(57)【要約】【課題】車両の走行状態にかかわらず、容易かつ安価に路面μを推定できる車両用操舵装置を提供すること。【解決手段】車両用操舵装置１の電流センサ３４は、転舵アクチュエータ３３がラック軸３２を所定の振動周期で振動させるのに消費した消費電流を測定する。そして、摩擦係数推定部は、この消費電流に基づいて路面と転舵輪３１，３１との路面摩擦係数を検出する。これにより、転舵輪３１，３１ごとに回転速度の検出器を設ける必要がなく、タイヤスリップ率にかかわらず路面摩擦係数を検出できるため、走行状態にかかわらず路面摩擦係数を検出できる。【選択図】図４
2008195203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイルと、
前記ステアリングホイルの操舵角度を検出する操舵角度検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、を備え、
前記操舵角度、及び前記車速に基づいて目標舵角を設定し、該設定された目標舵角に応じて駆動される転舵アクチュエータが発生したモータトルクを、ラック軸に付与するようにした車両用操舵装置において、
前記転舵アクチュエータの消費電流を測定する電流測定手段と、
前記転舵アクチュエータを制御する駆動制御手段と、
前記駆動制御手段により前記転舵アクチュエータが前記ラック軸を所定の振動周期で振動するように制御する際に、前記電流測定手段により測定される前記転舵アクチュエータの消費電流に基づいて、路面と車輪との路面摩擦係数を検出する路面摩擦係数検出手段と、を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記路面摩擦係数検出手段は、前記駆動制御手段により前記転舵アクチュエータが前記ラック軸を所定の振動周期で振動するように制御する際に、前記電流測定手段により測定される前記転舵アクチュエータの消費電流と、前記車速検出手段により検出される前記車速と、に基づいて、路面と車輪との路面摩擦係数を検出することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記ステアリングホイルに操舵反力を付与する反力アクチュエータをさらに備え、
前記駆動制御手段は、前記操舵角度検出手段により検出される前記操舵角度と、前記路面摩擦係数検出手段により検出される路面摩擦係数と、に応じた操舵反力を前記ステアリングホイルに付与するように前記反力アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステア・バイ・ワイヤ方式の車両用操舵装置の改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ステアリングホイルに結合した操舵軸と転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に分離され、転舵機構に設けられた転舵アクチュエータをステアリングホイルの操舵量に応じて電気的に制御するいわゆるステア・バイ・ワイヤ方式の車両用操舵装置が提案されている。
【０００３】
このようなステア・バイ・ワイヤ方式の車両用操舵装置では、操舵軸と転舵機構とが機械的に分離されているため、路面摩擦力などの路面反力がステアリングホイルに伝達されない。そこで、ステア・バイ・ワイヤ方式の車両用操舵装置では、操舵軸に結合した反力アクチュエータを設け、この反力アクチュエータを用いてステアリングホイルに操舵反力を加えることにより、転舵輪に生じる路面反力をステアリングホイルに仮想的に伝達するようにしている。これにより、運転者はあたかも操舵軸と転舵機構とが機械的に連結されているかのような操作フィーリングを得ることができる。
【０００４】
従来、このような路面摩擦力（路面摩擦係数（μ））は、車輪速度センサによるブレーキング時の滑り検知やヨーレートセンサによる転舵時の横滑り検知などからタイヤのすべり具合（タイヤスリップ率）を求め、このタイヤスリップ率の回帰係数から推定されていた。
しかしながら、このような方法では、ブレーキ操作の行われていない一定速走行時や、ステアリングホイルが操作されていない直進走行時には路面μを推定できなかった。
【０００５】
そこで、加減速走行時用の路面μ推定値を、加速度とタイヤスリップ率の回帰係数とに基づいて算出し、一定速走行時用の路面μ推定値を、タイヤスリップ率と路面μごとにあらかじめ設定された車速とタイヤスリップ率との関係に基づいて算出し、これらの加減速走行時用の路面μ推定値と一定速走行時用の路面μ推定値とのそれぞれに対し、推定精度に応じた重み付けを行い、重み付けされた加減速走行時用の路面μ推定値と一定速走行時用の路面μ推定値とに基づいて最終的に路面μを推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
このような技術によれば、ブレーキ操作などにより加減速が生じている加減速走行時であっても、ブレーキ操作などが行われず加減速が生じていない一定速走行時であっても、路面μを推定できた。
【特許文献１】特開２００５−２９０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような技術は、タイヤスリップ率から路面μを推定するため、車輪ごとに回転速度の検出器が必要となり構成が複雑かつ高価になりがちである上、タイヤが滑りを生じている状態以外（例えば、車速０の停車時）では路面μを検出することが難しかった。そのため、ステア・バイ・ワイヤ方式の車両用操舵装置では、タイヤが滑りを生じていない状態では適切な操舵反力を付与することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、車両の走行状態にかかわらず、容易かつ安価に路面μを推定できる車両用操舵装置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】
【０００８】
（１）  ステアリングホイル（例えば、図１のステアリングホイル２１に相当）と、前記ステアリングホイルの操舵角度を検出する操舵角度検出手段（例えば、図１の操舵角度センサ２４に相当）と、車速を検出する車速検出手段（例えば、図１の車速センサ６１に相当）と、を備え、前記操舵角度、及び前記車速に基づいて目標舵角を設定し、該設定された目標舵角に応じて駆動される転舵アクチュエータ（例えば、図１の転舵アクチュエータ３３に相当）が発生したモータトルクを、ラック軸（例えば、図１のラック軸３２に相当）に付与するようにした車両用操舵装置において、前記転舵アクチュエータを制御する駆動制御手段（例えば、図２の駆動制御部５３に相当）と、前記転舵アクチュエータの消費電流を測定する電流測定手段（例えば、図１の電流センサ３４に相当）と、前記駆動制御手段により前記転舵アクチュエータが前記ラック軸を所定の振動周期で振動するように制御する際に、前記電流測定手段により測定される前記転舵アクチュエータの消費電流に基づいて、路面と車輪との路面摩擦係数を検出する路面摩擦係数検出手段（例えば、図２の摩擦係数推定部５４に相当）と、を備えることを特徴とする車両用操舵装置を提案している。
【０００９】
（１）の発明によれば、電流測定手段は、転舵アクチュエータがラック軸を所定の振動周期で振動させるのに消費した消費電流を測定する。そして、路面摩擦係数検出手段は、この消費電流に基づいて路面と車輪との路面摩擦係数を検出する。これにより、転舵アクチュエータの消費電流に基づいて路面摩擦係数を検出できるため、車輪ごとに回転速度の検出器を設ける必要がなく、タイヤスリップ率にかかわらず路面摩擦係数を検出できる。したがって、走行状態にかかわらず路面摩擦係数を検出できる。
【００１０】
（２）  （１）の車両用操舵装置について、前記路面摩擦係数検出手段は、前記駆動制御手段により前記転舵アクチュエータが前記ラック軸を所定の振動周期で振動するように制御する際に、前記電流測定手段により測定される前記転舵アクチュエータの消費電流と、前記車速検出手段により検出される前記車速と、に基づいて、路面と車輪との路面摩擦係数を検出することを特徴とする車両用操舵装置を提案している。
【００１１】
（２）の発明によれば、路面摩擦係数検出手段は、ラック軸を所定の振動周期で振動させるのに消費した消費電流と車速とに基づいて路面摩擦係数を検出する。これにより、車速に応じた路面摩擦係数を検出できる。そのため、例えば、車速が０であり、タイヤが滑りを生じていない状態であっても路面摩擦係数を検出できる。
【００１２】
（３）  （１）又は（２）の車両用操舵装置について、前記ステアリングホイルに操舵反力を付与する反力アクチュエータ（例えば、図１の反力モータ２３に相当）をさらに備え、前記駆動制御手段は、前記操舵角度検出手段により検出される前記操舵角度と、前記路面摩擦係数検出手段により検出される路面摩擦係数と、に応じた操舵反力を前記ステアリングホイルに付与するように前記反力アクチュエータを制御することを特徴とする車両用操舵装置を提案している。
【００１３】
（３）の発明によれば、駆動制御手段は、操舵角度と路面摩擦係数とに応じた操舵反力をステアリングホイルに付与するように反力アクチュエータを制御する。これにより、ステアリングホイルを介して運転者には路面摩擦係数の情報が伝達され、運転者は路面状態に応じた操舵を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、転舵アクチュエータの消費電流に基づいて路面摩擦係数を検出できるため、車輪ごとに回転速度の検出器を設ける必要がなく、タイヤスリップ率にかかわらず路面摩擦係数を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
＜車両用操舵装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置１の模式図である。
車両用操舵装置１は、運転者による操舵操作が入力される操舵機構２０と、この操舵機構２０の操舵操作に基づいて一対の転舵輪３１，３１を転舵させる転舵機構３０と、これら操舵機構２０及び転舵機構３０を制御する制御装置５０と、を含んで構成される。本発明の車両用操舵装置１は、これら操舵機構２０と転舵機構３０とを機械的に分離した、いわゆるステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）方式の車両用操舵装置である。
【００１７】
操舵機構２０は、運転者が操舵可能なステアリングホイル２１と、このステアリングホイル２１を回転可能に支持する略棒状のステアリングシャフト２２と、このステアリングシャフト２２にトルクを付与する反力モータ２３と、反力モータ２３が発生するトルク（操舵反力）を検出する反力トルクセンサ２５と、を含んで構成される。
【００１８】
反力モータ２３は、その出力軸がステアリングシャフト２２と連結されており、これにより、ステアリングホイル２１を中立位置に復帰させる方向に作用する操舵反力と、この中立位置に復帰させる方向とは反対の方向に作用させる復帰抵抗力と、を発生させることが可能となっている。ここで、反力モータ２３とステアリングシャフト２２とは、ウォームギヤ機構により連結されているものとするが、これに限らない。
【００１９】
ステアリングシャフト２２には、このステアリングシャフト２２に連結されたステアリングホイル２１の中立位置からの操舵角度（回転角度）を検出する操舵角度検出手段としての操舵角度センサ２４が設けられている。なお、本実施形態では、ステアリングホイル２１の操舵角度は、中立位置を０とする。また、ステアリングホイル２１の中立位置とは、転舵輪３１，３１が直進状態になるように制御装置５０によって制御されるステアリングホイル２１の位置に対応する。
【００２０】
転舵機構３０は、略棒状のラック軸３２と、このラック軸３２に転舵動力を付与する転舵アクチュエータ３３と、転舵アクチュエータ３３の消費電流を測定する電流測定手段としての電流センサ３４と、ラック軸３２の両端側に連結された転舵輪３１，３１と、を含んで構成される。転舵アクチュエータ３３は、ステアリングホイル２１の回転に応じて駆動される。ラック軸３２の両端部には、それぞれ、ステアリングロッド３５，３５、タイロッド３６，３６、及びナックルアーム３７，３７を介して、転舵輪３１，３１が連結されている。
【００２１】
また、この転舵アクチュエータ３３は、ラック軸３２とラックアンドピニオン機構で連結されている。これにより、転舵アクチュエータ３３により付与された転舵動力は、ラック軸３２及びステアリングロッド３５，３５の直線運動に変換され、タイロッド３６，３６及びナックルアーム３７，３７を介して、転舵輪３１，３１に伝達され、これら転舵輪３１，３１の舵角を変化させる。また、ラック軸３２には、転舵輪３１，３１の舵角を検出する舵角センサ３８が設けられている。具体的には、この舵角センサ３８は、ステアリングロッド３５の作動量を検出するポテンショメータから構成されている。
【００２２】
制御装置５０は、上述の操舵角度センサ２４、電流センサ３４及び舵角センサ３８の他、車両の車速を検出する車速検出手段としての車速センサ６１、及び、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ６２などからの入力信号に基づいて、操舵機構２０及び転舵機構３０を制御する。ここで、操舵機構２０及び転舵機構３０は、それぞれ、反力モータ駆動回路５１及び転舵アクチュエータ駆動回路５２を介して、制御装置５０に接続されている。
【００２３】
反力モータ駆動回路５１は、制御装置５０からの出力に基づいて反力モータ２３を駆動し、路面の摩擦力などの車両の走行状態及び運転者による操作状態に応じて、ステアリングホイル２１に対して操舵反力、又は、復帰抵抗力を付与する。ここで、反力モータ駆動回路５１には、制御装置５０において車両の走行状態及びステアリングホイル２１の操作状態に応じて決定された目標操舵反力が入力される。反力モータ駆動回路５１は、反力トルクセンサ２５により検出される反力モータ２３の操舵反力が目標操舵反力と一致するように、反力モータ２３を駆動する。
これにより、ステアリングホイル２１に対して操舵反力、又は、復帰抵抗力を加えることができるため、運転者は、ステアリングホイル２１と転舵輪３１，３１とが機械的に連結されているかのような操作フィーリングを得ることができる。
【００２４】
転舵アクチュエータ駆動回路５２は制御装置５０からの出力に基づいて転舵アクチュエータ３３を駆動し、ラック軸３２を動かすことにより転舵輪３１，３１を転舵させる。ここで、転舵アクチュエータ駆動回路５２には、制御装置５０において車両の走行状態及びステアリングホイル２１の操作状態に応じて決定された制御指示舵角δが入力される。転舵アクチュエータ駆動回路５２は、舵角センサ３８により検出される転舵輪３１，３１の転舵角が制御指示舵角δと一致するように、転舵アクチュエータ３３を駆動する。
これにより、車両用操舵装置１では、ステアリングホイル２１の操舵量（操舵角）に対する転舵輪３１，３１の転舵角の角度比の特性、すなわち、操舵特性を自動的に設定できる。
【００２５】
ここで、ＳＢＷ方式の車両用操舵装置１では、操舵機構２０と転舵機構３０とが機械的に分離しているため、転舵輪３１，３１に生じる路面反力（路面μ）がステアリングホイル２１に伝達されず、基本的には運転者は路面μなどの路面情報を把握できない。そこで、車両用操舵装置１では、路面μなどに応じて、ステアリングホイル２１に対する操舵反力を異なるように制御することにより、運転者に路面情報を伝達するようにしている。
【００２６】
＜路面摩擦係数（μ）の推定方法＞
以下、図２〜図４を用いて、車両用操舵装置１における路面μの推定方法について説明する。
図２は、路面μの推定方法についての制御ブロック図であり、図３は車速と転舵アクチュエータの消費電流との関係についての参照データマップである。また、図４は、路面μの推定方法についての制御フローである。
【００２７】
図２に示すように、路面μの推定方法についての制御ブロックは、車速センサ６１と、電流センサ３４と、転舵アクチュエータ３３と、制御装置５０の一部をなす駆動制御部５３、摩擦係数推定部５４及び記憶部５５と、から構成される。
【００２８】
制御装置５０の駆動制御部５３は転舵アクチュエータ駆動回路５２を介して、車両の挙動に影響を与えない所定の振動周期でラック軸３２を振動させるように転舵アクチュエータ３３を制御する。そして、電流センサ３４は、この際に転舵アクチュエータ３３が消費した電流を測定する。
【００２９】
制御装置の記憶部５５は、車速と転舵アクチュエータの消費電流との関係についての参照データマップを記憶する。
参照データマップは、図３に示すように、車速と、転舵アクチュエータ３３が消費した電流とにより構成される。図３中実線で示されたものは、車速に応じた基準消費電流を示す。基準消費電流としては、例えば、通常の路面（晴天時のアスファルト）において、所定の振動周期でラック軸３２を振動させた場合に転舵アクチュエータ３３が消費する電流が該当する。
【００３０】
そして、制御装置５０の摩擦係数推定部５４は、電流センサ３４が測定した転舵アクチュエータ３３の消費電流と、車速センサ６１が検出した車速と、参照データマップとから路面の摩擦係数（路面μ）を推定する。すなわち、摩擦係数推定部５４は、参照データマップの基準消費電流と転舵アクチュエータ３３が消費した消費電流との差から路面μを推定する。
【００３１】
ここで、路面μが高い場合には、所定の振動周期でラック軸３２を振動させるためには大きな力が必要となるため、転舵アクチュエータ３３が消費する消費電流は高くなる。一方、路面μが低い場合には、所定の振動周期でラック軸３２を振動させるためにはそれほど大きな力が必要ではないため、転舵アクチュエータ３３が消費する消費電流は低くなる。
【００３２】
すなわち、電流センサ３４が測定した転舵アクチュエータ３３の消費電流が基準消費電流よりも高い場合には（図３中の点Ｐ）、摩擦係数推定部５４は路面μが高いと推定し、電流センサ３４が測定した転舵アクチュエータ３３の消費電流が基準消費電流よりも低い場合には（図３中の点Ｑ又は点Ｒ）、摩擦係数推定部５４は路面μが低いと推定する。特に、摩擦係数推定部５４は、基準消費電流と転舵アクチュエータ３３の消費電流との差から路面μを推定するため、転舵アクチュエータ３３の消費電流が図３中の点Ｒである場合には、転舵アクチュエータ３３の消費電流が図３中の点Ｑである場合よりもより路面μが低いと推定する。なお、図３中の点Ｑと点Ｒとは同一車速時における転舵アクチュエータ３３の消費電流を示している。
【００３３】
次に、図４のフローチャートを参照して、上述のように構成された制御装置５０において、路面μを推定する手順について説明する。
【００３４】
先ず、ステップＳ１０１において、制御装置５０の駆動制御部５３は、所定の振動周期でラック軸３２を振動させるように転舵アクチュエータ３３を制御する。ここで、所定の振動周期とは、車両の挙動に影響を与えない程度のものをいう。ステップＳ１０２では、電流センサ３４により、ラック軸３２を振動させるために転舵アクチュエータ３３が消費した消費電流を測定する。
【００３５】
ステップＳ１０３では、車速センサ６１により、車速を測定する。ステップＳ１０４では、摩擦係数推定部５４により、測定した電流を車速に応じた基準消費電流（図３）と比較する。実施形態では、アスファルトで舗装された晴天時の路面でラック軸３２を所定の振動周期で振動させた際に転舵アクチュエータ３３が消費する電流を、基準消費電流としている。
【００３６】
ステップＳ１０５では、摩擦係数推定部５４は、測定した電流が基準消費電流よりも高いか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ１０６に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ１０７に移る。ステップＳ１０６では、摩擦係数推定部５４は、アスファルトで舗装された晴天時の路面よりも路面μが高いと推定し、処理を終了する。また、ステップＳ１０７では、摩擦係数推定部５４は、アスファルトで舗装された晴天時の路面よりも路面μが低いと推定し、処理を終了する。
【００３７】
このように、実施形態では摩擦係数推定部５４は、ラック軸３２を所定の振動周期で振動させた際に転舵アクチュエータ３３が消費する電流と基準消費電流とを比べることにより路面μを推定する。
【００３８】
＜操舵反力制御処理＞
摩擦係数推定部５４により推定された路面μは、ステアリングホイル２１に対する操舵反力により、運転者に伝達される。
以下、図５を用いて、車両用操舵装置１における操舵反力制御処理について説明する。
【００３９】
図５に示すように、操舵反力制御処理についての制御ブロックは、操舵角度センサ２４と、反力モータ２３と、制御装置５０の一部をなす駆動制御部５３及び摩擦係数推定部５４と、から構成される。
【００４０】
操舵角度センサ２４はステアリングホイル２１の回転角度を検出し、制御装置５０の摩擦係数推定部５４は路面μを推定する。制御装置５０の駆動制御部５３はステアリングホイル２１の回転角度及び路面μから目標操舵反力を設定し、反力モータ駆動回路５１を介して、ステアリングシャフト２２に目標操舵反力に応じた操舵反力を付与するように反力モータ２３を制御する。
これにより、路面μやステアリングホイル２１の回転角度に応じた操舵反力をステアリングホイル２１に付与できる。
【００４１】
そのため、例えば、制御装置５０の駆動制御部５３は、路面μが高い場合には、目標操舵反力を大きく設定することができる。これにより、路面μが高い場合には、ステアリングホイル２１の操舵に大きな力が必要となり、ステアリングホイル２１があまり回転しないようにすることができる。
また、例えば、制御装置５０の駆動制御部５３は、路面μが低い場合には、目標操舵反力を小さく設定することもできる。これにより、ステアリングホイル２１の操舵にあまり力が必要ではなく、ステアリングホイル２１が容易に回転するため、路面μが低いことを運転者に伝達することができる。
【００４２】
このように、制御装置５０の駆動制御部５３を用いることにより、路面μなどに応じてステアリングホイル２１に対して適切な操舵反力を付与することができる。
【００４３】
特に、路面μは、従来のＳＢＷ方式の車両用操舵装置に設けられた装置を用いて容易に推定できるため、新たな装置を付加する必要なく路面μを検出し、その情報を操舵反力に反映できる。
また、路面μは、車速に応じた基準消費電流に基づいて推定されるため、例えば、車速が０の時（停車時）であっても路面μを推定でき、車速が０の時にもステアリングホイル２１に対して適切な操舵反力を付与することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらに限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計なども含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置を示す構成図である。
【図２】前記実施形態に係る車両用操舵装置の路面摩擦係数の推定制御に関するブロック図である。
【図３】前記実施形態に係る路面摩擦係数についての参照データマップを示す図である。
【図４】前記実施形態に係る車両用操舵装置の路面摩擦係数の推定制御に関するフローである。
【図５】前記実施形態に係る車両用操舵装置の操舵反力の制御に関するブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…車両用操舵装置、２０…操舵機構、２１…ステアリングホイル、２４…操舵角度センサ、３０…転舵機構、３１，３１…転舵輪、３２…ラック軸、３３…転舵アクチュエータ、３４…電流センサ、３８…舵角センサ、５０…制御装置、５３…駆動制御部、５４…摩擦係数推定部、６１…車速センサ
【図１】
2008195203.tif 000003
【図２】
2008195203.tif 000004
【図３】
2008195203.tif 000005
【図４】
2008195203.tif 000006
【図５】
2008195203.tif 000007