(57)【要約】      （修正有）【課題】自動車両の動的挙動の安定化に資するべく、タイヤの状態を正確に推定すること。【解決手段】タイヤ横力上限推定値、及び車両状態測定値に基づいてタイヤ横滑り角推定値を計算するタイヤ横滑り角推定器と、タイヤセルフアライニングトルク測定値、及び前記タイヤ横滑り角推定器によって計算された前記タイヤ横滑り角推定値に基づいて前記タイヤ横力上限推定値を計算する横力上限推定器と、によってタイヤ状態推定装置を構成する。【選択図】図１
2010083472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤ横力上限値を推定するタイヤ状態推定装置であって、
タイヤ横力上限推定値の前回値、及び車両状態測定値に基づいて、タイヤ横滑り角推定値を計算するタイヤ横滑り角推定器と、
タイヤセルフアライニングトルク測定値、及び前記タイヤ横滑り角推定器によって計算された前記タイヤ横滑り角推定値に基づいて、前記タイヤ横力上限推定値の今回値を計算する横力上限推定器と、
を備えたタイヤ状態推定装置。
【請求項２】
前記横力上限推定器は、ブラッシュタイヤモデルに基づいて、前記タイヤ横力上限推定値の計算を実施する、請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項３】
前記横力上限推定器は、
【数４９】
2010083472.tif 000051
τaはタイヤセルフアライニングトルクを表し、
αはタイヤ横滑り角を表し、
μはタイヤ対路面摩擦係数を表し、
Fzはタイヤ垂直荷重を表し、
σはタイヤスリップ率を表し、
Kα、Ks及びlは、少なくともτa、α、σ及びμFzに関して一定であると見なされる値を表し、
θ及びλは、α及びσの関数を表す上記数式を用いて、
τaへ前記タイヤセルフアライニングトルク測定値を代入し、αへ前記タイヤ横滑り角推定値を代入し、σへタイヤスリップ率測定値を代入し、数式を満たすμFzの値を求めることにより、前記タイヤ横力上限推定値の計算を実施する、請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項４】
前記横力上限推定器は、Fialaタイヤモデルに基づいて、前記タイヤ横力上限推定値の計算を実施する、請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項５】
前記横力上限推定器は、
【数５０】
2010083472.tif 000052
τaはタイヤセルフアライニングトルクを表し、
αはタイヤ横滑り角を表し、
μはタイヤ対路面摩擦係数を表し、
Fzはタイヤ垂直荷重を表し、
c0、c1、c2、c3及びc4は、少なくともτa、α及びμFzに関して一定であると見なされる値を表す上記数式を用いて、
τaへ前記タイヤセルフアライニングトルク測定値を代入し、αへ前記タイヤ横滑り角推定値を代入し、数式を満たすμFzの値を求めることにより、前記タイヤ横力上限推定値の計算を実施する、請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項６】
前記車両状態測定値は車両ヨーレート測定値を含む、請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項７】
前記車両状態測定値は、車両ヨーレート測定値、及び車両横加速度測定値を含む、請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項８】
前記車両状態測定値はタイヤ横力測定値を含む、請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項９】
前記タイヤ横滑り角推定器は、前記横力上限推定器によって計算された前記タイヤ横力上限推定値、及び前記タイヤ横滑り角推定器によって計算された前記タイヤ横滑り角推定値に基づいてタイヤ横力推定値を計算する横力推定部を備える、請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項１０】
前記タイヤ横滑り角推定器は、前記車両状態測定値、及び前記横力推定部によって計算された前記タイヤ横力推定値に基づいて前記タイヤ横滑り角推定値を計算するタイヤ横滑り角推定部を更に備える、請求項９に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項１１】
前記タイヤ横滑り角推定部は、前記車両状態測定値に基づいてタイヤ横力測定値を計算し、該タイヤ横力測定値、及び前記横力推定部によって計算された前記タイヤ横力推定値の間の差に基づいて前記タイヤ横滑り角推定値を計算する、請求項１０に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項１２】
前記横力上限推定器は、前記タイヤセルフアライニングトルク測定値、及び前記横力推定部によって計算された前記タイヤ横力推定値に基づいてタイヤニューマチックトレール推定値を計算し、該タイヤニューマチックトレール推定値、及び前記タイヤ横滑り角推定器によって計算された前記タイヤ横滑り角推定値に基づいて前記タイヤ横力上限推定値を計算する、請求項９に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項１３】
前記横力上限推定器によって計算された前記タイヤ横力上限推定値、及び前記タイヤ横滑り角推定器によって計算された前記タイヤ横滑り角推定値に基づいて前記タイヤ横滑り角推定値の条件下におけるタイヤ縦力及びタイヤ横力の間の関係を推定し、前記推定関係に基づいて前記タイヤ横滑り角推定値の条件下におけるタイヤ縦力上限推定値を計算する縦力上限推定器、
を更に備えた請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項１４】
前記縦力上限推定器によって計算された前記タイヤ縦力上限推定値に基づいて、対象のタイヤに作用する制駆動トルクを制限する制限器、
を更に備えた請求項１３に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項１５】
タイヤを操舵するためにアクチュエータを備えた車両の場合に、前記横力上限推定器によって計算された前記タイヤ横力上限推定値に基づいて推定タイヤ摩擦円を求め、
前記推定タイヤ摩擦円に基づいて所望のタイヤ横力の条件下におけるタイヤ縦力上限推定値を計算する縦力上限推定器、
を更に備えた請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項１６】
前記縦力上限推定器によって計算された前記タイヤ縦力上限推定値に基づいて、対象のタイヤに作用する制駆動トルクを制限する制限器、
を更に備えた請求項１５に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項１７】
前記横力上限推定器は、タイヤ縦力測定値及びタイヤスリップ率測定値の少なくとも一方、前記タイヤセルフアライニングトルク測定値、並びに前記タイヤ横滑り角推定器によって計算された前記タイヤ横滑り角推定値に基づいて、前記タイヤ横力上限推定値を計算する、請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項１８】
前記タイヤ横滑り角推定器は、タイヤ縦力測定値及びタイヤスリップ率測定値の少なくとも一方、前記車両状態測定値、並びに前記横力上限推定器によって計算された前記タイヤ横力上限推定値に基づいて、前記タイヤ横滑り角推定値を計算する、請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項１９】
前記横力上限推定器によって計算された前記タイヤ横力上限推定値に基づいて、タイヤ舵角を制限する制限器、
を更に備えた請求項１に記載のタイヤ状態推定装置。
【請求項２０】
車両状態及びタイヤセルフアライニングトルクを測定するために必要な情報を集めるセンサと、
前記センサに信号伝達可能に接続され、タイヤ横力上限推定値及び前記車両状態測定値に基づいてタイヤ横滑り角推定値を計算し、前記タイヤ横滑り角推定値及び前記タイヤセルフアライニングトルク測定値に基づいて前記タイヤ横力上限推定値を計算するコントローラと、
を備えたタイヤ状態推定装置。
【請求項２１】
タイヤ横力上限値を推定するタイヤ状態推定方法であって、
タイヤ横力上限推定値の前回値及び車両状態測定値に基づいて、タイヤ横滑り角推定値を計算する第１のステップと、
タイヤセルフアライニングトルク測定値、及び前記第１のステップによって計算された前記タイヤ横滑り角推定値に基づいて、前記タイヤ横力上限推定値の今回値を計算する第２のステップと、
を含むタイヤ状態推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車両に関し、特に自動車両のタイヤの状態を推定するタイヤ状態推定装置及びタイヤ状態推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、自動車両のタイヤの、横方向のグリップ度を推定するタイヤグリップ度推定装置を開示している。このタイヤグリップ度推定装置は、タイヤセルフアライニングトルクモデル値に対するタイヤセルフアライニングトルク推定値の比率に基づいて、推定タイヤグリップ度を計算する。
【０００３】
なお、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）は、転舵可能なタイヤに路面から作用する転舵軸周りのトルクである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、タイヤを操舵すると、タイヤの横力及びセルフアライニングトルクがタイヤの弾性変形による遅れを伴い変化する。すなわち、タイヤの実際のグリップ度は、タイヤの舵角に対して遅れを伴い変化する。したがって、タイヤの舵角が増加し、定常状態におけるグリップの上限に相当する値に達した時に、実際のグリップ度がまだ上限に達していないという状況が在り得る。タイヤがグリップ状態からスリップ状態に移行するのを防止するための制御系を特許文献１のタイヤグリップ度推定装置を用いて構築する場合、この制御系は、推定タイヤグリップ度がまだ上限未満であると判断して、タイヤの舵角及び横滑り角が定常状態における上限に相当する値を行き過ぎる状況を許容してしまう可能性がある。これにより車両の動的挙動が不安定になる虞がある。
【０００６】
上記に鑑みて、本発明は、自動車両のタイヤの状態を正確に推定することが可能なタイヤ状態推定装置及びタイヤ状態推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、タイヤ横力上限推定値、及び車両状態測定値に基づいて、タイヤ横滑り角推定値を計算するタイヤ横滑り角推定器と、タイヤセルフアライニングトルク測定値、及び前記タイヤ横滑り角推定器によって計算された前記タイヤ横滑り角推定値に基づいて、前記タイヤ横力上限推定値を計算する横力上限推定器と、を備えたタイヤ状態推定装置を提供する。
【０００８】
また、本発明は、車両状態及びタイヤセルフアライニングトルクを測定するために必要な情報を集めるセンサと、前記センサに信号伝達可能に接続され、タイヤ横力上限推定値及び前記車両状態測定値に基づいてタイヤ横滑り角推定値を計算し、前記タイヤ横滑り角推定値及び前記タイヤセルフアライニングトルク測定値に基づいて前記タイヤ横力上限推定値を計算するコントローラと、を備えたタイヤ状態推定装置を提供する。
【０００９】
さらに、本発明は、タイヤ横力上限推定値及び車両状態測定値に基づいて、タイヤ横滑り角推定値を計算する第１のステップと、タイヤセルフアライニングトルク測定値、及び前記第１のステップによって計算された前記タイヤ横滑り角推定値に基づいて、前記タイヤ横力上限推定値を計算する第２のステップと、を含むタイヤ状態推定方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のタイヤ状態推定装置及びタイヤ状態推定方法によれば、自動車両のタイヤ横滑り角、及びタイヤ横力上限（最大タイヤ横力）を正確に推定することができる。したがって、タイヤ横力上限までの余裕分を正確に把握し、タイヤ舵角又はタイヤ横滑り角がタイヤ横力上限に相当する値を行き過ぎることにより車両が不安定な状態に陥る事を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１乃至第８実施例によるタイヤ状態の推定を実施する基本構成を示すブロック図
【図２】第１実施例によるタイヤ状態推定装置を備えた自動車両の構成を示す概略図
【図３】第１乃至第８実施例によるタイヤ状態推定の基本処理を示すフローチャート
【図４】第１及び第２実施例によるタイヤ状態推定を実施する構成を示すブロック図
【図５】第２実施例によるタイヤ状態推定装置を備えた自動車両の構成を示す概略図
【図６】第３実施例によるタイヤ状態推定装置を備えた自動車両の構成を示す概略図
【図７】第３実施例によるタイヤ状態推定を実施する構成を示すブロック図
【図８】横力上限及びセルフアライニングトルクの間の関係を示すグラフ
【図９】第４及び第５実施例によるタイヤ状態推定装置を備えた自動車両の構成を示す概略図
【図１０】第４実施例によるタイヤ状態推定を実施する構成を示すブロック図
【図１１】第５実施例によるタイヤ状態推定を実施する構成を示すブロック図
【図１２】第６実施例によるタイヤ状態推定装置を備えた自動車両の構成を示す概略図
【図１３】第６実施例によるタイヤ状態推定を実施する構成を示すブロック図
【図１４】第７実施例によるタイヤ状態推定を実施する構成を示すブロック図
【図１５】第７実施例による横力上限の推定の処理を示すフローチャート
【図１６】横力上限及びニューマチックトレールの間の関係を示すグラフ
【図１７】タイヤ横滑り角及びセルフアライニングトルクの間の関係、並びにタイヤ横滑り角及びニューマチックトレールの間の関係を示すグラフ
【図１８】アクティブ操舵装置を備えた自動車両のための第８実施例によるタイヤ状態推定を実施する構成を示すブロック図
【図１９】タイヤ縦力及びタイヤ横力の間の関係を示すグラフ
【図２０】アクティブ操舵装置を備えていない自動車両のための第８実施例によるタイヤ状態推定を実施する構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、第１乃至第８実施例によるタイヤ状態の推定を実施する基本構成を示す。図１（Ａ）は、縦力が作用しないと見なされるタイヤの横力上限を推定する場合を示す。図１（Ｂ）は、縦力が作用すると見なされるタイヤの横力上限を推定する場合を示す。図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、各々の構成は、横力上限推定部と称する部分、横力推定部と称する部分、及びタイヤ横滑り角推定部と称する部分を備えている。この構成を単一の統合コントローラによって実装し、統合コントローラにおいて３つの部分を適切に構成及びプログラムし、データ通信を行うように互いに機能的に接続する。なお、本発明の実施例において横力上限とは発生可能な横力の最大値（最大横力）を意味し、横力上限と記載する。
【００１３】
横力上限推定部は、タイヤセルフアライニングトルク測定値及びタイヤ横滑り角推定値の入力を受け取り、タイヤ横力上限推定値を出力する。タイヤ横滑り角推定値は、タイヤ横滑り角推定部から出力される。タイヤ横力上限推定値は、タイヤセルフアライニングトルク、タイヤ横滑り角、及びタイヤ横力上限の間の関係を規定する所定の数式又はマップを用いて計算する。タイヤが縦力の作用を受けると見なされる場合、図１（Ｂ）に示すように、横力上限推定部は、更にタイヤスリップ率測定値及びタイヤ縦力測定値の少なくとも１つの入力を受け取るように構成され、縦力の影響を考慮してタイヤ横力上限推定値を計算する。このように、横力上限推定部は、タイヤセルフアライニングトルク測定値、及びタイヤ横滑り角推定器によって計算されたタイヤ横滑り角推定値に基づいて、タイヤ横力上限推定値を計算する横力上限推定器を構成する。
【００１４】
横力推定部は、タイヤ横力上限推定値及びタイヤ横滑り角推定値の入力を受け取り、タイヤ横力推定値を出力する。タイヤ横力推定値は、タイヤ横力上限、タイヤ横滑り角、及びタイヤ横力の間の関係を規定する所定の数式又はマップを用いて計算する。タイヤが縦力の作用を受けると見なされる場合、図１（Ｂ）に示すように、横力推定部は、更にタイヤスリップ率測定値及びタイヤ縦力測定値の少なくとも１つの入力を受け取るように構成され、縦力の影響を考慮してタイヤ横力推定値を計算する。
【００１５】
タイヤ横滑り角推定部は、タイヤスリップ率測定値及びタイヤ縦力測定値の少なくとも１つ、タイヤ横力推定値、並びに車両状態測定値の入力を受け取り、タイヤ横滑り角推定値を出力する。タイヤ横滑り角推定値は、車両運動モデルに基づくオブザーバを用いて計算する。このように、横力推定部及びタイヤ横滑り角推定部は、車両状態測定値（横力に相関の有る車両状態の測定値）、及び横力上限推定器によって計算されたタイヤ横力上限推定値に基づいてタイヤ横滑り角推定値を計算するタイヤ横滑り角推定器を構成する。なお、このタイヤ横滑り角推定部は、タイヤ横力推定値が入力されない初回演算時にはタイヤ横滑り角を算出できない為、予め定められた値（例えば、ゼロ）をタイヤ横滑り角推定値として出力する。
【００１６】
横力上限推定部及び横力推定部は、各々、セルフアライニングトルク測定値が与えられる各タイヤ組それぞれに対して横力に関する推定値を計算して出力するように構成してもよい。例えば、左右の前輪の組に対して単一の合計セルフアライニングトルクを測定することができるが、左右の後輪の組に対して合計セルフアライニングトルクを測定することができない場合、横力上限推定部は、左右の前輪に対して単一の合計横力上限推定値を計算して出力するように構成され、一方、横力推定部は、左右の前輪に対して単一の合計横力推定値を計算して出力するように構成される。
【００１７】
横力上限推定部及び横力推定部は、自動車両の操舵装置の形式及び駆動装置の形式に適合させることができる。タイヤ横滑り角推定部は、使用されるオブザーバの形式、及びオブザーバの形式に依存する車両状態測定量の形式に適合させることができる。
【００１８】
各実施例による自動車両は、前輪及び後輪それぞれに次の４つの形式の操舵装置のうち一つを備える。
Ａ１）操舵装置なし
Ａ２）左右の車輪を固定ギヤ比又は可変ギヤ比でステアリングホイールに機械的に連係し、補助トルクを用いて操舵する操舵装置
Ａ３）左右の車輪をステアリングホイールから機械的に分離し、左右の車輪を互いに機械的に連係し、ステアリングホイールの操舵角に応じて左右の車輪を能動的及び電気的に操舵する操舵装置
Ａ４）左右の車輪をステアリングホイールから機械的に分離し、左右の車輪を互いから機械的に分離し、ステアリングホイールの操舵角に応じて左右の車輪を能動的及び電気的に互いに独立に操舵する操舵装置
各実施例による自動車両は、前輪及び後輪それぞれに次の２つの形式の駆動装置のうち１つを備える。
Ｂ１）制駆動装置なし
Ｂ２）左右の車輪が制駆動トルクの作用を受ける制駆動装置（駆動トルクを差動装置によって左右の車輪へ分配する装置でもよく、あるいは左右の車輪を互いに独立に駆動又は制動する装置であってもよい。）
全ての可能な組み合わせを後述の実施例で網羅することはしないが、前輪及び後輪の各々に対して、操舵装置の形式及び駆動装置の形式の可能な組み合わせは、駆動装置形式２種類、及び操舵装置形式４種類を互いに掛け合わせて８種類となる。
【００１９】
各実施例において、タイヤ横滑り角推定部は、次の３つの形式のオブザーバのうち１つを用いる。
Ｃ１）以下のように構成されるオブザーバ
車両状態測定量・・・車両横加速度、車両ヨーレート、及びタイヤ舵角
（制駆動装置を備える場合は、加えて、タイヤ縦力若しくはタイヤスリップ率）
オブザーバ状態変数・・・タイヤ横滑り角
Ｃ２）以下のように構成されるオブザーバ
車両状態測定量・・・車両ヨーレート、及びタイヤ舵角
（制駆動装置を備える場合は、加えて、タイヤ縦力若しくはタイヤスリップ率）
オブザーバ状態変数・・・タイヤ横滑り角、及び車両ヨーレート
Ｃ３）以下のように構成されるオブザーバ
車両状態測定量・・・タイヤ舵角、及びタイヤ横力
（制駆動装置を備える場合は、加えて、タイヤ縦力若しくはタイヤスリップ率）
オブザーバ状態変数・・・タイヤ横滑り角、及び車両ヨーレート
操舵装置の形式、駆動装置の形式及びオブザーバの形式には多くの可能な組み合わせが存在する。しかしながら、後述の実施例においては、前輪に操舵装置を備えた以下の特徴的な組み合わせを示す。
（実施例１）
前輪系構成・・・Ａ２/Ｂ１形式
後輪系構成・・・Ａ１/Ｂ２形式
オブザーバ・・・Ｃ１形式
（実施例２）
前輪系構成・・・Ａ３/Ｂ１形式
後輪系構成・・・Ａ１/Ｂ２形式
オブザーバ・・・Ｃ１形式
（実施例３）
前輪系構成・・・Ａ３/Ｂ２形式
後輪系構成・・・Ａ１/Ｂ１形式
オブザーバ・・・Ｃ１形式
（実施例４）
前輪系構成・・・Ａ４/Ｂ２形式
後輪系構成・・・Ａ１/Ｂ１形式
オブザーバ・・・Ｃ１形式
（実施例５）
前輪系構成・・・Ａ４/Ｂ２形式
後輪系構成・・・Ａ１/Ｂ１形式
オブザーバ・・・Ｃ２形式
（実施例６）
前輪系構成・・・Ａ４/Ｂ２形式
後輪系構成・・・Ａ１/Ｂ１形式
オブザーバ・・・Ｃ３形式
（実施例７）
前輪系構成・・・Ａ４/Ｂ２形式
後輪系構成・・・Ａ１/Ｂ１形式
オブザーバ・・・Ｃ３形式
（実施例８）
前輪系構成・・・Ａ３/Ｂ２形式
後輪系構成・・・Ａ１/Ｂ１形式
オブザーバ・・・Ｃ１形式
当然ながら、各実施例における後輪系構成に前輪系構成と同じ形式を採用ことも可能であり、あるいは別の実施例の後輪系構成の形式を採用することも可能である。例えば、第１実施例におけるＡ２/Ｂ１形式の前輪系構成、及び第４実施例における前輪系構成と同様のＡ４/Ｂ２形式の後輪系構成を備えるように自動車両を構成してもよい。
【００２０】
どの組み合わせが採用された場合でも、各横力推定部は、タイヤ横力推定値をタイヤ横滑り角推定部へ出力するように構成される。したがって、操舵装置と駆動装置の可能な全ての組み合わせがタイヤ横滑り角推定部の３つの形式のオブザーバのうちの任意の１つと組み合わせることができる。例えば、第１乃至第３実施例におけるオブザーバＣ１は、オブザーバＣ２又はＣ３に置換することができる。
【実施例１】
【００２１】
タイヤ状態推定装置を以下の自動車両に適用する。
（前輪系構成）
Ａ２）左右の車輪を固定ギヤ比又は可変ギヤ比でステアリングホイールに機械的に連係し、補助トルクを用いて操舵する操舵装置
Ｂ１）制駆動装置なし
（後輪系構成）
Ａ１）操舵装置なし
Ｂ２）左右の車輪が制駆動トルクの作用を受ける制駆動装置（駆動トルクを差動装置によって左右の車輪へ分配する装置でもよく、あるいは左右の車輪を互いに独立に駆動又は制動する装置であってもよい。）
（タイヤ横滑り角推定部）
Ｃ１）以下のように構成されるオブザーバ
車両状態測定量・・・車両横加速度、車両ヨーレート、及びタイヤ舵角
（制駆動装置を備える場合は、加えて、タイヤ縦力若しくはタイヤスリップ率）
オブザーバ状態変数・・・タイヤ横滑り角
図２に自動車両の構成を概略的に示す。この自動車両において、前後輪系構成を上述のように実施し、上述のオブザーバを用いたタイヤ状態推定に必要な状態変数を測定するために必要な情報を集める。
【００２２】
自動車両は、駆動力源としての駆動モータ４０を備えている。駆動モータ４０は、出力軸が差動装置（不図示）によって左右の後輪２ＲＬ及び２ＲＲに駆動可能に接続されている。駆動モータ４０は、ロータに永久磁石を埋め込んだ三相同期モータであり、インバータなどの駆動回路（モータコントローラ）４１によって駆動される。駆動回路４１は、統合コントローラ３０から目標駆動トルクを示す信号の入力を受け取り、駆動モータ４０の出力トルクを目標出力トルクに一致させるようにリチウムイオンバッテリ４２からの電力によって駆動モータ４０を駆動する。駆動回路４１は、駆動モータ４０の出力トルクを示す信号、及び駆動モータ４０の回転軸に取り付けられた回転速度センサ（不図示）によって測定された駆動モータ４０の回転速度を示す信号を統合コントローラ３０に送信する。
【００２３】
左右の前輪２ＦＬ及び２ＦＲは、運転者が操作するステアリングホイール１１の回転に応じて転舵される。ステアリングホイール１１の回転は、ステアリングギヤ（不図示）を介して機械的に伝達される。操舵補助モータ１２によって生成された補助トルクが操舵操作を補助する。ステアリングホイール１１は、運転者からステアリングホイール１１に加えられた操舵トルクを測定する操舵トルクセンサ２２を備えている。
【００２４】
統合コントローラ３０は、センサによって出力された信号の入力を受け取るように構成される。センサは、タイヤセルフアライニングトルク、並びにタイヤセルフアライニングトルク以外の車両の状態を測定するために必要な情報を集めるように配置される。センサには、アクセル開度APOを測定するように配置されたアクセルペダルセンサ２３、ステアリングホイール１１の回転軸に取り付けられ、操舵角STRを測定するように配置された操舵角センサ２１、車両ヨーレートγを測定するように配置されたヨーレートセンサ８、車両の質量中心に位置し、車両縦加速度ax及び車両横加速度ayを測定するように配置された加速度センサ２８、車輪速度（車輪角速度）ωFL、ωFR、ωRL及びωRRを測定するために各車輪に配置された回転速度センサが含まれる。
【００２５】
図３は、統合コントローラ３０が実行する処理を示す。統合コントローラ３０は、マイクロコンピュータ、及びＲＡＭやＲＯＭなどの周辺部品を備えている。統合コントローラ３０は、例えば、５ミリ秒の短時間間隔で図３の処理を行う。
【００２６】
ステップＳ１００において、統合コントローラ３０は、アクセルペダルセンサ２３によって測定されたアクセル開度APO、並びに測定された車輪速度ωFL、ωFR、ωRL及びωRRの平均として得られた車両速度Vに基づいて、目標駆動トルクを計算し、目標駆動トルクを示す信号を駆動回路４１へ出力する。
【００２７】
ステップＳ２００において、統合コントローラ３０は、操舵トルクセンサ２２によって測定された操舵トルクTstr、及び操舵補助モータ１２により生成された補助トルクTassに基づいて、左右の前輪２ＦＬ及び２ＦＲのセルフアライニングトルクの合計である前輪タイヤセルフアライニングトルクτafを数式（１）を用いて計算する。
【００２８】
【数１】
2010083472.tif 000003
【００２９】
ただし、前輪タイヤセルフアライニングトルクτafの測定はこの方法に限定されず、例えば、摩擦によるヒステリシスを考慮する特許文献１に示された方法など他の方法によって実施してもよい。
【００３０】
ステップＳ３００において、統合コントローラ３０は、図４に示すタイヤ状態推定の構成を動作させる。上述の構成においては、左右の前輪２ＦＬ及び２ＦＲの合計のセルフアライニングトルクが測定され、タイヤ状態推定に利用可能となる。したがって、横力上限推定部は、左右の前輪タイヤ横力上限推定値の合計としての前輪タイヤ横力上限推定値を計算して出力するように構成される。また、横力推定部は、左右の前輪タイヤ横力推定値の合計としての前輪タイヤ横力推定値を計算して出力するように構成される。
【００３１】
図４において、横力上限推定部１００は、ステップＳ２００で計算された前輪タイヤセルフアライニングトルク測定値、及びタイヤ横滑り角推定部３００から出力された前輪タイヤ横滑り角推定値に基づいて、前輪タイヤ横力上限推定値を計算する。
【００３２】
例えば、Fialaタイヤモデルによれば、セルフアライニングトルクτa、タイヤ横滑り角α、タイヤ対路面摩擦係数μ、及びタイヤ垂直荷重Fzの間の関係が数式（２）によって表される。
【００３３】
【数２】
2010083472.tif 000004
【００３４】
数式（２）において、c0、c1、c2、c3及びc4は、タイヤ特性に依存し、少なくともτa、α及びμFzに関して一定であると見なされる値を表す。
【００３５】
横力上限推定値Fymaxは、タイヤ対路面摩擦係数μ及びタイヤ垂直荷重Fzを用いて数式（３）により表される。
【００３６】
【数３】
2010083472.tif 000005
【００３７】
数式（３）は、実験結果などに基づいて係数を乗じるなど補正してもよい。
【００３８】
Fymaxの逆数をIfとおいて、数式（２）及び（３）を数式（４）に変形する。
【００３９】
【数４】
2010083472.tif 000006
【００４０】
横力上限推定部１００は、前輪タイヤセルフアライニングトルク測定値τafをτaへ代入し、タイヤ横滑り角推定部３００によって最後に計算された前輪タイヤ横滑り角推定値αfhatをαへ代入し、Ifの３次方程式を得る。横力上限推定部１００は、この３次方程式の解を求めて、解の逆数を前輪タイヤ横力上限推定値Fyfmaxとして出力する。
【００４１】
ところで、数式（２）によってタイヤ対路面摩擦係数μを計算するには、タイヤ垂直荷重Fz及びタイヤ横滑り角αの値が必要となる。しかしながら、一般に、タイヤ垂直荷重Fz及びタイヤ横滑り角αを正確に測定すること又は推定することは困難である。本発明の実施例によれば、μ及びFzが数式（２）の中にペアで現われること、並びにμFzが横力上限と等価であることを考慮して、μFzを単一の変数Ifとして扱う。変数Ifの導入により、一般に困難であるFzの測定又は推定の必要がなくなる。更に、タイヤ横滑り角を車両運動モデルを用いて操舵角に基づいて誤差補償することなく計算する特許文献１に示された方法とは対照的に、本発明の実施例の方法は、タイヤ横滑り角αを正確に推定する。具体的には、本発明の実施例においては、タイヤ横滑り角推定値α及びセルフアライニングトルク測定値に基づいて計算されたタイヤ横力推定値を、タイヤ横滑り角推定値αと比較し、タイヤ横滑り角推定値αがタイヤ横力推定値と適合するように、車両状態測定値を考慮してタイヤ横滑り角推定値αを更新するオブザーバによって、タイヤ横滑り角αを正確に推定する。つまり、横力上限が過渡的に変化している状況や、横力上限が定常状態にある状況の双方に対して、Ifを計算するための数式（４）に現われるパラメータが正確に与えられ、タイヤ横力上限（Ifの逆数）が正確に推定される。
【００４２】
図４において、横力推定部２００は、横力上限推定部１００によって計算された前輪タイヤ横力上限推定値Fyfmax、及びタイヤ横滑り角推定部３００によって計算された前輪タイヤ横滑り角推定値に基づいて、タイヤモデルを用いて前輪タイヤ横力推定値Fyfhatを計算する。
【００４３】
例えば、Fialaタイヤモデルによれば、Ifを用いると、数式（５）によって表される関係が与えられる。
【００４４】
【数５】
2010083472.tif 000007
【００４５】
数式（５）において、Ifは横力上限の逆数を表し、αslはタイヤ横力が最大になるタイヤ横滑り角値を表す。また、c2、c3及びc4は、タイヤ特性に依存し、少なくともFy、α及びIfに関して一定であると見なされる値を表す。横力推定部２００は、数式（５）を用いて、前輪タイヤ横滑り角推定値αfhatをαへ代入し、前輪タイヤ横力上限推定値Fyfmaxの逆数をIfへ代入してFyを計算し、前輪タイヤ横力推定値Fyfhatとして出力する。タイヤ横滑り角値αslは数式（６）で与えられる。
【００４６】
【数６】
2010083472.tif 000008
【００４７】
数式（６）において、Cαはコーナリングパワーを表す。
【００４８】
上述のように、タイヤ横滑り角推定部３００はオブザーバＣ１を用いる。このオブザーバは、横力推定部２００から出力された前輪タイヤ横力推定値Fyfhat、及び車両状態測定値の入力を受け取り、前輪タイヤ横力推定値Fyfhat、及び車両状態測定値に基づいて、車両運動モデルを用いて、前輪タイヤ横滑り角推定値αfhatを計算する。
【００４９】
オブザーバを以下のように導出する。車両横滑り角β及び車両ヨーレートγの動特性は数式（７）及び（８）によって表される。
【００５０】
【数７】
2010083472.tif 000009
【００５１】
【数８】
2010083472.tif 000010
【００５２】
数式（７）及び（８）において、Fyfは前輪タイヤ横力を表し、Fyrは後輪タイヤ横力を表し、Izは質量中心に関する慣性モーメントを表し、mは車両質量を表し、Vは車両速度を表し、aは質量中心と前輪車軸の間の距離、bは質量中心と後輪車軸の間の距離を表し、dtは左右車輪のトレッドの半分を表し、Fxflは左前輪タイヤ縦力を表し、Fxfrは右前輪タイヤ縦力を表し、Fxrlは左後方輪タイヤ縦力を表し、Fxrrは右後輪タイヤ縦力を表す。数式（７）及び（８）の中のタイヤ縦力として、制駆動指令値、トルクセンサによって得られた制駆動トルク測定値、又はオブザーバによって計算された縦力推定値に基づいて、各車輪に対する値を代入する。
【００５３】
前輪タイヤ舵角が零であるときの前輪タイヤ横滑り角、つまり前輪車軸の横滑り角、αf0は、数式（９）によって表される。
【００５４】
【数９】
2010083472.tif 000011
【００５５】
数式（９）の両辺を時間微分し、数式（７）及び（８）を用いると、数式（１０）となる。
【００５６】
【数１０】
2010083472.tif 000012
【００５７】
この数式（１０）に変更を加えて数式（１１）とし、αf0のオブザーバを構成する。
【００５８】
【数１１】
2010083472.tif 000013
【００５９】
数式（１１）において、Kはオブザーバゲインを表し、Fyrhatは推定された後輪のタイヤ横力である後輪タイヤ横力推定値を表し、Fyfmesは実際の前輪タイヤ横力である前輪タイヤ横力測定値を表す。したがって、数式（１１）の左辺は、横力推定部２００によって計算された前輪タイヤ横力推定値Fyfhat、及び後述する数式（１３）を用いて実際の車両状態に基づいて得られた前輪タイヤ横力測定値Fyfmesの間の差に基づいて補正される。なお、本明細書においては実際にタイヤに発生している横力をタイヤ横力測定値、推定されたタイヤ横力をタイヤ横力推定値と、区別して記載する。
【００６０】
本実施例では、横力推定部２００は後輪タイヤ横力推定値Fyrhatを与えない。したがって、後輪タイヤ横力推定値Fyrhatは、前輪タイヤ横力Fyf及び後輪タイヤ横力Fyrの間の釣り合いを表す数式（１２）を用いて、車両横加速度ay及び前輪タイヤ横力推定値Fyfhatに基づいて計算する。
【００６１】
【数１２】
2010083472.tif 000014
【００６２】
前輪タイヤ横力測定値Fyfmesは、数式（８）及び（１２）を組み合わることによって得られる数式（１３）を用いて計算する。
【００６３】
【数１３】
2010083472.tif 000015
【００６４】
最後に、前輪タイヤ横滑り角推定値αfhatは、数式（１１）に基づくオブザーバにより数式（１１）の左辺の積分として計算された前輪車軸横滑り角推定値αf0hat、及び前輪タイヤ舵角測定値δfに基づいて、前輪車軸横滑り角αf0、前輪タイヤ横滑り角αf、及び前輪タイヤ舵角δfの間の関係を規定する数式（１４）を用いて計算する。
【００６５】
【数１４】
2010083472.tif 000016
【００６６】
前輪タイヤ舵角測定値δfは、例えば、操舵角STRに所定の操舵ギア比を乗じて計算する。
【００６７】
上述のオブザーバは、転舵可能な後輪を備えた自動車両にも適用可能である。この場合、上述の説明において前輪の説明部分を後輪に適用し、タイヤ横滑り角推定部３００が後輪タイヤ横滑り角推定値を計算して出力するように変更する。まず、零後輪タイヤ舵角の後輪タイヤ横滑り角、すなわち後輪車軸横滑り角αr0hatを、数式（１５）によって表されるオブザーバによって計算する。
【００６８】
【数１５】
2010083472.tif 000017
【００６９】
数式（１５）における前輪タイヤ横力推定値Fyfhatは、車両横加速度ay及び後輪タイヤ横力推定値Fyrhatに基づいて、数式（１２）による前輪タイヤ横力Fyf及び後輪タイヤ横力Fyrの間の関係を用いて計算する。Fyrmesは、数式（８）及び（１２）を組み合わせて得られた数式（１６）を用いて計算する。
【００７０】
【数１６】
2010083472.tif 000018
【００７１】
最後に、数式（１５）で表されるオブザーバにより計算された後輪車軸横滑り角推定値αr0hat、及び後輪タイヤ舵角測定値δrに基づいて、後輪車軸横滑り角αr0、後輪タイヤ横滑り角αr、及び後輪タイヤ舵角δrの間の関係を規定する数式（１７）を用いて、後輪タイヤ横滑り角推定値αrhatを計算する。
【００７２】
【数１７】
2010083472.tif 000019
【００７３】
なお、数式（９）は、前輪タイヤ舵角δfの項を追加して数式（１８）へ変更してもよい。
【００７４】
【数１８】
2010083472.tif 000020
【００７５】
上述と同様の処理を数式（１８）に施すと、前輪タイヤ横滑り角を推定するオブザーバが数式（１９）によって表される。
【００７６】
【数１９】
2010083472.tif 000021
【００７７】
数式（１９）を計算するには前輪タイヤ舵角速度の値が必要となるので、前輪タイヤ舵角の微分演算などにより計算する。後輪が転舵可能な場合については、後輪タイヤ横滑り角を推定するための数式（２０）が同様に与えられる。数式（２０）の計算には後輪タイヤ舵角速度の値が必要となるので、後輪タイヤ舵角の微分演算などにより計算する。
【００７８】
【数２０】
2010083472.tif 000022
【実施例２】
【００７９】
タイヤ状態推定装置を以下の自動車両に適用する。
（前輪系構成）
Ａ３）左右の車輪をステアリングホイールから機械的に分離し、左右の車輪を互いに機械的に連係し、ステアリングホイールの操舵角に応じて左右の車輪を能動的及び電気的に操舵する操舵装置
Ｂ１）制駆動装置なし
（後輪系構成）
Ａ１）操舵装置なし
Ｂ２）左右の車輪が制駆動トルクの作用を受ける制駆動装置（駆動トルクを差動装置によって左右の車輪へ分配する装置でもよく、あるいは左右の車輪を互いに独立に駆動又は制動する装置であってもよい。）
（タイヤ横滑り角推定部）
Ｃ１）以下のように構成されるオブザーバ
車両状態測定量・・・車両横加速度、車両ヨーレート、及びタイヤ舵角
（制駆動装置を備える場合は、加えて、タイヤ縦力若しくはタイヤスリップ率）
オブザーバ状態変数・・・タイヤ横滑り角
第２実施例は、前輪タイヤ操舵機構をステアリングホイールから機械的に分離し、能動的及び電気的に操舵する点で第１実施例と異なる。この構成においては、前輪はステアリングホイールからの操舵トルクの作用を受けない。したがって、タイヤ状態推定装置は、後述するように、前輪タイヤセルフアライニングトルクを別の方法により測定する。
【００８０】
図５に本実施例による自動車両の構成を概略的に示す。前後輪系構成を上述のように実施し、上述のオブザーバを用いたタイヤ状態推定に必要な状態変数を測定するために必要な情報を集める。
【００８１】
車両の後輪系構成は第１実施例と同じである。前輪系構成は第１実施例と以下のように異なる。
【００８２】
ステアリングホイール１１を反力モータ１４に駆動可能に接続し、左右の前輪２ＦＬ及び２ＦＲから機械的に分離する。反力モータ１４は前輪合計タイヤセルフアライニングトルクに応じて反力トルクを生成し、ステアリングホイール１１へ作用させる。左右の前輪２ＦＬ及び２ＦＲはステアリングラックを介して連結され、このステアリングラックは転舵モータ１３に操作され、車両横方向に移動し、同方向に左右の前輪２ＦＬ及び２ＦＲを転舵する。ステアリングホイール１１には、ステアリングホイール１１の操舵角を測定する操舵角センサ２１を設ける。測定操舵角に応じて統合コントローラ３０が転舵モータ１３を制御する。転舵モータ１３は、回転速度を測定する回転速度センサが回転軸に取り付けられている。転舵モータ１３は出力トルクを示す信号、及び回転速度を示す信号を統合コントローラ３０へ送信する。
【００８３】
統合コントローラ３０は、アクセルペダルセンサ２３によって測定されたアクセル開度APO、操舵角センサ２１によって測定された操舵角STR、転舵モータ１３によって測定された転舵モータトルクτact及び前輪タイヤ舵角θf、ヨーレートセンサ８によって測定された車両ヨーレートγ、加速度センサ２８によって測定された車両縦加速度ax及び車両横加速度ay、並びに回転速度センサによって測定された車輪速度ωFL、ωFR、ωRL及びωRRの各信号の入力を受け取るように構成される。
【００８４】
統合コントローラ３０は第１実施例と同様に図３の処理を行う。ステップＳ１００及びS３００は第１実施例と同じであるが、ステップＳ２００の詳細な内容が第１実施例とは以下のように異なる。
【００８５】
ステップＳ２００において、統合コントローラ３０は、転舵モータトルクτactに基づいて、後述のセルフアライニングトルクオブザーバを用いて、前輪タイヤセルフアライニングトルク測定値τafを計算する。転舵モータトルクτact、前輪タイヤセルフアライニングトルクτaf、及び前輪タイヤ舵角θfの間の関係は一般的に数式（２１）で表される。
【００８６】
【数２１】
2010083472.tif 000023
【００８７】
数式（２１）において、Isは前輪操舵装置の慣性モーメントを表し、csは粘性摩擦係数を表す。数式（２１）に変更を加えて数式（２２）とし、外乱dを前輪タイヤセルフアライニングトルクτafと等価として外乱オブザーバを構築する。
【００８８】
【数２２】
2010083472.tif 000024
【００８９】
数式（２２）において、Kはオブザーバゲインを表す。横力上限推定部１００は、前輪タイヤセルフアライニングトルク測定値としての外乱dの入力を受け取る。
【００９０】
上述の構成及び方法は、転舵可能な後輪を備えた自動車両に適用可能である。この場合、上述の説明において前輪の説明部分を後輪に適用し、タイヤ横滑り角推定部３００が、数式（１５）及び（１６）で表されるオブザーバを用いて、後輪タイヤ横滑り角推定値を計算して出力するように変更する。
【実施例３】
【００９１】
タイヤ状態推定装置を以下の自動車両に適用する。
（前輪系構成）
Ａ３）左右の車輪をステアリングホイールから機械的に分離し、左右の車輪を互いに機械的に連係し、ステアリングホイールの操舵角に応じて左右の車輪を能動的及び電気的に操舵する操舵装置
Ｂ２）左右の車輪が制駆動トルクの作用を受ける制駆動装置（駆動トルクを差動装置によって左右の車輪へ分配する装置でもよく、あるいは左右の車輪を互いに独立に駆動又は制動する装置であってもよい。）
（後輪系構成）
Ａ１）操舵装置なし
Ｂ１）制駆動装置なし
（タイヤ横滑り角推定部）
Ｃ１）以下のように構成されるオブザーバ
車両状態測定量・・・車両横加速度、車両ヨーレート、及びタイヤ舵角
（制駆動装置を備える場合は、加えて、タイヤ縦力若しくはタイヤスリップ率）
オブザーバ状態変数・・・タイヤ横滑り角
第３実施例は、前輪系構成が制駆動装置を備えている点で第２実施例と異なる。したがって、横力上限推定部及び横力推定部は、制駆動力の影響を考慮して計算を行うように構成される。
【００９２】
図６に自動車両の構成を概略的に示す。この自動車両において、前後輪系構成を上述のように実施し、上述のオブザーバを用いたタイヤ状態推定に必要な状態変数を測定するために必要な情報を集める。
【００９３】
自動車両は駆動力源としての駆動モータ４０を備えている。駆動モータ４０は第１及び第２実施例と同じものであるが、出力軸が差動装置（不図示）を介して左右の前輪２ＦＬ及び２ＦＲに駆動可能に接続される。駆動回路４１及びリチウムイオンバッテリ４２は第１及び第２実施例と同じである。前輪タイヤ操舵装置は第２実施例と同じである。
【００９４】
統合コントローラ３０は、第２実施例と同様に、アクセルペダルセンサ２３によって測定されたアクセル開度APO、操舵角センサ２１によって測定された操舵角STR、転舵モータ１３によって測定された転舵モータトルクτact及び前輪タイヤ舵角θf、ヨーレートセンサ８によって測定された車両ヨーレートγ、加速度センサ２８によって測定された車両縦加速度ax及び車両横加速度ay、並びに回転速度センサによって測定された車輪速度ωFL、ωFR、ωRL及びωRRの各信号の入力を受け取るように構成される。
【００９５】
統合コントローラ３０は、第１及び第２実施例と同様に図３の処理を行う。ステップＳ１００は第１及び第２実施例と同じであり、ステップＳ２００は第２実施例と同じであるが、ステップＳ３００の詳細な内容が第１及び第２実施例とは以下のように異なる。
【００９６】
ステップＳ３００において、統合コントローラ３０は、図７に示すタイヤ状態推定の構成を動作させる。上述の構成において、左右の前輪２ＦＬ及び２ＦＲの合計セルフアライニングトルクが測定され、タイヤ状態推定に利用可能となる。したがって、横力上限推定部は、左右の前輪タイヤ横力上限推定値の合計として前輪タイヤ横力上限推定値を計算して出力するように構成される。また、横力推定部は、左右の前輪タイヤ横力推定値の合計として前輪タイヤ横力推定値を計算して出力するように構成される。
【００９７】
以下、前輪タイヤスリップ率測定値を計算する方法について記述する。
【００９８】
一般に、タイヤスリップ率σは数式（２３）によって表される。
【００９９】
【数２３】
2010083472.tif 000025
【０１００】
数式（２３）において、uは車両速度を表し、R0はタイヤ半径を表し、ωは車輪速度（車輪角速度）を表す。車両速度uは、例えば、数式（２４）を用いて非駆動の左右後輪の周速の平均として計算する。
【０１０１】
【数２４】
2010083472.tif 000026
【０１０２】
あるいは、前後輪とも駆動装置を備えており、非駆動車輪を備えていない自動車両の場合などには、車両速度uは車両縦加速度の積分として計算してもよい。
【０１０３】
統合コントローラ３０は、左前輪速度ωFLに基づいて左前輪タイヤスリップ率σflを計算し、右前輪速度ωFRに基づいて右前輪タイヤスリップ率σfrを計算し、σfl及びσfrの平均として前輪タイヤスリップ率を計算する。
【０１０４】
タイヤスリップ率測定値は、タイヤ縦力Fx、タイヤ横力上限μFz、タイヤ横滑り角α、及びタイヤスリップ率σの間の関係を規定する数式（２５）及び（２６）を用いて、タイヤ縦力測定値、前輪タイヤ横力上限推定値の最後の計算値、及び前輪タイヤ横滑り角推定値の最後の計算値に基づいて計算してもよい。数式（２５）及び（２６）はブラッシュタイヤモデルに基づいてる（参考文献１として、安部正人、自動車の運動と制御、１９９２年山海堂、ＩＳＢＮ４-３８１-１００５２-２）。
【０１０５】
【数２５】
2010083472.tif 000027
【０１０６】
【数２６】
2010083472.tif 000028
【０１０７】
数式（２５）及び（２６）において、Ksは、タイヤ特性に依存し、少なくともα、σ、Fx及びμFzに関して一定であると見なされる値を示し、θ及びλはタイヤ横滑り角α及びタイヤスリップ率σの関数を表す。
【０１０８】
数式（２５）及び（２６）に基づいてタイヤスリップ率を計算するには、高次の方程式を解く必要があり、そのために高い計算負荷を与える。計算負荷を減らすために、数式（２５）及び（２６）によって表される関係を予めマップとして統合コントローラ３０に格納しておき、タイヤ縦力、横力上限、及びタイヤ横滑り角αに基づいて、マップを用いてタイヤスリップ率を計算してもよい。あるいは、ニュートン法のような探索法によってタイヤスリップ率を計算してもよい。
【０１０９】
数式（２５）及び（２６）におけるFxに代入すべきタイヤ縦力測定値としては、出力された制駆動トルク指令値、追加的なトルクセンサによって得られた測定制駆動トルク測定値、又はオブザーバによって計算された制駆動トルク推定値に基づく値などを用いる。
【０１１０】
図７において、横力上限推定部１０１は、ステップＳ２００で計算された前輪タイヤセルフアライニングトルク測定値、及びタイヤ横滑り角推定部３０１から出力された前輪タイヤ横滑り角推定値に基づいて、前輪タイヤ横力上限推定値を計算する。
【０１１１】
制駆動力を考慮しないFialaタイヤモデルを用いる第１実施例とは対照的に、第３実施例においては、横力に対する制駆動力の影響を考慮するために、ブラッシュタイヤモデルを用いる。ブラッシュタイヤモデルによれば、タイヤスリップ率σ、セルフアライニングトルクτa、タイヤ横滑り角α、タイヤ対路面摩擦係数μ、及びタイヤ垂直荷重Fzの間の関係が数式（２７）及び（２８）によって表される。数式（２７）及び（２８）は参考文献１に示される。
【０１１２】
【数２７】
2010083472.tif 000029
【０１１３】
【数２８】
2010083472.tif 000030
【０１１４】
数式（２７）及び（２８）において、l、Kα及びKsは、タイヤ特性に依存し、少なくともα、σ、τa及びμFzに関して一定であると見なされる値を表す。また、θ及びλはタイヤ横滑り角α及びタイヤスリップ率σの関数を表す。
【０１１５】
第１実施例と同様に、数式（３）が横力上限推定値Fymax、タイヤ対路面摩擦係数μ、及びタイヤ垂直荷重Fzの間の関係を規定すること、並びにμ及びFzが数式（２７）及び（２８）においてμFzの形で現われることを考慮して、数式（２７）及び（２８）を用いて前輪タイヤセルフアライニングトルクτaf、前輪タイヤ横滑り角推定値αfhat及び前輪タイヤスリップ率σfに基づいてμFzをFymaxとして計算する。
【０１１６】
数式（２７）及び（２８）は幾分複雑な形をしており、場合分けを含んでいる。したがって、数式（２７）及び（２８）は、その値が前輪タイヤセルフアライニングトルク測定値τafに合致するようなμFzの値を見つけるように、ニュートン法などの反復計算によって解く。図８に示すように単一のセルフアライニングトルクに対してμFzの２つの有効な値が存在する状況が考えられるが、μFzを初期値の零に設定して第１の反復計算処理を開始し、一方、μFzを十分に大きな値の初期値に設定して第２の反復計算処理を開始する。そして、μFzの２つの解のうち、μFzの前回の計算値に比較的近い１つを選択する。
【０１１７】
数式（２７）及び（２８）を数式（２５）及び（２６）と組み合わせることによりマップや関係式を作成して、タイヤ縦力Fx、タイヤ横滑り角α、及びセルフアライニングトルクτaに基づいて横力上限推定値Fymax（=μFz）の値を求めてもよい。
【０１１８】
制駆動力を考慮した横力上限推定値Fymaxの計算は、駆動時や制動時におけるタイヤ横力及びタイヤ横力上限の正確な推定に有効である。
【０１１９】
図７において、横力推定部２０１は、横力上限推定部１０１によって出力された横力上限Fyfmax、タイヤ横滑り角推定部３０１によって出力された前輪タイヤ横滑り角推定値αfhat、及び前輪タイヤスリップ率測定値σfに基づいて、タイヤモデルを用いて前輪タイヤ横力推定値Fyfhatを計算する。
【０１２０】
横力推定部２０１は、例えば、横力上限推定部１０１と同様に、制駆動力に因るタイヤスリップ率を考察するためにブラッシュタイヤモデルを用いる。ブラッシュタイヤモデルによれば、タイヤスリップ率σ、横力Fy、タイヤ横滑り角α、タイヤ対路面摩擦係数μ、及びタイヤ垂直荷重Fzの間の関係が数式（２９）及び（３０）によって表される。数式（２９）及び（３０）は参考文献１に示される。
【０１２１】
【数２９】
2010083472.tif 000031
【０１２２】
【数３０】
2010083472.tif 000032
【０１２３】
横力推定部２０１は、横力上限推定部１０１から出力された前輪タイヤ横力上限推定値Fyfmax（=μFz）、及びタイヤ横滑り角推定部３０１から出力された前輪タイヤ横滑り角推定値αfhatに基づいて、数式（２９）及び（３０）を用いて、前輪タイヤ横力推定値Fyfhatを計算する。
【０１２４】
数式（２９）及び（３０）を数式（２５）及び（２６）と組み合わせることによりマップや関係式を作成して、タイヤ縦力Fx、タイヤ横滑り角α、及び横力上限推定値Fymaxに基づいて前輪タイヤ横力推定値Fyfhatの値を求めてもよい。
【０１２５】
図７において、タイヤ横滑り角推定部３０１は、第１実施例におけるタイヤ横滑り角推定部３００と同じである。
【０１２６】
ブラッシュタイヤモデルに基づく横力上限推定部１０１及び横力推定部２０１は、前輪に駆動装置を備えていない第１及び第２実施例の車両にも適用可能である。これは制動時に更に正確な推定を行うことに有効である。
【０１２７】
上述の構成及び方法は、転舵可能な後輪を備えた自動車両に適用可能である。この場合、上述の説明において前輪の説明部分を後輪に適用し、タイヤ横滑り角推定部３０１が数式（１５）及び（１６）で表されるオブザーバを用いて後輪タイヤ横滑り角推定値を計算して出力するように変更する。
【０１２８】
駆動モータ４０は、内燃機関など別の形式の駆動力源に置き換えてもよい。
【実施例４】
【０１２９】
タイヤ状態推定装置を以下の自動車両に適用する。
（前輪系構成）
Ａ４）左右の車輪をステアリングホイールから機械的に分離し、左右の車輪を互いから機械的に分離し、ステアリングホイールの操舵角に応じて左右の車輪を能動的及び電気的に互いに独立に操舵する操舵装置
Ｂ２）左右の車輪が制駆動トルクの作用を受ける制駆動装置（駆動トルクを差動装置によって左右の車輪へ分配する装置でもよく、あるいは左右の車輪を互いに独立に駆動又は制動する装置であってもよい。）
（後輪系構成）
Ａ１）操舵装置なし
Ｂ１）制駆動装置なし
（タイヤ横滑り角推定部）
Ｃ１）以下のように構成されるオブザーバ
車両状態測定量・・・車両横加速度、車両ヨーレート、及びタイヤ舵角
（制駆動装置を備える場合は、加えて、タイヤ縦力若しくはタイヤスリップ率）
オブザーバ状態変数・・・タイヤ横滑り角
第４実施例は、左右の車輪をステアリングホイールから機械的に分離し、互いから機械的に分離し、能動的及び電気的に互いに独立に操舵角に応じて操舵するように構成される点で第３実施例と異なる。セルフアライニングトルクは、左右の前輪タイヤ個々に測定することができ、したがって、タイヤ横力上限及びタイヤ横力は、左右の前輪タイヤ個々に推定することができる。更に、左右の前輪は各々独立した駆動装置を備えている。
【０１３０】
図９に自動車両の構成を概略的に示す。この自動車両において、前後輪系構成を上述のように実施し、上述のオブザーバを用いたタイヤ状態推定に必要な状態変数を測定するために必要な情報を集める。
【０１３１】
車両は駆動力源としての電気モータ３ＦＬ及び３ＦＲを備えている。電気モータ３ＦＬは、回転出力軸が減速装置４ＦＬを介して左前輪２ＦＬに駆動可能に接続されるとともに、電気モータ３ＦＲは、回転出力軸が減速装置４ＦＲを介して右前輪２ＦＲに駆動可能に接続される。電気モータ３ＦＬ及び３ＦＲは同じ出力特性を有しており、減速装置４ＦＬ及び４ＦＲは同じ減速比を有しており、左右の前輪２ＦＬ及び２ＦＲは同じ半径を有している。
【０１３２】
電気モータ３ＦＬ及び３ＦＲは、各々、ロータに永久磁石を埋め込んだ三相同期モータである。電気モータ３ＦＬ及び３ＦＲを駆動回路５ＦＬ及び５ＦＲが駆動する。駆動回路５ＦＬ及び５ＦＲは、各々、統合コントローラ３０からの目標トルクを示す信号の入力を受け取り、電気モータ３ＦＬ及び３ＦＲの出力トルク（駆動トルク若しくは回生制動トルク）を目標トルクに一致させるようにリチウムイオンバッテリ６からの電力により電気モータ３ＦＬ及び３ＦＲを駆動する。駆動回路５ＦＬ及び５ＦＲは、各々、電気モータの出力トルクを示す信号、及び回転軸に取り付けられた回転速度センサ（不図示）によって測定されたモータ回転速度を示す信号を統合コントローラ３０へ送信する。
【０１３３】
ステアリングホイール１１は、反力モータ１４に駆動可能に接続されるとともに、左右の前輪２ＦＬ及び２ＦＲから機械的に分離される。反力モータ１４は、前輪合計タイヤセルフアライニングトルクに応じて反力トルクを生成して、ステアリングホイール１１へ作用させる。左右の前輪２ＦＬ及び２ＦＲは、それぞれ互いに独立に転舵モータ１３Ｌ及び１３Ｒによって転舵される。ステアリングホイール１１には、ステアリングホイール１１の操舵角を測定する操舵角センサ２１を設ける。測定操舵角に応じて統合コントローラ３０が転舵モータ１３Ｌ及び１３Ｒを制御する。転舵モータ１３Ｌ及び１３Ｒは、各々、回転速度を測定する回転速度センサが回転軸に取り付けられている。また、転舵モータ１３Ｌ及び１３Ｒは、各々、出力トルクを示す信号、及び回転速度を示す信号を統合コントローラ３０へ送信する。
【０１３４】
統合コントローラ３０は、アクセルペダルセンサ２３によって測定されたアクセル開度APO、操舵角センサ２１によって測定された操舵角STR、転舵モータ１３Ｌによって測定された転舵モータトルクτactl及び左前輪タイヤ舵角θfl、転舵モータ１３Ｒによって測定された転舵モータトルクτactr及び右前輪タイヤ舵角θfr、電気モータ３ＦＬによって測定された駆動モータトルクTfl及び左前輪速度ωFL、電気モータ３ＦＲによって測定された駆動モータトルクTfr及び右前輪速度ωFR、ヨーレートセンサ８によって測定された車両ヨーレートγ、加速度センサ２８によって測定された車両縦加速度ax及び車両横加速度ay、並びに左右の後輪に取り付けられた回転速度センサによって測定された車輪速度ωRL及びωRRの各信号の入力を受け取るように構成される。
【０１３５】
統合コントローラ３０は、第１乃至第３実施例と同様に図３の処理を行う。ステップＳ１００乃至S３００の詳細な内容が第１乃至第３実施例とは以下のように異なる。
【０１３６】
ステップＳ１００において、統合コントローラ３０は、非駆動の左右後輪速度ωRL、及びωRRの平均に基づいて車両速度Vを計算し、車両速度V及びアクセル開度APOに基づいて目標駆動力tFDを設定し、制駆動力に因るヨーイングモーメントを発生させるための力tFYを操舵角STR及び車両速度Vに基づいて設定する。そして、統合コントローラ３０は、目標駆動力tFD及び力tFYに基づいて、数式（３１）及び（３２）を用いて左右の前輪駆動機構モータトルク指令値tTFL及びtTFRを計算する。
【０１３７】
【数３１】
2010083472.tif 000033
【０１３８】
【数３２】
2010083472.tif 000034
【０１３９】
数式（３１）及び（３２）において、R0はタイヤ半径を表す。
【０１４０】
ステップＳ２００において、統合コントローラ３０は、第２実施例において説明したセルフアライニングトルクオブザーバを個々に用いることにより、左右の転舵モータトルクτactl及びτactrに基づいて左右の前輪タイヤセルフアライニングトルク測定値τafl及びτafrをそれぞれ計算する。
【０１４１】
ステップＳ３００において、統合コントローラ３０は、図１０に示すタイヤ状態推定の構成を動作させる。上述の構成において、左右の前輪２ＦＬ及び２ＦＲのセルフアライニングトルクは互いに独立に測定され、互いに独立にタイヤ状態推定に利用可能となる。したがって、横力上限推定部は左右の前輪タイヤ横力上限推定値を得ることができ、横力推定部は左右の前輪タイヤ横力推定値を得ることができる。
【０１４２】
まず、左右の前輪タイヤスリップ率σfl及びσfrを、左右の前輪速度ωFL及びωFRに基づいて第３実施例に示す数式（２３）を用いて計算する。
【０１４３】
図１０において、横力上限推定部１０２は、ステップＳ２００で計算された左右の前輪タイヤセルフアライニングトルク測定値、タイヤ横滑り角推定部３０２によって出力された左右の前輪タイヤ横滑り角推定値αflhat及びαfrhat、並びに左右の前輪タイヤスリップ率測定値σfl及びσfr若しくは左右の前輪タイヤ縦力測定値Fxfl及びFxfrに基づいて、第３実施例に示す方法を用いて左右の前輪タイヤ横力上限Fyflmax及びFyfrmaxを推定する。
【０１４４】
横力推定部２０２は、横力上限推定部１０２によって出力された左右の前輪タイヤ横力上限推定値Fyflmax及びFyfrmax、タイヤ横滑り角推定部３０２によって出力された左右の前輪タイヤ横滑り角推定値αflhat及びαfrhat、並びに左右の前輪タイヤスリップ率測定値σfl及びσfr若しくは左右の前輪タイヤ縦力測定値Fxfl及びFxfrに基づいて、第３実施例に示すブラッシュタイヤモデルに基づく方法を左右の前輪に個々に適用することによって、左右の前輪タイヤ横力推定値Fyflhat及びFyfrhatを計算する。そして、横力推定部２０２は、左右の前輪タイヤ横力推定値Fyflhat及びFyfrhatの合計を前輪タイヤ横力推定値Fyfhatとして出力する。
【０１４５】
タイヤ横滑り角推定部３０２は、横力推定部２０２によって計算された前輪タイヤ横力推定値Fyfhat、車両ヨーレート測定値、車両横加速度測定値、左右の前輪タイヤ舵角測定値、及び左右の前輪タイヤ縦力測定値に基づいて、第１実施例に示す数式（１１）で表されるオブザーバを用いて、左右車輪の中心点の前輪車軸横滑り角推定値αf0hatを計算する。そして、タイヤ横滑り角推定部３０２は、推定横滑り角αf0hat、並びに左右の前輪タイヤ舵角δfl及びδfrに基づいて、数式（３３）及び（３４）を用いて左右の前輪タイヤ横滑り角推定値αflhat及びαfrhatを計算する。
【０１４６】
【数３３】
2010083472.tif 000035
【０１４７】
【数３４】
2010083472.tif 000036
【０１４８】
上述の構成及び方法は、転舵可能な後輪を備えた自動車両に適用可能である。この場合、上述の説明において前輪の説明部分を後輪に適用し、タイヤ横滑り角推定部３０２が、数式（１５）で表されるオブザーバを用いて左右車輪の中心点の後輪車軸横滑り角推定値αrhatを計算し、推定横滑り角αrhat、並びに左右の後輪タイヤ舵角δrl及びδrrに基づいて数式（３５）及び（３６）を用いて左右の後輪タイヤ横滑り角推定値αrlhat及びαrrhatを計算して出力するように変更する。
【０１４９】
【数３５】
2010083472.tif 000037
【０１５０】
【数３６】
2010083472.tif 000038
【０１５１】
車両が互いに独立に能動的及び電気的に転舵可能な４輪を備えている場合、前輪タイヤ横力及び後輪タイヤ横力の間の釣り合いを規定する数式（１２）を用いることなく、横力推定部２０２が、タイヤ横滑り角推定値及び横力上限推定値に基づいて、前後のタイヤ横力推定値Fyfhat及びFyrhatを個々に計算してもよい。
【０１５２】
駆動モータ４０は、内燃機関など別の形式の駆動力源に置き換えてもよい。
【実施例５】
【０１５３】
タイヤ状態推定装置を以下の自動車両に適用する。
（前輪系構成）
Ａ４）左右の車輪をステアリングホイールから機械的に分離し、左右の車輪を互いから機械的に分離し、ステアリングホイールの操舵角に応じて左右の車輪を能動的及び電気的に互いに独立に操舵する操舵装置
Ｂ２）左右の車輪が制駆動トルクの作用を受ける制駆動装置（駆動トルクを差動装置によって左右の車輪へ分配する装置でもよく、あるいは左右の車輪を互いに独立に駆動又は制動する装置であってもよい。）
（後輪系構成）
Ａ１）操舵装置なし
Ｂ１）制駆動装置なし
（タイヤ横滑り角推定部）
Ｃ２）以下のように構成されるオブザーバ
車両状態測定量・・・車両ヨーレート、及びタイヤ舵角
（制駆動装置を備える場合は、加えて、タイヤ縦力若しくはタイヤスリップ率）
オブザーバ状態変数・・・タイヤ横滑り角、及び車両ヨーレート
第５実施例は、タイヤ横滑り角推定部３０３が第４実施例のタイヤ横滑り角推定部３０２と異なるオブザーバを用いる点で第４実施例と異なる。タイヤ横滑り角推定部３０３以外は、車両は図９に示す第４実施例と同様に構成される。
【０１５４】
図１１に第５実施例によるタイヤ状態推定を実施する構成を示す。図１１において、タイヤ横滑り角推定部３０３は、横力推定部２０２によって計算された左右の前輪タイヤ横力推定値Fyflhat及びFyfrhatの合計としての前輪タイヤ横力推定値Fyfhat、車両ヨーレート測定値、左右の前輪タイヤ舵角測定値、並びに左右の前輪タイヤ縦力測定値に基づいて、車両運動モデルに基づいて設計された、詳細に後述するオブザーバを用いて、左右の前輪タイヤ横滑り角推定値αflhat及びαfrhatを計算する。このオブザーバは、オブザーバ状態変数がタイヤ横滑り角の代わりに車両横滑り角及び車両ヨーレートを含んでいるという点で、また、オブザーバがタイヤ横力の誤差の代わりに車両ヨーレートの誤差を補償するという点で、第１乃至第４実施例中とは異なる。
【０１５５】
オブザーバは、車両の運動を支配する数式（７）及び（８）に基づいて数式（３７）で表されるように設計され、車両横滑り角β及び車両ヨーレートγを状態変数として推定する。
【０１５６】
【数３７】
2010083472.tif 000039
【０１５７】
数式（３７）において、k1及びk2はオブザーバゲインを表し、Mはタイヤ縦力によって発生するヨーイングモーメントを表す。ヨーイングモーメントMは数式（３８）で表される。
【０１５８】
【数３８】
2010083472.tif 000040
【０１５９】
後輪タイヤ横力推定値Fyrhatは、車両横加速度センサを追加して、第１実施例に示す数式（１２）を用いて計算してもよく、あるいは横力センサを追加して測定してもよい。
【０１６０】
タイヤ横滑り角推定部３０３は、車両横滑り角推定値β、車両ヨーレート推定値γ、車両速度測定値V、並びに左右の前輪タイヤ舵角測定値δfl及びδfrに基づいて、数式（３９）及び（４０）を用いて左右の前輪タイヤ横滑り角推定値αflhat及びαfrhatを計算する。
【０１６１】
【数３９】
2010083472.tif 000041
【０１６２】
【数４０】
2010083472.tif 000042
【０１６３】
上述の構成及び方法は、転舵可能な後輪を備えた自動車両に適用可能である。この場合、タイヤ横滑り角推定部３０３が数式（４１）及び（４２）を用いて左右の後輪タイヤ横滑り角推定値αrlhat及びαrrhatを計算するように変更する。
【０１６４】
【数４１】
2010083472.tif 000043
【０１６５】
【数４２】
2010083472.tif 000044
【０１６６】
車両が互いに独立に能動的及び電気的に転舵可能な４輪を備えている場合、前輪タイヤ横力及び後輪タイヤ横力の間の釣り合いを規定する数式（１２）を用いることなく、横力推定部２０２が、タイヤ横滑り角推定値及び横力上限推定値に基づいて、前後のタイヤ横力推定値Fyfhat及びFyrhatを個々に計算してもよい。この計算は、車両横加速度センサや横力センサを加えることなく実施することができる。
【０１６７】
駆動モータ４０は、内燃機関など別の形式の駆動力源に置き換えてもよい。
【実施例６】
【０１６８】
タイヤ状態推定装置を以下の自動車両に適用する。
（前輪系構成）
Ａ４）左右の車輪をステアリングホイールから機械的に分離し、左右の車輪を互いから機械的に分離し、ステアリングホイールの操舵角に応じて左右の車輪を能動的及び電気的に互いに独立に操舵する操舵装置
Ｂ２）左右の車輪が制駆動トルクの作用を受ける制駆動装置（駆動トルクを差動装置によって左右の車輪へ分配する装置でもよく、あるいは左右の車輪を互いに独立に駆動又は制動する装置であってもよい。）
（後輪系構成）
Ａ１）操舵装置なし
Ｂ１）制駆動装置なし
（タイヤ横滑り角推定部）
Ｃ３）以下のように構成されるオブザーバ
車両状態測定量・・・タイヤ舵角、及びタイヤ横力
（制駆動装置を備える場合は、加えて、タイヤ縦力若しくはタイヤスリップ率）
オブザーバ状態変数・・・タイヤ横滑り角、及び車両ヨーレート
第６実施例は、タイヤ横滑り角推定部３０４が第４実施例のタイヤ横滑り角推定部３０２と異なるオブザーバを用いる点で第４実施例と異なる。タイヤ横滑り角推定部３０４は、車両ヨーレート測定値の代わりにタイヤ横力測定値の入力を受け取るように構成される。
【０１６９】
図１２に第６実施例によるタイヤ状態推定装置を備えた自動車両の構成を示す。以下、第４実施例との差異について記述する。
【０１７０】
第４実施例と比較して、図１２（Ａ）に示す車両は、ヨーレートセンサ８及び加速度センサ２８を備えていないが、それぞれの車輪に取り付けられた４つの横力センサ２４ＦＬ、２４ＦＲ、２４ＲＬ及び２４ＲＲを備えている。横力センサ２４ＦＬ、２４ＦＲ、２４ＲＬ及び２４ＲＲは、例えば、歪ゲージをタイヤハブに貼り付け、歪ゲージの電気抵抗の変化を測定し、測定横力に変換する形式のものを用いてよい。あるいは、横力センサ２４ＦＬ、２４ＦＲ、２４ＲＬ及び２４ＲＲは、異なる２箇所で生成されたパルス間の検出位相差に基づいて、横力によるタイヤ回転軸の歪を測定する形式のものを用いてもよい。一方、図１２（Ａ）と比較して、図１２（Ｂ）の構成は、横力センサ２４ＲＬ及び２４ＲＲを備えていないが、加速度センサ２８を備えている。第５実施例と比較して、第６実施例の車両はヨーレートセンサ８を備えていない。
【０１７１】
統合コントローラ３０は、アクセルペダルセンサ２３によって測定されたアクセル開度APO、操舵角センサ２１によって測定された操舵角STR、転舵モータ１３Ｌによって測定された転舵モータトルクτactl及び左前輪タイヤ舵角θfl、転舵モータ１３Ｒによって測定された転舵モータトルクτactr及び右前輪タイヤ舵角θfr、電気モータ３ＦＬによって測定された駆動モータトルクTfl及び左前輪速度ωFL、電気モータ３ＦＲによって測定された駆動モータトルクTfr及び右前輪速度ωFR、並びに左右の後輪に取り付けられた回転速度センサによって測定された車輪速度ωRL及びωRRの各信号の入力を受け取るように構成される。
【０１７２】
図１２（Ａ）の場合には、統合コントローラ３０は、更に横力センサ２４ＦＬ、２４ＦＲ、２４ＲＬ及び２４ＲＲによって測定されたタイヤ横力Fyfl、Fyfr、Fyrl及びFyrrを示す信号の入力を受け取るように構成される。一方、図１２（Ｂ）の場合には、統合コントローラ３０は、更に横力センサ２４ＦＬ及び２４ＦＲによって測定されたタイヤ横力Fyfl及びFyfr、並びに加速度センサ２８によって測定された車両縦加速度ax及び車両横加速度ayを示す信号の入力を受け取るように構成される。
【０１７３】
図１３に第６実施例によるタイヤ状態推定を実施する構成を示す。図１３において、横力上限推定部１０２及び横力推定部２０２は第５実施例と同じである。
【０１７４】
図１３において、タイヤ横滑り角推定部３０４は、横力推定部２０２によって計算された前輪タイヤ横力推定値Fyfhat、車両速度測定値V、左右の前輪タイヤ舵角測定値、及び左右の前輪タイヤ縦力測定値に基づいて、車両運動モデルに基づいて設計された詳細に後述するオブザーバを用いて、左右の前輪タイヤ横滑り角推定値αflhat及びαfrhatを計算する。
【０１７５】
オブザーバは、車両の運動を支配する数式（７）及び（８）に基づいて数式（４３）に表されるように設計され、車両横滑り角β及び車両ヨーレートγを状態変数として推定する。
【０１７６】
【数４３】
2010083472.tif 000045
【０１７７】
数式（４３）において、k1及びk2はオブザーバゲインを表し、Fyfは左右の前輪タイヤ横力測定値の合計を表す。図１２（Ａ）の場合には、左右の後輪タイヤ横力測定値の合計としてFyrを計算する。図１２（Ｂ）の場合には、数式（４４）を用いてFyrを計算する。
【０１７８】
【数４４】
2010083472.tif 000046
【０１７９】
タイヤ横滑り角推定部３０４は、車両横滑り角推定値β、車両ヨーレート推定値γ、車両速度測定値V、並びに左右の前輪タイヤ舵角測定値δfl及びδfrに基づいて、数式（３９）及び（４０）を用いて、左右の前輪タイヤ横滑り角推定値αflhat及びαfrhatを計算する。
【０１８０】
上述の構成及び方法は、転舵可能な後輪を備えた自動車両に適用可能である。この場合、タイヤ横滑り角推定部３０４は、数式（４１）及び（４２）を用いて、左右の後輪タイヤ横滑り角推定値αrlhat及びαrrhatを計算するように変更される。
【０１８１】
車両が互いに独立に能動的及び電気的に転舵可能な４輪を備えている場合、前輪タイヤ横力及び後輪タイヤ横力の間の釣り合いを規定する数式（１２）を用いることなく、横力推定部２０２が、タイヤ横滑り角推定値及び横力上限推定値に基づいて、前後のタイヤ横力推定値Fyfhat及びFyrhatを個々に計算してもよい。この計算は、車両横加速度センサや横力センサを加えることなく実施することができる。
【０１８２】
駆動モータ４０は、内燃機関など別の形式の駆動力源に置き換えてもよい。
【実施例７】
【０１８３】
第７実施例による車両の構成は、図１２に示す第６実施例と同じである。図１４に第７実施例によるタイヤ状態推定を実施する構成を示す。横力推定部２０２及びタイヤ横滑り角推定部３０４は第６実施例と同じであるが、横力上限推定部１０３は第６実施例の横力上限推定部１０２とは異なる。
【０１８４】
横力上限推定部１０３に入力される左右の前輪タイヤスリップ率σfl及びσfr若しくは左右の前輪タイヤ縦力Fxfl及びFxfrは、第５実施例と同じ方法で計算する。
【０１８５】
図１４において、横力上限推定部１０３は、左右の前輪タイヤセルフアライニングトルク測定値τafl及びτafr、左右の前輪タイヤスリップ率測定値σfl及びσfr若しくは左右の前輪タイヤ縦力測定値Fxfl及びFxfr、横力推定部２０２によって計算された左右の前輪タイヤ横力推定値Fyflhat及びFyfrhat、並びにタイヤ横滑り角推定部３０４によって計算された左右の前輪タイヤ横滑り角推定値αflhat及びαfrhatに基づいて、左右の前輪タイヤ横力上限推定値Fyflmax及びFyfrmaxを図１５に示す処理に従って計算する。
【０１８６】
図１５において、ステップＳ４０１において、横力上限推定部１０３は、左右の前輪タイヤセルフアライニングトルク測定値τafl及びτafr、並びに横力推定部２０２によって計算された左右の前輪タイヤ横力推定値Fyflhat及びFyfrhatに基づいて、タイヤ横力Fy、セルフアライニングトルクτa、及びニューマチックトレールtpの間の一般的な関係を規定する数式（４５）を用いて、左右の前輪タイヤニューマチックトレール推定値tpflhat及びtpfrhatを計算する。ニューマチックトレールは、タイヤ中心及び横力の作用点の間の距離である。
【０１８７】
【数４５】
2010083472.tif 000047
【０１８８】
数式（４５）において、tmはキャスタートレールを表す。数式（４５）に基づいて、左右の前輪タイヤニューマチックトレール推定値tpflhat及びtpfrhatを数式（４６）及び（４７）を用いて計算する。
【０１８９】
【数４６】
2010083472.tif 000048
【０１９０】
【数４７】
2010083472.tif 000049
【０１９１】
左右の前輪タイヤニューマチックトレール推定値tpflhat及びtpfrhatは、ノイズを除去するために、例えば、ローパスフィルタや移動平均処理によって更に処理してもよい。
【０１９２】
ステップＳ４０２において、横力上限推定部１０３は、左右の前輪タイヤニューマチックトレール推定値tpflhat及びtpfrhat、左右の前輪タイヤスリップ率測定値σfl及びσfr若しくは左右の前輪タイヤ縦力測定値Fxfl及びFxfr、並びに左右の前輪タイヤ横滑り角推定値αflhat及びαfrhatに基づいて、左右の前輪タイヤ横力上限推定値Fyflmax及びFyfrmaxを計算する。
【０１９３】
例えば、Fialaタイヤモデルによれば、ニューマチックトレールtp、タイヤ横滑り角α、及び横力上限Fymaxの間の一般的な関係が数式（４８）で表される。
【０１９４】
【数４８】
2010083472.tif 000050
【０１９５】
数式（４８）において、c0及びc1は、タイヤ特性に依存し、少なくともtp、α及びFymaxに関して一定であると見なされる値を表す。
【０１９６】
前輪タイヤが縦力の作用を受けないと見なされる場合、横力上限推定部１０３は、左右の前輪タイヤニューマチックトレール推定値tpflhat及びtpfrhat、並びに左右の前輪タイヤ横滑り角推定値αflhat及びαfrhatに基づいて、数式（４８）を用いて左右の前輪タイヤ横力上限推定値Fyflmax及びFyfrmaxを計算する。
【０１９７】
ブラッシュタイヤモデルを用いてタイヤ縦力を考慮する場合、横力上限Fymax（=μFz）及びセルフアライニングトルクの間の関係を規定する数式（２７）及び（２８）を、横力上限Fymax（=μFz）及び横力の間の関係を規定する数式（２９）及び（３０）で除し、横力上限Fymax（=μFz）及びニューマチックトレールtpの間の関係を導く。
【０１９８】
導かれた数式は幾分複雑な形をしており、場合分けを含んでいる。したがって、この数式は、その値が測定ニューマチックトレールtpに合致するようなμFzの値を見つけるように、ニュートン法などの反復計算によって解く。図１６に示すように単一のニューマチックトレールに対してμFzの２つの有効な値が存在する状況が考えられるが、μFzを初期値の零に設定して第１の反復計算処理を開始し、μFzを十分に大きな値の初期値に設定して第２の反復計算処理を開始する。そして、μFzの２つの解のうち、μFzの前回の計算値に比較的近い１つを選択する。
【０１９９】
ニューマチックトレールに基づく横力上限推定値Fymaxの計算は、少なくとも以下の点で有効である。
【０２００】
図１７にタイヤ横滑り角及びセルフアライニングトルクの間の一般的な関係、並びにタイヤ横滑り角及びニューマチックトレールの間の一般的な関係を示す。横軸がタイヤ横滑り角を表し、縦軸がセルフアライニングトルク及びニューマチックトレールを表す。図１７において、横力上限が第１の値と等しい第１の状況を実線で示し、横力上限が第１の値より大きな第２の値と等しい第２の状況を一点鎖線で示し、横力上限が第１の値未満の第３の値と等しい第３の状況を点線で示す。図１７に示すように、セルフアライニングトルクは、タイヤ横滑り角に対して非線形に変化する。具体的には、タイヤ横滑り角が零から増加するにつれて、セルフアライニングトルクは、小さなタイヤ横滑り角の第１の領域において零から減少して（絶対値は増加して）最小値（絶対値は極大値）に達し、それから、より大きなタイヤ横滑り角の領域において増加する（絶対値は減少する）。ある瞬時において、実際のタイヤ横滑り角がAと等しく、タイヤ横滑り角推定値がA'と等しく、A及びA'が小さなタイヤ横滑り角の第１の領域にある状況を想定する。セルフアライニングトルクの値SAT0が与えられると、横力上限推定値は実際の値未満の第３の値として計算される。第３の値は、図１７において、A'におけるタイヤ横滑り角を表す垂線、及びセルフアライニングトルクSAT0を表す水平線の交点を参照することで求められる。一方、実際の値は、図１７において、Aにおけるタイヤ横滑り角を表す垂線、及びセルフアライニングトルクSAT0を表す水平線の交点を参照することで第１の値と等しいと求められる。換言すれば、タイヤ横滑り角A'がセルフアライニングトルクSAT0に合致する横力上限の値は、タイヤ横滑り角AがセルフアライニングトルクSAT0に合致する横力上限の値より小さい。図１４における横力推定部２０２が計算するタイヤ横力推定値は、タイヤ横力上限推定値の減少とともに減少する傾向がある。タイヤ横滑り角推定部３０４は、タイヤ横力測定値及びタイヤ横力推定値の間の偏差に基づいてタイヤ横滑り角推定値を補正し、タイヤ横力推定値がタイヤ横力測定値より小さい場合、タイヤ横滑り角推定値を増加する方向に補正する。したがって、Aに対してA'として既に過大評価されていたタイヤ横滑り角推定値は、更にA'以上に増加される可能性がある。この過程はタイヤ横滑り角推定値を発散させる可能性がある。これに対して、より大きなタイヤ横滑り角の第２の領域では、より小さなタイヤ横滑り角の第１の領域と比較して、タイヤ横滑り角に対するセルフアライニングトルクの変化の方向が逆であるから、タイヤ横滑り角推定値は、補正の過程を通じて発散することなく収束する傾向がある。
【０２０１】
一方、図１７に示すように、ニューマチックトレールtpはタイヤ横滑り角に対して直線的に変化する。タイヤ横滑り角に対するニューマチックトレールtpの変化率は略一定である。ある瞬時において、実際のタイヤ横滑り角がAと等しく、タイヤ横滑り角推定値がA'と等しく、A及びA'が小さなタイヤ横滑り角の第１の領域にある状況を想定する。ニューマチックトレールの値tp0が与えられると、横力上限推定値が実際の値より大きな第２の値として計算される。第２の値は、図１７において、A'におけるタイヤ横滑り角を表す垂線、及びニューマチックトレールtp0を表す水平線の交点を参照することで求められる。一方、実際の値は、図１７において、Aにおけるタイヤ横滑り角を表す垂線、及びニューマチックトレールtp0を表す水平線の交点を参照することで第１の値と等しいと求められる。換言すれば、タイヤ横滑り角がA'がニューマチックトレールtp0に合致する横力上限の値は、タイヤ横滑り角Aがニューマチックトレールtp0に合致する値より大きい。図１４における横力推定部２０２が計算するタイヤ横力推定値は、タイヤ横力上限推定値の増加とともに増加する傾向がある。タイヤ横滑り角推定部３０４は、タイヤ横力測定値及びタイヤ横力推定値の間の偏差に基づいてタイヤ横滑り角推定値を補正し、タイヤ横力推定値がタイヤ横力測定値より大きい場合、タイヤ横滑り角推定値を減少する方向に補正する。したがって、Aに対してA'として過大評価されたタイヤ横滑り角推定値はA'以下に減少される。この過程はタイヤ横滑り角推定値を発散させることなく収束させる。上述のようにニューマチックトレールがタイヤ横滑り角の増加とともに単調に減少するので、タイヤ横滑り角推定値は、タイヤ横滑り角の全範囲にわたり、補正の過程を通じて収束する傾向がある。
【０２０２】
つまり、ニューマチックトレールに基づくタイヤ横力上限推定値の計算は、タイヤ横滑り角の全範囲にわたり、タイヤ横滑り角の推定の収束を保証するのに有効である。
【実施例８】
【０２０３】
第８実施例によるタイヤ状態推定装置は、タイヤ縦力上限推定値を計算し、タイヤ縦力上限推定値に基づいて制駆動トルクを制限するように構成される。第８実施例による車両の構成は、図６に示す第３実施例と同じである。図１８に第８実施例によるタイヤ状態推定を実施する構成を示す。図７に示す第３実施例の構成と比較して、縦力上限推定部４０１を追加している。なお、本発明の実施例において縦力上限とは発生可能な縦力の最大値（最大縦力）を意味し、縦力上限と記載する。
【０２０４】
図１９において、３本の実線はそれぞれ、タイヤ横滑り角を与えられたときのタイヤ縦力及びタイヤ横力の間の関係を示す。これらの関係は、ブラッシュタイヤモデルに基づくタイヤ横力に関する数式（２９）及び（３０）、並びにブラッシュタイヤモデルに基づくタイヤ縦力に関する数式（２５）及び（２６）から得られる。
【０２０５】
図１９において、破線が包含する領域は、タイヤ横力上限が与えられたときの、タイヤタイヤ横滑り角及びタイヤスリップ率に依存する、タイヤ横力及びタイヤ縦力の可能な組み合わせの集合を示す。破線は所謂タイヤ摩擦円と呼ばれる。横力上限Fymax（=μFz）が与えられたとき、数式（２５）及び（２６）を用いて計算される縦力上限も同様にμFzと等しい。多くの場合、タイヤの縦方向におけるμの値が、横方向における値とは異なる。この差異を考慮するために、数式（２５）及び（２６）に横力上限の値を入力する前に、タイヤ横力上限推定値をμの差異によって修正してもよい。この場合、数式（２５）及び（２６）を用いて計算されたタイヤ縦力上限推定値は、タイヤ横力上限推定値とはμの修正分異なる。縦力上限推定部４０１は、このように計算したタイヤ縦力上限推定値を出力するように構成される。タイヤ縦力上限推定値は、タイヤ制駆動トルクを制限することにより、車両の動的挙動がタイヤスリップにより不安定になるのを防止するために用いることができる。
【０２０６】
図１９において、タイヤ横滑り角及び制駆動トルクを制御してタイヤ縦力上限を達成する動作点は点Dによって表される。点Dにおいて、タイヤ横力は零である。車両を能動的及び制御することができる場合、運転者の操作と独立にタイヤ摩擦円の内の任意の目標動作点を達成することができる。したがって、縦力上限推定部４０１は、目標タイヤ横力を維持する条件の下での縦力の上限推定値としてのタイヤ縦力上限推定値を計算するように構成してもよい。例えば、車両の動作点が図１９における点A上にあるとき、縦力の上限は、点Aの横力を維持する条件の下で動作点Bの値と等しい。点Bは、横力上限及び縦力上限のうち小さい方を短軸とし、大きい方を長軸とする楕円形の摩擦円に基づいて計算してもよい。あるいは、横力上限に依存するマップを用いて点Bを計算してもよい。点Aにおいて走行中にアクセルペダル操作に応じて点Bを越えるタイヤ縦力の要求が生じた場合、点Bの計算に基づいて、タイヤ縦力及びタイヤ横滑り角を調節して点Bを達成することができる。これにより、横加速度を維持しつつ、タイヤスリップの状態に陥らせることなく、車両を旋回させることができる。点Bに基づく制限は、ステップＳ１００の駆動力制御において条件付きの縦力上限に基づいて目標制駆動トルクを制限し、タイヤ横滑り角推定値をフィードバックしてタイヤ横力を一定に保持するようにステアリング制御を行うことにより実行することができる。
【０２０７】
制駆動トルクを制限する値は、無条件の絶対的な縦力上限、及び条件付きの縦力上限とは異なる値でよく、絶対的な縦力上限未満であれば任意の値であってもよい。
【０２０８】
縦方向及び横方向の間のμの差に基づく修正により、正確な縦力上限を得てタイヤの潜在能力を十分に引き出すことを可能にし、車両が緊急事態を回避するために急制動を行うときに制動能力を十分に引き出すことが可能になる。
【０２０９】
一方、転舵輪が第１実施例と同様にステアリングホイールに機械的に連係される場合、タイヤ横滑り角は、ステアリングホイールの操作に依存し、そのためにステアリングホイールの操作と独立に調整することができない。この場合、条件付きタイヤ縦力上限は、図１９において動作点がタイヤ横滑り角を一定に維持して点Aから移動した後の点Cの値と等しい。現在のタイヤ横滑り角を考慮するために、タイヤ状態推定装置は図２０に示す構成を用いる。図２０は、縦力上限推定部４０１がタイヤ横滑り角推定値の入力を受け取るように図１８を変更したものである。条件付きタイヤ縦力上限は、数式（２５）及び（２６）を用いて、タイヤ横滑り角推定値及び横力上限推定値（μFz）を代入し、タイヤスリップ率σを変化させ、Fxの最大値を求めることにより計算してもよい。タイヤ縦力の変化によってタイヤ横力上限が変化した場合でも、タイヤ状態推定装置は、条件付きタイヤ縦力上限に基づいて、タイヤがスリップの状態で陥るのを防ぎ、車両が安定して走行すること可能にする。タイヤ縦力の制限は、ステップＳ１００の駆動力制御によって目標駆動力を条件付きタイヤ縦力上限に制限することで実施してもよい。
【０２１０】
図１８における縦力上限推定部４０１は、タイヤを操舵するためにアクチュエータを備えた車両の場合に、横力上限推定器によって計算されたタイヤ横力上限推定値に基づいて推定タイヤ摩擦円を求め、推定タイヤ摩擦円に基づいて、所望のタイヤ横力の条件下におけるタイヤ縦力上限推定値を計算する縦力上限推定器として機能する。図２０における縦力上限推定部４０１は、横力上限推定器によって計算されたタイヤ横力上限推定値、及びタイヤ横滑り角推定器によって計算されたタイヤ横滑り角推定値に基づいて、タイヤ横滑り角推定値の条件下におけるタイヤ縦力及びタイヤ横力の間の関係を推定し、推定関係に基づいて、タイヤ横滑り角推定値の条件下におけるタイヤ縦力上限推定値を計算する縦力上限推定器として機能する。統合コントローラ３０は、縦力上限推定器によって計算されたタイヤ縦力上限推定値に基づいて、対象のタイヤに作用する制駆動トルクを制限する制限器として機能する。
【０２１１】
以上、第１乃至第８実施例について説明したが、本発明の範囲であれば、他の構成であっても含まれる。例えば、第８実施例は第３実施例に変更を加えることにより構成されたが、第１乃至第７実施例に変更を加えて、アクティブ操舵の有無を考慮して推定縦力上限を計算し、推定縦力上限に基づいて制駆動トルクを制限するために、縦力上限推定部を加えてもよい。
【０２１２】
統合コントローラ３０は、横力上限推定器によって計算されたタイヤ横力上限推定値に基づいて、タイヤ舵角、操舵角、又はタイヤ横滑り角を制限する制限器として機能させてもよい。
【０２１３】
また、タイヤ横力測定値はタイヤハブ内等にタイヤ横力を検出するセンサを設け、このセンサによって直接的に検出しても良い。
【符号の説明】
【０２１４】
３０  統合コントローラ
１００  横力上限推定部
２００  横力推定部
３００  タイヤ横滑り角推定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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