障害物を回避する際などの車両の回頭性が向上する。
【００６９】
また、前輪操舵比は、前述のように、グリップ度及び路面摩擦係数のうちの少なくとも一方に基づいて設定される。例えば、グリップ度及び路面摩擦係数のうちの少なくとも一方が低く推定された場合には、前輪操舵比は小さく設定される。これにより、路面摩擦係数が低い場合やグリップ度が低下した場合、運転者のステアリングホイール操作に対して前輪操舵角が小さめに設定されることになるため、即ち過度の前輪操舵角が与えられることがないため、車両の安定性が向上する。
【００７０】
更に、運転者のステアリングホイール操作に基づく目標舵角の設定にあわせて、車両挙動を安定化する修正操舵角が加味されて、図２７の車両安定化制御手段Ｍ４８により、最終的な前輪目標舵角θftが設定される。修正操舵角は、図２７に示すように、ステアリングホイール操作量と車両速度に基づき規範車両モデルＭ４６によって求められる規範車両状態量と、車両挙動検出手段Ｍ４４の検出結果に基づいて車両状態量演算手段Ｍ４７によって演算される実際の車両状態量との偏差に基づいて決定される。而して、路面摩擦係数やグリップ度の情報が規範車両モデルに反映され、規範車両モデルの精度が向上する。更に、車両安定化制御手段Ｍ４８により修正操舵角を決定する際に、前述のグリップ度及び路面摩擦係数のうちの少なくとも一方が利用される。即ち、路面摩擦係数が低い場合やグリップ度が低下している場合には、車両安定化制御の制御開始しきい値を通常より低く設定し、また、車両状態量偏差にもとづく制御量も小さく設定することができる。
【００７１】
上記の前輪目標操舵角の設定と同様に、車両後方の車輪の目標操舵角が図２８に示すブロック図に従って設定される。尚、図２８に示す各手段は、図２７の各手段と実質的に同じであるので、対応する手段の末尾の符号を同一にして、各手段の説明は省略する。而して、運転者によるステアリングホイールの操作状態（ステアリングホイール操作角）、車両速度、並びに、グリップ度及び路面摩擦係数のうちの少なくとも一方に基づき、ステアリングホイール操作角と後輪操舵角の比である後輪操舵比が設定される。
【００７２】
後輪操舵比は、低速では逆相（ステアリングホイールの操作方向が逆方向）、高速では同相（ステアリングホイールの操舵方向が同方向）に、車両速度、並びに、グリップ度及び路面摩擦係数のうちの少なくとも一方に応じて制御される。これにより、低速では車両の小回り性が向上し、高速では安定性が向上する。また、路面摩擦係数やグリップ度に基づく適切な後輪操舵比が設定可能であるため、車両安定性を更に向上させることが可能となる。そして、障害物を回避する際等のステアリングホイールを速く操作する（ステアリングホイール操作角速度が大きい）場合には、高速走行においても、一瞬逆相状態に制御して（所謂、位相反転制御により）車両回頭性を向上させることができる。路面摩擦係数が低い場合やグリップ度が低下している場合には、車両安定性をより一層安定側に確保するため、位相反転制御は禁止することが望ましい。
【００７３】
更に、外乱などに対する安全性を確保するために、後輪目標舵角も車両状態量に応じて設定される。即ち、前輪と同様に、修正後輪操舵角は、ステアリングホイール操作量と車両速度に基づき規範車両モデルによって求められる規範車両状態量と、車両状態量演算手段Ｍ５７によって求められる実際の車両状態量との偏差に基づいて決定される。このとき、路面摩擦係数やグリップ度の情報は規範車両モデルに反映され、規範車両モデルの精度が向上する。更に、車両安定化制御手段Ｍ５８により後輪の修正操舵角を決定する際に、前述のグリップ度及び路面摩擦係数のうちの少なくとも一方が利用される。例えば、路面摩擦係数が低い場合やグリップ度が低下している場合には、車両状態量偏差にもとづく制御量は小さく設定される。
【００７４】
図２９は、図３及び図４に記載の操舵反力シミュレータＳＳＴにおける目標操舵反力の設定について示すブロック図である。操舵反力シミュレータＳＳＴには、安定したステアリングホイール操作を確保し、車輪の路面反力情報を運転者に伝達する機能が要請される。このため、目標操舵反力設定手段Ｍ６７においては、ステアリングホイール操作量、車輪操舵角、車両速度、車両運動状態量、並びに、グリップ度及び路面摩擦係数のうちの少なくとも一方に応じて、目標操舵反力τｔが設定されるように構成されている。即ち、運転者の操作量に応じた操舵反力の特性が調整される。尚、図２９においては、ステアリングホイール操作検出手段Ｍ６１、各車輪舵角検出手段Ｍ６２、グリップ度・路面摩擦係数推定手段Ｍ６３、車両速度検出手段Ｍ６４、車両挙動検出手段Ｍ６５及び車両状態量演算手段Ｍ６６にて、夫々の検出、推定あるいは演算処理が行われるが、前述と同様であるので説明は省略する。
【００７５】
そして、目標操舵反力設定手段Ｍ６７において、高速走行の場合には車両安定性を向上させるため、操舵反力が大きくなるように設定される。また、グリップ度及び路面摩擦係数のうちの少なくとも何れか一方が低下した場合には、通常状態とは異なるように、即ち、操舵反力を通常状態と比較してより大きく、もしくは、より小さくなるように設定され、運転者にその旨が報知される。
【００７６】
図３０は、各車輪の目標制動力の設定について示すブロック図である。ここでは、各輪制動力設定手段Ｍ７７において、ブレーキペダル操作量、車両速度、並びに、グリップ度及び路面摩擦係数のうちの少なくとも一方に基づき通常モード（所謂、ＡＢＳ、ＴＲＣ、ＥＢＤ、ＶＳＣ、ＢＡ等の制御ブレーキ状態ではないモード）における各輪の制動力目標値（Ｂfrt，Ｂflt，Ｂrrt，Ｂrlt）が設定される。即ち、運転者の操作量に応じた目標制動力の特性が調整される。尚、図３０においては、車両速度検出手段Ｍ７１、ブレーキペダル操作検出手段Ｍ７２、グリップ度・路面摩擦係数推定手段Ｍ７３、各車輪速度検出手段Ｍ７４、各車輪舵角検出手段Ｍ７５、及び車両挙動検出手段Ｍ７６にて、夫々の検出あるいは推定処理が行われるが、前述と同様であるので説明は省略する。
【００７７】
そして、各輪制動力設定手段Ｍ７７においては、例えば、高速の場合には、前後制動力配分において前輪制動力の配分比が高くなるように設定され、車両安定性が確保される。また、グリップ度及び路面摩擦係数のうちの少なくとも一方に応じて、各輪目標制動力が図３１に示すように設定される。即ち、高摩擦係数又は高グリップ度の場合には、図３１に実線Ｏ−Ａ−Ｂで示すように設定される。ブレーキペダル操作量が少ない場合、即ち車両減速度が小さい場合には、少ない操作量で車両減速度が制御できる様に、線分Ｏ−Ａで示すようにブレーキペダル操作量に対する目標制動力の勾配が大きくなるように設定される。ある程度ブレーキペダル操作量が大きくなった場合、即ち車両減速度が大きくなった場合には、線分Ａ―Ｂのように勾配が小さく設定され、操作量に対する車両減速のコントロール性が向上する。
【００７８】
低摩擦係数又は低グリップ度の場合には、得られる車両減速度の上限値が制限されるため、ブレーキペダル操作において操作上無駄な部分が発生する。そこで、図３１に破線で示すように、ブレーキペダル操作量に対する目標制動力の勾配が小さく設定され、車両減速のコントロール性が向上する。この場合において、万一、路面摩擦係数推定、又はグリップ度推定に誤差が生じたときにも、フェイルセイフとして車両最大限速度を確保できるように、線分Ｃ−Ｂのようにブレーキペダル操作量に対する目標制動力の勾配が大きく設定される。
【００７９】
更に、車両安定性や減速性能の向上のために、上記の各輪目標制動力は制動力制御手段Ｍ７８にて修正される。制動力制御手段Ｍ７８においては、所謂、ＡＢＳ（アンチスキッド制御）、ＴＲＣ（トラクションコントロール）、ＶＳＣ（車両安定性制御）、ＥＢＤ（制動力配分制御）、ＢＡ（ブレーキアシスト）等、一般的に知られている制動力制御が行われ、推定されたグリップ度及び路面摩擦係数のうちの少なくとも一方に応じて、これらの制御における制御開始終了しきい値や制御量などが決定されるように構成されている。
【００８０】
また、報知システムＡＬＭにおいては、推定されたグリップ度及び路面摩擦係数のうちの少なくとも一方が所定のしきい値未満に低下した場合には、音、声、光、振動等の報知手段(図４の警報装置) によって運転者に報知されるように構成されている。尚、例えばグリップ度が所定値未満に低下した場合には、エンジン出力を低下させ、あるいはシフトダウンによりエンジンブレーキ量を増大させるによって自動的に制動するようにして、車両を減速させるように構成してもよい。
【００８１】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、請求項１に記載の路面状態推定装置によれば、ステア・バイ・ワイヤ・システムの車両に供した場合においても、車両が走行中の路面状態をグリップ度あるいは摩擦係数として精度よく、適切なタイミングで推定することができる。特に、基準セルフアライニングトルク設定手段を設けることにより、上記のセルフアライニングトルクの変化を判定する際には、セルフアライニングトルク推定手段で推定されたセルフアライニングトルクと、少なくとも原点を通り且つ該原点における勾配を有する線形に近似させると共に、車両の走行中に前記勾配を同定する基準セルフアライニングトルク特性に基づいて設定された基準セルフアライニングトルクとの比較結果に基づき、グリップ度を容易且つ精度よく推定することができる。
【００８３】
また、請求項２に記載のように構成すれば、グリップ度に基づき容易且つ精度よく摩擦係数を推定することができる。
【００８４】
更に、請求項３に記載のように報知手段を設けることとすれば、路面指標が所定値未満となったことを運転者に報知することができるので、運転者はグリップ度あるいは摩擦係数が過度に低下する前に適切な対応をとることができる。
【００８５】
そして、請求項４又は請求項５に記載の運動制御装置によれば、ステア・バイ・ワイヤ・システムの車両において、上記の路面状態推定装置によって路面状態を精度よく適切なタイミングで推定することができ、この路面状態に基づき適切な運動制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な車両に関し、タイヤが横すべりしながら転動する状態におけるセルフアライニングトルクとサイドフォースの関係を示すグラフである。
【図２】図１のセルフアライニングトルクとサイドフォースの関係を簡略して示すグラフである。
【図３】本発明の車両の運動制御装置の一実施形態を示す構成図である。
【図４】本発明の運動制御装置の一実施形態に係るシステム構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の運動制御装置の一実施形態に係る操舵制御システムの操舵制御手段の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明の運動制御装置の一実施形態に係る操舵制御システムの一例を示すブロック図である。
【図７】本発明のグリップ度推定装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図８】本発明一実施形態に係るグリップ度推定手段のブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態におけるサイドフォースに対するセルフアライニングトルクの特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態における車輪スリップ角に対するサイドフォース及びセルフアライニングトルクの関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の一実施形態における車輪スリップ角に対するセルフアライニングトルクの関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の一実施形態における車輪スリップ角に対するセルフアライニングトルクの関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の一実施形態における車輪スリップ角に対するセルフアライニングトルクの関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の一実施形態における車輪スリップ角に対するセルフアライニングトルクの関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の一実施形態においてセルフアライニングトルクの推定時の補正に関し操舵系のクーロン摩擦に起因する摩擦トルクを示すグラフである。
【図１６】本発明の一実施形態においてセルフアライニングトルクの推定時の補正に供するステアリング系の摩擦成分の特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の一実施形態において、車両モデルに基づくオブザーバを用いて車輪舵角と車両速度から車輪指標を推定するブロック図である。
【図１８】本発明の一実施形態において、車両モデルに基づくオブザーバをベースとし、補正演算処理を行い、車輪指標を推定するブロック図である。
【図１９】本発明の一実施形態において、オブザーバを用いることなく状態量演算処理として、直接的に車輪指標を演算するブロック図である。
【図２０】本発明の一実施形態において、車輪スリップ角に対するセルフアライニングトルクの関係を示すグラフである。
【図２１】本発明の一実施形態において、ニューマチックトレールに基づくグリップ度εと路面摩擦余裕度に基づくグリップ度εｍとの関係を示すグラフである。
【図２２】本発明の路面状態推定装置の一実施形態である路面摩擦係数推定装置の一例の構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明の一実施形態に係る路面摩擦係数推定装置においてセルフアライニングトルクと車輪指数に基づき路面摩擦係数を推定する一例を示すブロック図である。
【図２４】本発明の一実施形態に係る路面摩擦係数推定装置においてサイドフォースを車輪指標として路面摩擦係数を推定する一例を示すグラフである。
【図２５】本発明の一実施形態に係る路面摩擦係数推定装置において車輪スリップ角を車輪指標として路面摩擦係数を推定する一例を示すグラフである。
【図２６】本発明の一実施形態に係る路面摩擦係数推定装置において車輪スリップ角とセルフアライニングトルクの関係を示すグラフである。
【図２７】本発明の一実施形態に係るステア・バイ・ワイヤシステムにおける車両前方の車輪の目標操舵角の設定について示すブロック図である。
【図２８】本発明の一実施形態に係るステア・バイ・ワイヤシステムにおける車両後方の車輪の目標操舵角の設定について示すブロック図である。
【図２９】本発明の一実施形態に係る操舵反力シミュレータにおける目標操舵反力の設定について示すブロック図である。
【図３０】本発明の一実施形態に係る運動制御装置における各車輪の目標制動力の設定について示すブロック図である。
【図３１】本発明の一実施形態に係る運動制御装置における各車輪の目標制動力を示すグラフである。
【符号の説明】
ＦＳＴＲ前輪操舵制御システム，ＲＳＴＲ後輪操舵制御システム，
ＢＲＫブレーキ制御システム，ＳＬＴスロットル制御システム，
ＡＴＭシフト制御システム，ＡＬＭ報知システム，
ＳＳＴ操舵反力シミュレータ，ＥＣＵ電子制御装置，
ＳＷステアリングホイール，ＳＡ操作角センサ，
ＹＲヨーレイトセンサ，ＸＧ前後加速度センサ，
ＹＧ横加速度センサ，ＡＰアクセルペダル，
ＢＰブレーキペダル，ＷＨ１〜ＷＨ４車輪，
ＷＳ１〜ＷＳ４車輪速度センサ，ＰＳ１〜ＰＳ４液圧センサ，
ＥＧエンジン，ＭＦ，ＭＲモータ，ＫＳＦ，ＫＳＲ回転角センサ

Claims

車両前方の車輪及び車両後方の車輪の少なくとも一方の車輪を、運転者の操作手段とは機械的に分離した駆動手段によって操舵制御を行う車両に設け、該車両が走行中の路面状態を推定する路面状態推定装置において、前記駆動手段による操舵制御中の前記駆動手段の駆動信号を検出する駆動信号検出手段と、該駆動信号検出手段の検出結果に基づき、前記車輪に生ずるセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定手段と、前記車両の状態量を検出する車両状態量検出手段と、該車両状態量検出手段の検出信号に基づき、前記車輪に対するサイドフォース及び車輪スリップ角を含む車輪指標のうちの少なくとも一つの車輪指標を推定する車輪指標推定手段と、該車輪指標推定手段が推定した車輪指標に対する、前記セルフアライニングトルク推定手段が推定したセルフアライニングトルクの特性において、少なくとも原点を通り且つ該原点における勾配を有する線形に近似させると共に、前記車両の走行中に前記勾配を同定する基準セルフアライニングトルク特性に基づき、基準セルフアライニングトルクを設定する基準セルフアライニングトルク設定手段と、該基準セルフアライニングトルク設定手段が設定した基準セルフアライニングトルクと前記セルフアライニングトルク推定手段が推定したセルフアライニングトルクとの比較結果に基づき、前記車輪に対するグリップ度を推定するグリップ度推定手段を備えたことを特徴とする路面状態推定装置。
前記グリップ度推定手段によって推定したグリップ度に基づき前記車輪の前記路面に対する摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の路面状態推定装置。
前記グリップ度推定手段によって推定したグリップ度及び前記摩擦係数推定手段によって推定した摩擦係数を含む路面指標のうちの少なくとも一つの路面指標を所定値と比較し、該路面指標が前記所定値未満となったときには前記車両の運転者に報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の路面状態推定装置。
請求項１に記載の路面状態推定装置を備えると共に、前記車両前方の車輪に対する前輪操舵制御、前記車両後方の車輪に対する後輪操舵制御、前記操作手段に対する操舵反力制御、及び前記車両の各車輪に対する制動力制御のうちの少なくとも一つの制御を行う制御手段を備え、前記グリップ度推定手段によって推定したグリップ度に基づき、前記制御手段における前記前輪操舵制御、後輪操舵制御、操舵反力制御及び制動力制御のうちの少なくとも一つの制御に供するパラメータを設定するように構成したことを特徴とする車両の運動制御装置。
請求項１に記載の路面状態推定装置を備えると共に、前記車両前方の車輪に対する前輪操舵制御、前記車両後方の車輪に対する後輪操舵制御、及び前記車両の各車輪に対する制動力制御のうちの少なくとも一つの制御を行う制御手段を備え、前記グリップ度推定手段によって推定したグリップ度に基づき、前記前輪操舵制御及び後輪操舵制御における前記運転者の操作量に応じた操舵量の特性、並びに前記制動力制御における前記運転者の操作量に応じた目標制動力の特性のうちの少なくとも一つの特性を調整するように構成したことを特徴とする車両の運動制御装置。