JP4144759B2 - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の挙動状態を推定する挙動状態推定手段を含んだ車両用操舵制御装置に関する。

従来の車両旋回限界判定装置は、車体速度センサと、横加速度センサと、ヨーレートセンサと、限界判定手段とを備えている。
車体速度センサは、車体の走行速度を検出する。横加速度センサは、車両重心点の車両横方向における加速度を検出する。ヨーレートセンサは、車体のヨーレートを検出する。限界判定手段は、横加速度を走行速度で割った値からヨーレートを差し引いた値である車両重心点の横滑り角変化速度が基準速度以上である場合に、車両が旋回限界に達したと判定している（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の車両状態検出装置は、横滑り角測定器と、規範アライメントトルク演算器と、アライメントトルク測定器と、アライメントトルク偏差演算器と、車両挙動安定性判定器とを備えている。
横滑り角測定器は、実横滑り角を検出する。規範アライメントトルク演算器は、規範アライメントトルク（ヨーレート路面反力トルク）を演算する。アライメントトルク測定器は、走行中の車両が路面から受ける実アライメントトルク（路面反力トルク）を検出する。アライメントトルク偏差演算器は、実アライメントトルクと規範アライメントトルクとの偏差の絶対値をアライメントトルク偏差として演算する。車両挙動安定性判定器は、アライメントトルク偏差を所定偏差量と比較し、アライメントトルク偏差が所定偏差量以上を示す場合に車両の挙動が不安定であると判定している（例えば、特許文献２参照）。

また、従来の車輪のグリップ度推定装置は、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を備えている。
操舵力指標検出手段は、車両のステアリングホイールからサスペンションに至る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の操舵力指標を検出する。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セルフアライニングトルク（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の前輪指標を推定する。グリップ度推定手段は、前輪指標推定手段が推定した前輪指標に対する、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している（例えば、特許文献３参照）。

特許第３０３９０７１号公報 特開２００３−３４１５３８号公報 特開２００３−３１２４６５号公報

従来の車両旋回限界判定装置では、走行中の車両の不安定状態を判定する指標である車両の横滑り角および横滑り角速度を演算するために、車両の状態量であるヨーレート信号、横加速度信号および車速信号を求める必要がある。
しかしながら、車両の横滑り角が大きい状態では、車両はすでに不安定状態となっているので、限界判定のタイミングが遅いという問題点があった。

また、従来の車両状態検出装置では、走行中の車両の不安定状態を判定するために、規範アライメントトルクと実アライメントトルクとの絶対値の偏差を用いている。
そのため、規範アライメントトルクと実アライメントトルクとの偏差から推定される単純な不安定状態を判定することは可能であるが、その不安定状態がオーバーステア状態であるか、あるいはアンダーステアであるかといった詳細な判定をすることができないという問題点もあった。

また、従来の車輪のグリップ度推定装置では、車両前方の車輪に対するグリップ度を推定するために、前輪指標に対するセルフアライニングトルクの変化を用いている。
そのため、タイヤのグリップ度を推定することは可能であるが、車両の挙動状態を推定することができないという問題点もあった。

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、車両の挙動状態を早期にかつ詳細に、詳しくは、車両のオーバーステア状態（運転者のステアリング操作に対して実際のヨーレートが過剰である状態）を推定することができる車両用操舵制御装置を提供することにある。

この発明に係る車両用操舵制御装置は、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、車両に発生するヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、車両の挙動状態を推定する挙動状態推定手段とを備え、挙動状態推定手段は、路面反力トルクとヨーレートとを用いて車両の挙動状態を推定するものである。

この発明の車両用操舵制御装置によれば、挙動状態推定手段が路面反力トルクとヨーレートとを用いて車両の挙動状態を推定しているので、車両のオーバーステア状態を早期にかつ詳細に推定することができる。

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。
なお、以下の実施の形態では、この車両用操舵制御装置が自動車に搭載されている場合について説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る車両用操舵制御装置のステアリング機構１を示す構成図である。
図１において、ステアリング機構１は、ステアリングホイール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、トルクセンサ５と、アシストモータ６と、ラックアンドピニオン機構７と、タイヤ８と、ヨーレートセンサ９と、制御部１０とを備えている。

自動車の運転者が操舵するステアリングホイール２は、ステアリング軸３の一端に連結されている。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を検出して制御部１０に出力するトルクセンサ５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Ｔａｓｔを発生する電動のアシストモータ６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Ｔａｓｔとを足し合わせて得られる合成トルクを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７を介して、タイヤ８が取り付けられている。

ヨーレートセンサ９は、車両に発生するヨーレートγを検出して制御部１０に入力する。
また、制御部１０には、操舵トルクＴｈｄｌ、アシストモータ６のモータ検出電流Ｉｍｔｒ、およびアシストモータ６のモータ検出電圧Ｖｍｔｒが入力される。
また、制御部１０は、上記の入力に基づいてアシストモータ６を駆動させるための目標電流値を演算し、モータ駆動電流Ｉｄ出力する。

ここで、ステアリング軸３に生じるステアリング軸反力トルクＴｔｒｎは、タイヤ８が路面から受ける路面反力トルクＴａｌｎと、ステアリング機構１全体に発生する摩擦力である摩擦トルクＴｆｒｃ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Ｔｔｒｎは、次式（１）で表される。

Ｔｔｒｎ＝Ｔａｌｎ＋Ｔｆｒｃ・・・（１）

この車両用操舵制御装置は、運転者がステアリングホイール２を操舵したときの操舵トルクＴｈｄｌをトルクセンサ５で検出し、その操舵トルクＴｈｄｌに応じてアシストトルクＴａｓｔを発生させることを主な機能とする。

力学的には、操舵トルクＴｈｄｌとアシストトルクＴａｓｔとの和が、ステアリング軸反力トルクＴｔｒｎに抗してステアリング軸３を回転させる。また、ステアリングホイール２を操舵する際には、アシストモータ６の慣性によって生じる慣性トルクも作用する。
そのため、ステアリング軸反力トルクＴｔｒｎは、アシストモータ６の慣性トルクをＪ・ｄω/ｄｔとすると、次式（２）で表される。

Ｔｔｒｎ＝Ｔｈｄｌ＋Ｔａｓｔ−Ｊ・ｄω/ｄｔ・・・（２）

また、アシストモータ６によるアシストトルクＴａｓｔは、アシストモータ６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６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（３）で表される。

Ｔａｓｔ＝Ｇｇｅａｒ・Ｋｔ・Ｉｍｔｒ・・・（３）

制御部１０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、モータ駆動電流Ｉｄを出力する。
アシストモータ６は、式（３）に示すように、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Ｔａｓｔを発生し、運転者が操舵するときの操舵トルクＴｈｄｌを補助する。

また、制御部１０は、ヨーレートγ、操舵トルクＴｈｄｌ、アシストモータ６のモータ検出電流Ｉｍｔｒを用いて車両の挙動状態を推定する車両挙動状態推定部１１を有している。
図２は、図１に示した制御部１０の内部に設けられた車両挙動状態推定部１１を示すブロック図である。
図２において、車両挙動状態推定部１１は、路面反力トルク検出手段１２と、ヨーレート検出手段１３と、挙動状態推定手段１４とを有している。

路面反力トルク検出手段１２は、操舵トルクＴｈｄｌおよびモータ検出電流Ｉｍｔｒに基づいて路面反力トルクＴａｌｎを演算して出力する。
まず、路面反力トルクＴａｌｎは、式（１）を変換して、次式（４）で表すことができる。

Ｔａｌｎ＝Ｔｔｒｎ−Ｔｆｒｃ・・・（４）

続いて、式（４）に式（２）および式（３）を代入することにより、路面反力トルクＴａｌｎは、次式（５）で表すことができる。

Ｔａｌｎ＝Ｔｈｄｌ＋Ｇｇｅａｒ・Ｋｔ・Ｉｍｔｒ−Ｊ・ｄω/ｄｔ−Ｔｆｒｃ・・・（５）

しかしながら、一般的に式（５）において、ステアリング機構１全体に発生する摩擦力である摩擦トルクＴｆｒｃを演算することは困難である。
そのため、路面反力トルク検出手段１２は、操舵トルクＴｈｄｌおよびモータ検出電流Ｉｍｔｒからステアリング軸反力トルクＴｔｒｎを演算し、ステアリング軸反力トルクＴｔｒｎをローパスフィルタに通して推定路面反力トルクＴｅｓｔを演算する。この演算方法は、例えば特開２００３−３１２５２１号公報に開示されている。

ヨーレート検出手段１３は、ヨーレートセンサ９が出力したヨーレートγを入力し、ヨーレートγから車両に発生する実ヨーレートγｒｅａｌを検出して出力する。
挙動状態推定手段１４は、入力された値の時間変化率を演算する微分手段（図示せず）と、とを有している。
また、挙動状態推定手段１４は、路面反力トルク検出手段１２から出力された推定路面反力トルクＴｅｓｔと、ヨーレート検出手段１３から出力された実ヨーレートγｒｅａｌとを用いて、テーブル（後述する）に基づいて車両の挙動状態を推定する。

まず、挙動状態推定手段１４は、微分手段を介して、推定路面反力トルクＴｅｓｔの時間変化率であるトルク時間変化率と、実ヨーレートγｒｅａｌの時間変化率であるヨーレート時間変化率とをそれぞれ演算する。
続いて、挙動状態推定手段１４は、トルク時間変化率およびヨーレート時間変化率の符号によって車両の挙動状態を推定し、不安定な挙動状態であるオーバーステア状態を検出する。
ここで、挙動状態推定手段１４は、トルク時間変化率の符号が負であり、ヨーレート時間変化率の符号が正である場合に、車両の挙動状態がオーバーステア状態であると推定する。

以下、上記構成の車両用操舵制御装置についての動作を説明する。
まず、車両走行中に運転者の操舵によって生じる操舵トルクＴｈｄｌは、トルクセンサ５で検出されて制御部１０に入力される。
また、モータ検出電流Ｉｍｔｒ、モータ検出電圧Ｖｍｔｒ、およびヨーレートγは、アシストモータ６およびヨーレートセンサ９から制御部１０に入力される。

続いて、操舵トルクＴｈｄｌおよびモータ検出電流Ｉｍｔｒは、路面反力トルク検出手段１２に入力され、推定路面反力トルクＴｅｓｔとして出力される。
また、ヨーレートγは、ヨーレート検出手段１３に入力され、実ヨーレートγｒｅａｌとして出力される。
ここで、推定路面反力トルクＴｅｓｔおよび実ヨーレートγｒｅａｌは、図３のように出力されたとする。

図３は、この発明の実施の形態１に係る推定路面反力トルクＴｅｓｔと実ヨーレートγｒｅａｌとの関係を示すタイムチャートである。
図３において、時刻ｔ１からｔ２までの区間は、推定路面反力トルクＴｅｓｔの増加とともに実ヨーレートγｒｅａｌが増加しており、車両は安定して走行している。
これに対して、時刻ｔ２からｔ３までの区間は、推定路面反力トルクＴｅｓｔが減少しているにもかかわらず、実ヨーレートγｒｅａｌが増加しており、車両の挙動状態がオーバーステア状態になっている。

次に、図２において、路面反力トルク検出手段１２から出力された推定路面反力トルクＴｅｓｔ、およびヨーレート検出手段１３から出力された実ヨーレートγｒｅａｌは、挙動状態推定手段１４に入力される。
推定路面反力トルクＴｅｓｔおよび実ヨーレートγｒｅａｌは、挙動状態推定手段１４の微分手段で微分され、トルク時間変化率およびヨーレート時間変化率が演算される。
続いて、車両の挙動状態は、トルク時間変化率およびヨーレート時間変化率の符号に基づいて、挙動状態推定手段１４で推定される。

ここで、図４とともに、挙動状態推定手段１４が車両の挙動状態を推定する動作について詳細に説明する。
図４は、図２の挙動状態推定手段１４が、車両の挙動状態を推定するために用いるテーブル（後述する）を示す説明図である。なお、図４の時刻ｔ１〜ｔ３は、図３の時刻ｔ１〜ｔ３とそれぞれ対応している。
まず、時刻ｔ１において、トルク時間変化率およびヨーレート時間変化率の符号がともに正であるので、挙動状態推定手段１４は、車両の挙動状態がオーバーステア状態ではないと推定する。
次に、時刻ｔ２において、トルク時間変化率が０であり、ヨーレート時間変化率の符号が正であるので、挙動状態推定手段１４は、車両の挙動状態がオーバーステア状態ではないと推定する。
続いて、時刻ｔ３において、トルク時間変化率の符号が負であり、ヨーレート時間変化率の符号が正であるので、挙動状態推定手段１４は、車両の挙動状態がオーバーステア状態であると推定する。

この発明の実施の形態１に係る車両用操舵制御装置によれば、挙動状態推定手段１４は、トルク時間変化率およびヨーレート時間変化率に基づいて、トルク時間変化率の符号が負であり、ヨーレート時間変化率の符号が正である場合に、車両の挙動状態がオーバーステア状態であると推定する。
そのため、車両の種類による固有のパラメータを必要とすることなく、早期に車両の挙動状態がオーバーステア状態であることを推定することができる。

なお、上記実施の形態１では、推定路面反力トルクＴｅｓｔと実ヨーレートγｒｅａｌとの間には、時間のずれがないものとして説明したが、実際には、以下のように実ヨーレートγｒｅａｌは、推定路面反力トルクＴｅｓｔに比べて時間遅れを含んでいる。

まず、一般的にヨーレートγは、ヨーレートゲインをＫ１、時定数をτ、ラプラス演算子をＳとすると、タイヤ角δに対して、次式（６）で表すことができる。また、タイヤ角δは、ステアリング角θからタイヤ角δへの比であるステアリングギア比をＧｒｐ、ステアリング角をθとすると、次式（７）で表すことができる。

γ＝Ｋ１・δ・１／（τＳ＋１）・・・（６）
δ＝Ｇｒｐ・θ・・・（７）

また、一般的に路面反力トルクＴａｌｎは、路面反力トルクゲインをＫ２とすると、タイヤ角δに対して、次式（８）で表すことができる。

Ｔａｌｎ＝Ｋ２・δ・・・（８）

ヨーレートγは、上記の式（６）および式（８）からタイヤ角δを消去して、次式（９）で表される。

γ＝（Ｋ１／Ｋ２）・Ｔａｌｎ・１／（τＳ＋１）・・・（９）

式（９）より、ヨーレートγは、車両ごとに異なるパラメータ（τＳ＋１）に基づいて決定される時間遅れを含んでいることが分かる。この時間遅れを考慮すると、図３に示した推定路面反力トルクＴｅｓｔと実ヨーレートγｒｅａｌとの関係を示すタイムチャートは、図５のようになる。
図５において、実ヨーレートγｒｅａｌは、推定路面反力トルクＴｅｓｔに対して、パラメータ（τＳ＋１）に基づいて決定される時間遅れｔ４を含んでいる。

ここで、挙動状態推定手段１４がパラメータ（τＳ＋１）から時間遅れｔ４を演算し、ヨーレート検出手段１３で検出した実ヨーレートγｒｅａｌの時間を時間遅れｔ４だけ進めることにより、図３に示したように推定路面反力トルクＴｅｓｔとの時間遅れを補償することができ、より正確に車両の挙動状態を推定することができる。

また、挙動状態推定手段１４は、パラメータ（τＳ＋１）から時間遅れｔ４を演算し、路面反力トルク検出手段１２から出力された推定路面反力トルクＴｅｓｔの時間を時間遅れｔ４だけ遅らせることによって時間遅れを補償し、車両の挙動状態を推定してもよい。
この場合も、より正確に車両の挙動状態を推定することができる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２に係る車両用操舵制御装置の制御部１０の内部に設けられた車両挙動状態推定部１１Ａを示すブロック図である。
図６において、車両挙動状態推定部１１Ａは、路面反力トルク検出手段１２と、ヨーレート検出手段１３と、規範ヨーレート演算手段１５（トルク変換手段）と、挙動状態推定手段１４Ａとを有している。

規範ヨーレート演算手段１５は、路面反力トルク検出手段１２から出力された推定路面反力トルクＴｅｓｔの単位をヨーレートの単位と同じものに変換するために、推定路面反力トルクＴｅｓｔから規範ヨーレートγｒｅｆ（第１の物理量）を演算する。
ここで、規範ヨーレート演算手段１５は、上記式（９）の関係を用いた次式（１０）を用いて推定路面反力トルクＴｅｓｔから規範ヨーレートγｒｅｆを演算する。

γｒｅｆ＝（Ｋ１／Ｋ２）・Ｔｅｓｔ・１／（τＳ＋１）・・・（１０）

挙動状態推定手段１４Ａは、規範ヨーレート演算手段１５から出力された規範ヨーレートγｒｅｆと、ヨーレート検出手段１３から出力された実ヨーレートγｒｅａｌと用いて車両の挙動状態を推定する。また、挙動状態推定手段１４Ａには、あらかじめ車両ごとに異なるヨーレートおよび路面反力の特性等を考慮して設定されたヨーレート偏差閾値γｃｈｅｃｋが記憶されている。
挙動状態推定手段１４Ａは、実ヨーレートγｒｅａｌの絶対値から規範ヨーレートγｒｅｆの絶対値を減算して求めたヨーレート偏差γｄｅｖが、ヨーレート偏差閾値γｃｈｅｃｋよりも大きくなった場合に、車両の挙動状態がオーバーステア状態であると推定する。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

以下、上記構成の車両用操舵制御装置についての動作を説明する。
なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
路面反力トルク検出手段１２から出力された推定路面反力トルクＴｅｓｔは、規範ヨーレート演算手段１５に入力され、規範ヨーレートγｒｅｆとして出力される。
ここで、規範ヨーレートγｒｅｆおよび実ヨーレートγｒｅａｌは、図７のように出力されたとする。

図７は、この発明の実施の形態２に係る規範ヨーレートγｒｅｆと実ヨーレートγｒｅａｌとの関係を示すタイムチャートである。
図７において、時刻ｔ５以前の区間は、規範ヨーレートγｒｅｆと実ヨーレートγｒｅａｌとのヨーレート偏差γｄｅｖがほぼ「０」であるので、車両は安定して走行している。
これに対して、時刻ｔ５以降の区間は、規範ヨーレートγｒｅｆが減少しているにもかかわらず、実ヨーレートγｒｅａｌが増加してヨーレート偏差γｄｅｖが増加し、車両の挙動状態がオーバーステア状態になっている。

次に、図６において、規範ヨーレートγｒｅｆおよび実ヨーレートγｒｅａｌは、挙動状態推定手段１４Ａに入力される。
続いて、車両の挙動状態は、規範ヨーレートγｒｅｆと実ヨーレートγｒｅａｌとのヨーレート偏差γｄｅｖに基づいて、挙動状態推定手段１４Ａで推定される。

ここで、挙動状態推定手段１４Ａが車両の挙動状態を推定する動作について詳細に説明する。
まず、時刻ｔ５以前において、ヨーレート偏差γｄｅｖはほぼ「０」であるので、挙動状態推定手段１４Ａは、車両の挙動状態がオーバーステア状態ではないと推定する。
次に、時刻ｔ５〜時刻ｔ６において、ヨーレート偏差γｄｅｖは増加しているが、ヨーレート閾値γｃｈｅｃｋを超えていないので、挙動状態推定手段１４Ａは、車両の挙動状態がオーバーステア状態ではないと推定する。
続いて、時刻ｔ６において、ヨーレート偏差γｄｅｖとヨーレート閾値γｃｈｅｃｋとが等しくなり、時刻ｔ６以降では、ヨーレート偏差γｄｅｖがヨーレート閾値γｃｈｅｃｋよりも大きくなるので、挙動状態推定手段１４Ａは、車両の挙動状態がオーバーステア状態であると推定する。

この発明の実施の形態２に係る車両用操舵制御装置によれば、挙動状態推定手段１４Ａは、ヨーレート偏差γｄｅｖが、ヨーレート偏差閾値γｃｈｅｃｋよりも大きくなった場合に、車両の挙動状態がオーバーステア状態であると推定する。
そのため、車両の特性を考慮して、車両の挙動状態がオーバーステア状態であることを高い精度で検出することができる。

なお、上記実施の形態２では、車両挙動状態推定部１１Ａは、規範ヨーレート演算手段１５を有し、規範ヨーレート演算手段１５から入力されたヨーレート偏差γｄｅｖを用いて、挙動状態推定手段１４Ａが車両の挙動状態を推定するとしたが、これに限られるものではない。
車両挙動状態推定部１１Ｂは、実ヨーレートγｒｅａｌの単位を路面反力トルクの単位と同じものに変換して車両の挙動状態を推定してもよい。

図８は、この発明の実施の形態２に係る車両用操舵制御装置の制御部１０の内部に設けられた車両挙動状態推定部１１Ｂを示す別のブロック図である。
図８において、車両挙動状態推定部１１Ｂは、路面反力トルク検出手段１２と、ヨーレート検出手段１３と、ヨーレート路面反力トルク演算手段１６（ヨーレート変換手段）と、挙動状態推定手段１４Ｂとを有している。

ヨーレート路面反力トルク演算手段１６は、ヨーレート検出手段１３から出力された実ヨーレートγｒｅａｌの単位を路面反力トルクの単位と同じものに変換するために、実ヨーレートγｒｅａｌからヨーレート路面反力トルクＴγ（第２の物理量）を演算する。
ここで、ヨーレート路面反力トルク演算手段１６は、上記式（９）の関係を用いた次式（１１）を用いて実ヨーレートγｒｅａｌからヨーレート路面反力トルクＴγを演算する。

Ｔγ＝（Ｋ２／Ｋ１）・（τＳ＋１）・γｒｅａｌ・・・（１１）

挙動状態推定手段１４Ｂは、ヨーレート路面反力トルク演算手段１６から出力されたヨーレート路面反力トルクＴγと、路面反力トルク検出手段１２から出力された推定路面反力トルクＴｅｓｔとを用いて車両の挙動状態を推定する。また、挙動状態推定手段１４Ｂには、あらかじめ車両の特性等を考慮して設定された路面反力偏差閾値Ｔｃｈｅｃｋが記憶されている。
挙動状態推定手段１４Ｂは、推定路面反力トルクＴｅｓｔの絶対値からヨーレート路面反力トルクＴγの絶対値を減算して求めた路面反力偏差Ｔｄｅｖが、路面反力偏差閾値Ｔｃｈｅｃｋよりも大きくなった場合に、車両の挙動状態がオーバーステア状態であると推定する。
この場合も、上記実施の形態２と同様の効果を奏することができる。

また、車両挙動状態推定部１１Ｃは、推定路面反力トルクＴｅｓｔおよび実ヨーレートγｒｅａｌを互いに同じ単位である例えば路面反力ステアリング角θＴ（第３の物理量）およびヨーレートステアリング角θγ（第４の物理量）に変換して車両の挙動状態を推定してもよい。
図９は、この発明の実施の形態２に係る車両用操舵制御装置の制御部１０の内部に設けられた車両挙動状態推定部１１Ｃを示すさらに別のブロック図である。
図９において、車両挙動状態推定部１１Ｃは、路面反力トルク検出手段１２と、ヨーレート検出手段１３と、ステアリング角演算手段１７（トルクおよびヨーレート変換手段）と、挙動状態推定手段１４Ｃとを有している。

ステアリング角演算手段１７は、推定路面反力トルクＴｅｓｔおよび実ヨーレートγｒｅａｌから路面反力ステアリング角θＴおよびヨーレートステアリング角θγを演算する。

挙動状態推定手段１４Ｃは、ステアリング角演算手段１７から出力された路面反力ステアリング角θＴと、ヨーレートステアリング角θγとを用いて車両の挙動状態を推定する。また、挙動状態推定手段１４Ｃには、あらかじめ車両の特性等を考慮して設定されたステアリング閾値θｃｈｅｃｋが記憶されている。
挙動状態推定手段１４Ｃは、路面反力ステアリング角θＴの絶対値からヨーレートステアリング角θγの絶対値を減算して求めたステアリング偏差θｄｅｖが、ステアリング閾値θｃｈｅｃｋよりも大きくなった場合に、車両の挙動状態がオーバーステア状態であると推定する。
この場合も、上記実施の形態２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２では、挙動状態推定手段１４Ａは、ヨーレート偏差γｄｅｖを演算し、ヨーレート偏差γｄｅｖがヨーレート偏差閾値γｃｈｅｃｋよりも大きくなった場合に、車両の挙動状態がオーバーステア状態であると推定するとしたが、これに限られるものではない。
例えば、挙動状態推定手段１４Ａは、ヨーレート偏差γｄｅｖの時間変化率を演算し、この時間変化率が、あらかじめ車両の特性等を考慮して設定された閾値よりも大きくなった場合に、車両の挙動状態がオーバーステア状態であると推定してもよい。
ここで、使用されるパラメータは、ヨーレート偏差γｄｅｖの時間変化率のみに限られるものではなく、路面反力偏差Ｔｄｅｖの時間変化率およびステアリング偏差θｄｅｖの時間変化率に基づいて車両の挙動状態が推定されてもよい。
これらの場合も、上記実施の形態２と同様の効果を奏することができる。

実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３に係る車両用操舵制御装置の制御部１０の内部に設けられた車両挙動状態推定部１１Ｄを示すブロック図である。
図１０において、車両挙動状態推定部１１Ｄは、路面反力トルク検出手段１２と、ヨーレート検出手段１３と、挙動状態推定手段１４Ｄと、ヨーレート路面反力トルク演算手段１６と、ステアリング角検出手段１８と、ステアリング路面反力トルク演算手段１９（ステアリング角変換手段）とを有している。

ステアリング角検出手段１８は、ステアリングホイール２に設けられた角度センサ（図示せず）を用いて、運転者が操作するステアリングホイール２の回転角度であるステアリング角θを検出する。
ステアリング路面反力トルク演算手段１９は、ステアリング角検出手段１８から出力されたステアリング角θの単位を路面反力トルクの単位と同じものに変換するために、ステアリング角θからステアリング路面反力トルクＴθ（第５の物理量）を演算する。
ここで、ステアリング路面反力トルクＴθは、ステアリング角θに比例して増加を続ける値であり、ステアリングゲインをＫａｌｎとすると、次式（１２）で表すことができる。また、ステアリングゲインＫａｌｎは、次式（１３）で表すことができる。

Ｔθ＝Ｋａｌｎ・θ・・・（１２）
Ｋａｌｎ＝Ｋ２・Ｇｒｐ・・・（１３）

挙動状態推定手段１４Ｄは、路面反力トルク検出手段１２から出力された推定路面反力トルクＴｅｓｔと、ヨーレート路面反力トルク演算手段１６から出力されたヨーレート路面反力トルクＴγと、ステアリング路面反力トルク演算手段１９から出力されたステアリング路面反力トルクＴθとを用いて車両の挙動状態を推定する。また、挙動状態推定手段１４Ｄには、あらかじめ車両の特性等を考慮して設定された推定条件偏差閾値Ｔｔｈ、第１挙動推定偏差閾値Ｔｕｎ１および第２挙動推定偏差閾値Ｔｕｎ２が記憶されている（後述する）。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

以下、上記構成の車両用操舵制御装置についての動作を説明する。
なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
まず、運転者が操作するステアリングホイール２のステアリング角θは、ステアリング角検出手段１８で検出されてステアリング路面反力トルク演算手段１９に入力される。
続いて、ステアリング角θは、ステアリング路面反力トルク演算手段１９に入力され、ステアリング路面反力トルクＴθとして出力される。
ここで、推定路面反力トルクＴｅｓｔ、ヨーレート路面反力トルクＴγ、およびステアリング路面反力トルクＴθは、図１１のように出力されたとする。

図１１は、この発明の実施の形態３に係る推定路面反力トルクＴｅｓｔ、ヨーレート路面反力トルクＴγ、およびステアリング路面反力トルクＴθの関係を示すタイムチャートである。この状態は、例えば車両が旋回しながら走行している状況において、運転者がステアリングホイール２を切り増した場合に発生する。
図１１において、時刻ｔ７で推定路面反力トルクＴｅｓｔが飽和し、時刻ｔ７以降は、次第に減少している。

また、時刻ｔ８でヨーレート路面反力トルクＴγが飽和している。これは、一般的にアンダーステアと呼ばれるもので、運転者の過剰なステアリング操作に対してタイヤ８のグリップが飽和している状態である。
また、時刻ｔ８以降、さらにステアリング角θが増加してステアリング路面反力トルクＴθが増加すると、時刻ｔ９でヨーレート路面反力トルクＴγが再び増加に転じる。これは、車両がアンダーステアからスピンに推移する状態を示しており、車両の挙動状態が例えばスピン状態等の不安定な状態になっている。

ここで、時刻ｔ９を車両の挙動状態が安定状態であるかオーバーステア状態であるかの境界とし、このときのステアリング路面反力トルクＴθとヨーレート路面反力トルクＴγとの偏差を推定条件偏差閾値Ｔｔｈとする。
また、ヨーレート路面反力トルクＴγと推定路面反力トルクＴｅｓｔとの偏差を第１挙動推定偏差閾値Ｔｕｎ１とする。
また、図１１には示されていないが、ヨーレート路面反力トルクＴγがステアリング路面反力トルクＴθより大きい場合においても、車両の挙動状態が安定状態であるかオーバーステア状態であるかの境界となる時刻に、第２挙動推定偏差閾値Ｔｕｎ２を設定する。
第２挙動推定偏差閾値Ｔｕｎ２は、ヨーレート路面反力トルクＴγとステアリング路面反力トルクＴθとの偏差である。

次に、図１０において、推定路面反力トルクＴｅｓｔ、ヨーレート路面反力トルクＴγおよびステアリング路面反力トルクＴθは、挙動状態推定手段１４Ｄに入力される。
続いて、車両の挙動状態は、推定路面反力トルクＴｅｓｔ、ヨーレート路面反力トルクＴγおよびステアリング路面反力トルクＴθに基づいて、挙動状態推定手段１４Ｄで推定される。

ここで、図１２のフローチャートを参照しながら、挙動状態推定手段１４Ｄが車両の挙動状態を推定する動作について詳細に説明する。
まず、ステアリング路面反力トルクＴθが、ヨーレート路面反力トルクＴγ以上であるか否かが判定される（ステップＳ２１）。
ステップＳ２１において、ステアリング路面反力トルクＴθがヨーレート路面反力トルクＴγ以上である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、ステアリング路面反力トルクＴθとヨーレート路面反力トルクＴγとの第１路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ１（＝Ｔθ−Ｔγ）が演算される（ステップＳ２２）。

続いて、第１路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ１が、あらかじめ定められた推定条件偏差閾値Ｔｔｈより大きいか否かが判定される（ステップＳ２３）。
ステップＳ２３において、第１路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ１が、推定条件偏差閾値Ｔｔｈより大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、車両は、安定しているかあるいはアンダーステア状態であるとして、車両の挙動状態の推定は行われずに図１１の処理を終了する。

一方、ステップＳ２３において、第１路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ１が、推定条件偏差閾値Ｔｔｈより小さい（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ヨーレート路面反力トルクＴγと、推定路面反力トルクＴｅｓｔとの第２路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ２（＝Ｔγ−Ｔｅｓｔ）が演算される（ステップＳ２４）。
続いて、第２路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ２が、あらかじめ定められた第１挙動推定偏差閾値Ｔｕｎ１より大きいか否かが判定される（ステップＳ２５）。

ステップＳ２５において、第２路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ２が、第１挙動推定偏差閾値Ｔｕｎ１より大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、車両の挙動状態は、オーバーステア状態であると推定され（ステップＳ２６）、図１１の処理を終了する。
一方、ステップＳ２５において、第２路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ２が、第１挙動推定偏差閾値Ｔｕｎ１より小さい（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、車両の挙動状態は、オーバーステア状態ではないと推定され（ステップＳ２７）、図１１の処理を終了する。

一方、ステップＳ２１において、ステアリング路面反力トルクＴθがヨーレート路面反力トルクＴγ以上でない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、上記と同様にヨーレート路面反力トルクＴγと、推定路面反力トルクＴｅｓｔとの第２路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ２（＝Ｔγ−Ｔｅｓｔ）が演算される（ステップＳ２４）。

続いて、第２路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ２が、あらかじめ定められた第２挙動推定偏差閾値Ｔｕｎ２より大きいか否かが判定される（ステップＳ２８）。
ステップＳ２８において、第２路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ２が、第２挙動推定偏差閾値Ｔｕｎ２より大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、車両の挙動状態は、オーバーステア状態であると推定され（ステップＳ２６）、図１１の処理を終了する。
一方、ステップＳ２８において、第２路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ２が、第２挙動推定偏差閾値Ｔｕｎ２より小さい（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、車両の挙動状態は、オーバーステア状態ではないと推定され（ステップＳ２７）、図１１の処理を終了する。

この発明の実施の形態３に係る車両用操舵制御装置によれば、第１路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ１が、推定条件偏差閾値Ｔｔｈより大きいと判定された場合には、車両の挙動状態の推定は行われない。
そのため、アンダーステア状態であるのにオーバーステア状態であると誤って推定されることがなくなり、車両挙動状態の推定精度を向上させることができる。

すなわち、ヨーレート路面反力トルクＴγと推定路面反力トルクＴｅｓｔとの偏差である第２路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ２のみでなく、ステアリング路面反力トルクＴθとヨーレート路面反力トルクＴγとの第１路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ１を検出条件に加えることにより、第２路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ２の増加が、推定路面反力トルクＴｅｓｔの増加によるものなのか、ヨーレート路面反力トルクＴγの再増加によるものなのかを区別することができる。

また、ステアリング路面反力トルクＴθとヨーレート路面反力トルクＴγとが逆転している場合においても、第２路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ２に対する第２挙動推定偏差閾値Ｔｕｎ２を設定することにより、車両の挙動状態がオーバーステア状態であることを推定することができる。
そのため、全てのヨーレート状態に応じた車両の挙動状態を推定することができる。

また、単純な車両状態推定およびタイヤ８のグリップ度の検出しか行えなかった車両についても、推定路面反力トルクＴｅｓｔとヨーレート路面反力トルクＴγとの偏差である第１路面反力トルク偏差Ｔｄｅｖ１、およびステアリング路面反力トルクＴθを用いて車両の挙動状態を推定することにより、挙動状態推定手段１４Ｄで、車両の状態がオーバーステア状態であるか否かを詳細に推定することができる。

なお、上記実施の形態３では、車両の挙動状態は、実ヨーレートγｒｅａｌおよびステアリング角θを路面反力トルクの単位に合わせて推定されているが、これに限定されるものではない。
車両挙動状態推定部１１は、ヨーレート、ステアリング角、あるいは別の単位を用いて車両の挙動状態を推定してもよい。
これら場合も、上記実施の形態３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１〜３では、車両挙動状態推定部１１は、制御部１０の内部に設けられているとしたが、これに限定されず、制御部１０とは別に車両挙動状態推定部が設けられていてもよい。

また、上記実施の形態１〜３では、挙動状態推定手段１４は、実ヨーレートγｒｅａｌの全ての範囲で車両の挙動状態を推定したが、これに限定されるものではない。
挙動状態推定手段１４は、実ヨーレートγｒｅａｌが任意に設定される推定開始閾値よりも大きくなった場合にのみ車両の挙動状態を推定してもよい。
この場合、実ヨーレートγｒｅａｌが小さい場合に、車両の挙動状態がオーバーステア状態であると誤って推定されることがなくなり、車両挙動状態の推定精度を向上させることができる。

また、上記実施の形態１〜３では、路面反力トルクＴａｌｎとして、上述した推定路面反力トルクＴｅｓｔを用いたが、これに限定されず、例えばタイヤ８に設けられたロードセルの歪みゲージの変形を路面反力トルクＴａｌｎとして用いてもよい。

この発明の実施の形態１に係る車両用操舵制御装置のステアリング機構を示す構成図である。 図１に示した制御部の内部に設けられた車両挙動状態推定部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る推定路面反力トルクと実ヨーレートとの関係を示すタイムチャートである。 図２の挙動状態推定手段が有しているテーブルを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る推定路面反力トルクと実ヨーレートとの関係を、時間遅れを考慮して示すタイムチャートである。 この発明の実施の形態２に係る車両用操舵制御装置の制御部の内部に設けられた車両挙動状態推定部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る規範ヨーレートと実ヨーレートとの関係を示すタイムチャートである。 この発明の実施の形態２に係る車両用操舵制御装置の制御部の内部に設けられた車両挙動状態推定部を示す別のブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用操舵制御装置の制御部の内部に設けられた車両挙動状態推定部を示すさらに別のブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る車両用操舵制御装置の制御部の内部に設けられた車両挙動状態推定部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る推定路面反力トルク、ヨーレート路面反力トルク、およびステアリング路面反力トルクの関係を示すタイムチャートである。 この発明の実施の形態３に係る車両用操舵制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

２ ステアリングホイール、８ タイヤ、９ ヨーレートセンサ、１０ 制御部、１２ 路面反力トルク検出手段、１３ ヨーレート検出手段、１４、１４Ａ〜１４Ｄ 挙動状態推定手段、１５ 規範ヨーレート演算手段（トルク変換手段）、１６ ヨーレート路面反力トルク演算手段（ヨーレート変換手段）、１７ ステアリング角演算手段（トルクおよびヨーレート変換手段）、１８ ステアリング角検出手段、１９ ステアリング路面反力トルク演算手段（ステアリング角変換手段）、γｒｅｆ 規範ヨーレート（第１の物理量）、Ｔγ ヨーレート路面反力トルク（第２の物理量）、θＴ 路面反力ステアリング角（第３の物理量）、θγ ヨーレートステアリング角（第４の物理量）、Ｔθ ステアリング路面反力トルク（第５の物理量）、Ｔｅｓｔ 推定路面反力トルク、Ｔｔｈ 推定条件偏差閾値、Ｔｄｅｖ 路面反力偏差、γｒｅａｌ 実ヨーレート、γｄｅｖ ヨーレート偏差、θ ステアリング角、θｄｅｖ ステアリング偏差。

Claims (8)

1. 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、
   前記車両に発生するヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
   前記車両の挙動状態を推定する挙動状態推定手段と
   を備え、
   前記挙動状態推定手段は、
   前記路面反力トルクと前記ヨーレートとを用いて前記車両の挙動状態を推定すること
   を特徴とする車両用操舵制御装置。
2. 前記挙動状態推定手段は、時間変化率を演算する微分手段を有し、
   前記挙動状態推定手段は、
   前記微分手段を介した前記路面反力トルクに基づくトルク時間変化率と、前記微分手段を介した前記ヨーレートに基づくヨーレート時間変化率とを用いて前記車両の挙動状態を推定すること
   を特徴とする請求項１に記載の車両用操舵制御装置。
3. 前記路面反力トルクを前記ヨーレートと同じ単位である第１の物理量に変換するトルク変換手段をさらに備え、
   前記挙動状態推定手段は、前記ヨーレートと前記第１の物理量との偏差に基づいて前記車両の挙動状態を推定すること
   を特徴とする請求項１に記載の車両用操舵制御装置。
4. 前記ヨーレートを前記路面反力トルクと同じ単位である第２の物理量に変換するヨーレート変換手段をさらに備え、
   前記挙動状態推定手段は、前記路面反力トルクと前記第２の物理量との偏差に基づいて前記車両の挙動状態を推定すること
   を特徴とする請求項１に記載の車両用操舵制御装置。
5. 前記路面反力トルクおよび前記ヨーレートを互いに同じ単位である第３の物理量および第４の物理量に変換するトルクおよびヨーレート変換手段をさらに備え、
   前記挙動状態推定手段は、前記第３物理量と前記第４の物理量との偏差に基づいて前記車両の挙動状態を推定することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵制御装置。
6. 前記車両の運転者が操作するステアリングホイールの回転角度であるステアリング角を検出するステアリング角検出手段と、
   前記ステアリング角を前記第１の物理量、前記第２の物理量、前記第３の物理量、および前記第４の物理量の何れか一つと同じ単位である第５の物理量に変換するステアリング角変換手段と
   をさらに備え、
   前記挙動状態推定手段は、前記第５の物理量と前記第１の物理量、前記第２の物理量、前記第３の物理量、および前記第４の物理量の何れか一つとの偏差が、あらかじめ設定された推定条件偏差閾値よりも大きい場合には、前記車両の挙動状態を推定しないことを特徴とする請求項３から請求項５までの何れか１項に記載の車両用操舵制御装置。
7. 前記挙動状態推定手段は、前記路面反力トルクと前記ヨーレートとの間の時間遅れを補償することを特徴とする請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の車両用操舵制御装置。
8. 前記挙動状態推定手段は、前記ヨーレートがあらかじめ設定された推定開始閾値よりも小さい場合には、前記車両の挙動状態を推定しないことを特徴とする請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の車両用操舵制御装置。

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