(57)【要約】【課題】路面摩擦状態を推定するための判定基準であるＳＡＴ基準値を高精度に演算する。【解決手段】ＳＡＴ推定部２３は、操舵トルクとアシストトルクの和に基づいてＳＡＴ推定値を得る。ＳＡＴモデル値演算部２５は、スリップ角に基づいてＳＡＴモデル値を演算する。ＳＡＴ比演算部２６は、ＳＡＴ推定値とＳＡＴモデル値との比を演算する。ＳＡＴ基準値演算部２７は、所定時間内のＳＡＴ比の最大値が閾値を超えた場合に、荷重増加やタイヤ空気圧低下によってタイヤと路面間の接地長が増加し、ＳＡＴ勾配が大きくなったと判定して、ＳＡＴモデル値を上方修正してＳＡＴ基準値を求める。【選択図】　　　　図２
2004074845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
スリップ角を推定するスリップ角推定手段と、
前記スリップ角推定手段により推定されたスリップ角を用いて、セルフアライニングトルクモデル値を演算するセルフアライニングトルクモデル値演算手段と、
前記セルフアライニングトルク推定手段により推定された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モデル値演算手段により演算されたセルフアライニングトルクモデル値と、の比であるセルフアライニングトルク比を演算するセルフアライニングトルク比演算手段と、
前記セルフアライニングトルク比演算手段により演算されたセルフアライニングトルク比の最大値が閾値を超えたときに、前記セルフアライニングトルク比と前記セルフアライニングトルクモデル値とに基づくセルフアライニングトルク基準値を演算するセルフアライニングトルク基準値演算手段と、
を備えたセルフアライニングトルク基準値演算装置。
【請求項２】
前記セルフアライニングトルク基準値演算手段は、
前記セルフアライニングトルク比の最大値が閾値を超えていないときに、前記セルフアライニングトルクモデル値をセルフアライニングトルク基準値として出力する
請求項１に記載のセルフアライニングトルク基準値演算装置。
【請求項３】
前記スリップ角推定手段により推定されたスリップ角にハイパスフィルタ処理を施すハイパスフィルタと、
横力を演算する横力演算手段と、
前記横力演算手段により演算された横力をスリップ角に換算するスリップ角換算手段と、
前記スリップ角換算手段により換算されたスリップ角にローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタによりハイパスフィルタ処理されたスリップ角と、前記ローパスフィルタによりフィルタ処理されたスリップ角とを加算する加算手段と、を更に備え、
前記セルフアライニングトルクモデル値演算手段は、前記加算手段により加算されたスリップ角に基づいて、セルフアライニングトルクモデル値を演算する
請求項１または２に記載のセルフアライニングトルク基準値演算装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のセルフアライニングトルク基準値演算装置と、
前記セルフアライニングトルク推定手段により推定された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基準値演算装置により演算されたセルフアライニングトルク基準値とに基づいて、路面摩擦状態を推定する路面摩擦状態推定手段と、
を備えた路面摩擦状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セルフアライニングトルク基準値演算装置及び路面摩擦状態推定装置に係り、特に、路面摩擦状態を推定するための判定基準となるセルフアライニングトルク基準値を演算するセルフアライニングトルク基準値演算装置及び路面摩擦状態推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
セルフアライニングトルク（以下「ＳＡＴ」という。）を利用してグリップ状態を推定するものとして、特願２００１−２１２６８３号明細書には、前輪スリップ角に基づいてセルフアライニングトルク（以下「ＳＡＴ」という。）基準値を演算すると共に、ドライバの操舵トルクとパワーステアリング装置のアシストトルクから操舵系の摩擦を除去してＳＡＴ推定値を演算し、ＳＡＴ基準値及びＳＡＴ推定値の比に基づいてグリップ状態を推定する技術（以下「従来技術１」という。）が記載されている。
【０００３】
ところで、車両の積載荷重が増加して前輪の荷重が増加した場合や、前輪の空気圧が低下した場合では、タイヤと路面間の接地長が増加する結果、ＳＡＴのスリップ角に対する勾配が増加する。この場合、従来技術１は、タイヤと路面間の接地長の変化を考慮することなく、スリップ角のみに基づくＳＡＴ基準値を用いてグリップ状態を推定するので、正確にグリップ状態を推定できないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、タイヤと路面間の接地長が変化した場合であっても、路面摩擦状態を推定するための判定基準であるＳＡＴ基準値を高精度に演算するセルフアライニングトルク基準値演算装置、及びこのＳＡＴ基準値を用いて路面摩擦状態を推定する路面摩擦状態推定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、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、スリップ角を推定するスリップ角推定手段と、前記スリップ角推定手段により推定されたスリップ角を用いて、セルフアライニングトルクモデル値を演算するセルフアライニングトルクモデル値演算手段と、前記セルフアライニングトルク推定手段により推定された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モデル値演算手段により演算されたセルフアライニングトルクモデル値と、の比であるセルフアライニングトルク比を演算するセルフアライニングトルク比演算手段と、前記セルフアライニングトルク比演算手段により演算されたセルフアライニングトルク比の最大値が閾値を超えたときに、前記セルフアライニングトルク比と前記セルフアライニングトルクモデル値とに基づくセルフアライニングトルク基準値を演算するセルフアライニングトルク基準値演算手段と、を備えている。
【０００６】
セルフアライニングトルク推定手段は、タイヤに生じたセルフアライニングトルクを推定する。なお、セルフアライニングトルクの推定手法は特に限定されるものではない。スリップ角推定手段は、前記タイヤのスリップ角を推定する。
【０００７】
セルフアライニングトルクモデル値演算手段は、スリップ角推定手段により推定されたスリップ角を用いて、設計の基準となるノミナル接地長の状態において高グリップ状態を仮定したモデル、すなわちスリップ角０で線形化された線形モデルのセルフアライニングトルクモデル値を演算する。このセルフアライニングトルクモデル値は、変数としてスリップ角のみを用いて演算された値であり、路面摩擦状態の変化、例えばタイヤと路面間の接地長の変化などは考慮していない。
【０００８】
セルフアライニングトルク比演算手段は、セルフアライニングトルクとセルフアライニングトルクモデル値との比であるセルフアライニングトルク比を演算する。ここで、タイヤと路面間の接地長が初期状態のまま一定であれば、セルフアライニングトルク比も一定になっている。しかし、上記接地長が変化した場合、これに伴ってセルフアライニングトルクも変化し、さらにセルフアライニングトルク比も変化する。
【０００９】
そこで、セルフアライニングトルク基準値演算手段は、セルフアライニングトルク比の最大値が閾値を超えたときに、セルフアライニングトルク比とセルフアライニングトルクモデル値とに基づいて、路面摩擦状態の判定基準となるセルフアライニングトルク基準値を演算する。
【００１０】
したがって、請求項１に記載の発明によれば、タイヤと路面間の接地長の変化に応じてセルフアライニングトルク比の最大値が変化したときは、セルフアライニングトルク比とセルフアライニングトルクモデル値とに基づいてセルフアライニングトルク基準値を演算することによって、タイヤと路面間の接地長の変化に応じた最適なセルフアライニングトルク基準値を求めることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記セルフアライニングトルク基準値演算手段は、前記セルフアライニングトルク比の最大値が閾値を超えていないときは、前記セルフアライニングトルクモデル値をセルフアライニングトルク基準値として出力するものである。
【００１２】
セルフアライニングトルク基準値演算手段は、セルフアライニングトルク比の最大値が閾値を超えていないときは、タイヤと路面間の接地長が一定のままなので、ノミナル接地長の状態を仮定したセルフアライニングトルクモデル値をセルフアライニングトルク基準値としてそのまま出力する。
【００１３】
したがって、請求項２に記載の発明によれば、セルフアライニングトルク比の最大値と閾値とを比較してタイヤと路面間の接地長が変化の有無を判定し、上記接地長が変化しない場合のセルフアライニングトルク基準値を求めることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記スリップ角推定手段により推定されたスリップ角にハイパスフィルタ処理を施すハイパスフィルタと、横力を演算する横力演算手段と、前記横力演算手段により演算された横力をスリップ角に換算するスリップ角換算手段と、前記スリップ角換算手段により換算されたスリップ角にローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタと、前記ハイパスフィルタによりハイパスフィルタ処理されたスリップ角と、前記ローパスフィルタによりフィルタ処理されたスリップ角とを加算する加算手段と、を更に備え、前記セルフアライニングトルクモデル値演算手段は、前記加算手段により加算されたスリップ角に基づいて、セルフアライニングトルクモデル値を演算するものである。
【００１５】
ハイパスフィルタは、スリップ角推定手段により推定されたスリップ角にハイパスフィルタ処理を施すことで、バンク路走行時にスリップ角に含まれるドリフト誤差を除去し、セルフアライニングトルクに対して位相遅れのない高周波成分を抽出する。
【００１６】
横力演算手段は、前記タイヤに生じた横力を演算する。ここで、横力とタイヤのスリップ角の間には、略線形の関係が存在する。そこで、スリップ角換算手段は、このような関係を考慮して、横力からスリップ角を換算する。ローパスフィルタは、換算されたスリップ角にローパスフィルタ処理を施すことで、高周波領域に含まれる外乱ノイズ等の変動成分を除去し、バンク路走行時で正確な低周波成分を抽出する。
【００１７】
加算手段は、ハイパスフィルタ処理済みのスリップ角と、ローパスフィルタ処理済みのスリップ角とを加算することで、外乱ノイズやドリフト誤差がなく、セルフアライニングトルクに対して位相遅れのないスリップ角を演算する。
【００１８】
したがって、請求項３に記載の発明によれば、直線水平路やバンク路を走行する場合であっても、外乱ノイズやドリフト誤差がなく、セルフアライニングトルクに対して位相遅れのないセルフアライニングトルク基準値を演算することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載のセルフアライニングトルク基準値演算装置と、前記セルフアライニングトルク推定手段により推定された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基準値演算装置により演算されたセルフアライニングトルク基準値とに基づいて、路面摩擦状態を推定する路面摩擦状態推定手段と、を備えている。
【００２０】
したがって、請求項４に記載の発明によれば、タイヤと路面間の接地長が変化した場合でも、その変化に応じた判定基準であるセルフアライニングトルク基準値を用いることにより、路面摩擦状態を高精度に推定することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る路面摩擦状態推定装置の構成を示すブロック図である。路面摩擦状態推定装置は、例えば電動式パワーステアリング装置が搭載された車両に用いることができるが、後述するように油圧式パワーステアリング装置が搭載された車両にも用いることができる。
【００２３】
路面摩擦状態推定装置は、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１１と、モータ電流を検出する電流センサ１２と、操舵角を検出する操舵角センサ１３と、車速を検出する車速センサ１４と、横加速度を検出する横加速度センサ１５と、各センサから出力された信号を用いて路面摩擦状態を推定する電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という。）２０とを備えている。
【００２４】
操舵トルクセンサ１１は、ステアリングシャフトと同軸上に取り付けられており、操舵軸に作用する操舵トルクに応じたセンサ信号を出力して、ＥＣＵ２０に供給する。電流センサ１２は、電動式パワーステアリング装置で使用される電動モータのモータ電流に応じたセンサ信号を出力して、ＥＣＵ２０に供給する。
【００２５】
操舵角センサ１３は、ドライバの操舵による操舵角θｐに応じたセンサ信号を出力し、ＥＣＵ２０に供給する。車速センサ１４は、車速（車体速度）ｕに応じたセンサ信号を出力して、ＥＣＵ２０に供給する。また、横加速度センサ１５は、車両の横方向の加速度（横加速度）に応じたセンサ信号を出力し、ＥＣＵ２０に供給する。
【００２６】
図２は、ＥＣＵ２０の機能的な構成を示すブロック図である。ＥＣＵ２０は、操舵トルクを検出する操舵トルク検出部２１と、アシストトルクを検出するアシストトルク検出部２２と、ＳＡＴを推定するＳＡＴ推定部２３と、スリップ角を推定するスリップ角推定部２４と、スリップ角に基づいてＳＡＴモデル値を演算するＳＡＴモデル値演算部２５と、を備えている。
【００２７】
ＥＣＵ２０は、さらに、ＳＡＴ推定値とＳＡＴモデル値との比を演算するＳＡＴ比演算部２６と、ＳＡＴ基準値を演算するＳＡＴ基準値演算部２７と、グリップ度を推定するグリップ度推定部２８と、路面摩擦係数（以下「路面μ」という。）を推定する路面μ推定部２９とを備えている。
【００２８】
操舵トルク検出部２１は、操舵トルクセンサ１１のセンサ信号に基づいて、ドライバが操舵したときに作用する操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクをＳＡＴ推定部２３に供給する。
【００２９】
アシストトルク検出部２２は、電流センサ１２のセンサ信号に基づくモータ電流と、予め設定されたパラメータ（例えば、ピニオンリード、ボールネジリード、アシストモータトルク係数）とに基づいて、電動式パワーステアリング装置に作用するアシストトルクを検出し、アシストトルクをＳＡＴ推定部２３に供給する。なお、アシストトルク検出部２２は、上記モータ電流の代わりに、電動式パワーステアリング装置のモータに出力する電流指令値を使ってもよい。
【００３０】
ＳＡＴ推定部２３は、操舵トルク検出部２１で検出された操舵トルクと、アシストトルク検出部２２で検出されたアシストトルクとの和を演算することで、操舵系の摩擦を除去して、路面とタイヤ間で発生するＳＡＴを推定する。
【００３１】
図３は、操舵トルクとアシストトルクの和に対するＳＡＴ推定値を示す図である。２本の直線の幅は、操舵系の摩擦によるヒステリシス特性の大きさを表したものである。また、それぞれの直線の傾きは１である。
【００３２】
図４は、ヒステリシス特性の除去方法を説明するために表した操舵トルクとアシストトルクの和に対するＳＡＴ推定値を示す図である。
【００３３】
操舵トルクとアシストトルクの和がゼロ、スリップ角もゼロとなる直進状態では、ヒステリシス特性は発生しておらず、このときのＳＡＴ推定値は０となる。
【００３４】
次に操舵が行われ、ＳＡＴが発生した場合、ＳＡＴ推定値は、操舵トルクとアシストトルクの和に対し傾きＫ１で演算される。具体的には、ＳＡＴ推定部２３は、離散化されたロジックにより、次の（１）式を演算する。
【００３５】
【数１】
2004074845.tif 000003
【００３６】
ただし、ＴＳＡＴはＳＡＴ推定値、ＴＤＡは操舵トルクとアシストトルクの和である。また、クーロン摩擦等によって操舵トルクとアシストトルクの和が変動しても、ＳＡＴ推定値の変動は小さいことを表現するために、傾きＫ１は１に比較して小さく設定されている。
【００３７】
操舵が行われた場合、（１）式によるＳＡＴ推定値は、図４におけるＡ点まで達する。さらに、操舵トルクとアシストトルクの和が増加する場合には、ＳＡＴ推定値は、モデルの下限を示す直線、すなわち（２）式に従って増加する。
【００３８】
【数２】
2004074845.tif 000004
【００３９】
さらに操舵が行われ、Ｂ点まで達したところで切り増しが終了し、操舵トルクとアシストトルクの和が減少し始めた場合には、傾きＫ１で（１）式に従ってＳＡＴ推定値は減少する。この領域では、操舵トルクとアシストトルクの和の変動に対し、ＳＡＴ推定値の変動は小さくなるように設定されている。これは、旋回時の保舵状態において、ドライバの操舵力が多少変化しても、パワーステアリング装置のクーロン摩擦等の影響によってＳＡＴ推定値に影響が現れないようにしたものである。
【００４０】
なお、Ｂ点からＳＡＴの減少によって到達したＣ点において、再び操舵トルクとアシストトルクの和が増加する場合には、（１）式に従いＢ点に向かってＳＡＴ推定値は増加する。また、切戻しによりＣ点からさらに操舵トルクとアシストトルクの和が減少し、モデルの上限に達した場合には、ＳＡＴ推定値は上限を示す直線、すなわち（２）式に従って減少する。このような２種類の傾きの設定によって、ヒステリシス特性が除去される。そして、ＳＡＴ推定部２３は、このようにして得られたＳＡＴ推定値をＳＡＴ比演算部２６及びグリップ度推定部２８に供給する。
【００４１】
スリップ角推定部２４は、操舵角センサ１３のセンサ信号に基づく操舵角θｐ［ｒａｄ］と、車速センサ１４のセンサ信号に基づく車速ｕ［ｍ／ｓ］とに基づいて、前輪タイヤのスリップ角である前輪スリップ角αＥ［ｒａｄ］を推定する。ここで、前輪スリップ角αＥは、車両運動の動特性を利用すると、（３）式及び（４）式の状態方程式によって表される。
【００４２】
【数３】
2004074845.tif 000005
【００４３】
ただし、ｖ：横速度［ｍ／ｓ］、ｒ：ヨーレート［ｒａｄ／ｓ］、ｕ：車速［ｍ／ｓ］、ｃｆ：前輪コーナリングパワー［Ｎ／ｒａｄ］、ｃｒ：後輪コーナリングパワー［Ｎ／ｒａｄ］、Ｌｆ：前軸重心間距離［ｍ］、Ｌｒ：後軸重心間距離［ｍ］、Ｍ：車両質量［ｋｇ］、ＩＺ：ヨー慣性［ｋｇｍ２］、ｇｈ：ハンドル実舵間ギヤ比である。
【００４４】
上記（３）式及び（４）式をサンプル時間τで離散化し、車速ｕの関数として表現すると、次の（５）式及び（６）式が得られる。
【００４５】
【数４】
2004074845.tif 000006
【００４６】
ただし、ｋはサンプリング番号である。また、（５）式のＡｓ及びＢｓは、次の（７）式で表される。
【００４７】
【数５】
2004074845.tif 000007
【００４８】
スリップ角推定部２４は、サンプル時間τ毎に、（５）から（７）式に従って演算することで前輪スリップ角αＥを推定し、前輪スリップ角αＥをＳＡＴモデル値演算部２５に供給する。
【００４９】
ＳＡＴモデル値演算部２５は、前輪スリップ角αＥを用いてＳＡＴモデル値を演算する。ここで、ＳＡＴモデル値とは、設計の基準となるノミナル接地長の状態において高グリップ状態を仮定したモデル、すなわちスリップ角０で線形化された線形モデルのＳＡＴ値をいう。具体的には、次の（８）式を演算する。
【００５０】
【数６】
2004074845.tif 000008
【００５１】
ただし、Ｋ０：車両の荷重変化やタイヤ空気圧低下がない場合のＳＡＴモデル値の前輪スリップ角に対する原点勾配（ＳＡＴ勾配）である。ＳＡＴモデル値は、（８）式のように原点勾配Ｋ０と前輪スリップ角αＥの積で表され、車両の荷重変化やタイヤ空気圧低下がなく、かつ高グリップ状態の理論的なＳＡＴ値である。そして、ＳＡＴモデル値演算部２５は、（８）式に従って演算されたＳＡＴモデル値をＳＡＴ比演算部２６に供給する。
【００５２】
ＳＡＴ比演算部２６は、ＳＡＴ推定部２３で得られたＳＡＴ推定値と、ＳＡＴモデル値演算部２５で演算されたＳＡＴモデル値とを用いて、ＳＡＴ推定値のＳＡＴモデル値に対する比であるＳＡＴ比（ＳＡＴ推定値／ＳＡＴモデル値）を演算する。ここでは、オンライン同定法を用いてＳＡＴ比を演算する。具体的には、次の（９）式から（１１）式に従ってＳＡＴ比を導出する。
【００５３】
【数７】
2004074845.tif 000009
【００５４】
ただし、θ：推定パラメータ（第１要素：ＳＡＴ推定値のＳＡＴモデル値に対する比、第２要素：操舵中立点移動などによって生じるドリフト成分）、λ：忘却係数、ｋ：サンプル点番号である。
【００５５】
図５は、ＳＡＴモデル値とＳＡＴ推定値との関係を示す図である。（９）式から（１１）式のＳＡＴ比の演算アルゴリズムは、図５に示す直線の勾配を第１要素、上記直線の切片を第２要素とする推定パラメータθを求めるものである。なお、操舵中立点移動がない場合には、第２要素の切片は０となる。
【００５６】
ここで、荷重変化やタイヤ空気圧低下は、応答速度が比較的遅いものである。そこで、ＳＡＴ比の演算アルゴリズムは、速い応答を必要としないので、ドライバが操舵を何回か繰り返したときの図５に示す軌跡に基づいて推定パラメータθを求めることが好ましく、本実施形態ではオンラインの最小自乗法を適用している。
【００５７】
ＳＡＴ基準値演算部２７は、ＳＡＴ比演算部２６から供給されたＳＡＴ比に基づいて、ＳＡＴモデル値演算部２５で演算されたＳＡＴモデル値を必要に応じて修正することでＳＡＴ基準値を演算する。
【００５８】
具体的には、ＳＡＴ基準値演算部２７は、所定時間内のＳＡＴ比の最大値が閾値を超えたか否かを判定し、所定時間内のＳＡＴ比の最大値が閾値を超えていないときは、ＳＡＴモデル値をそのままＳＡＴ基準値として出力する。
【００５９】
一方、所定時間内のＳＡＴ比の最大値が閾値を超えたときは、荷重増加やタイヤ空気圧低下によってタイヤと路面間の接地長が増加し、ＳＡＴ勾配が大きくなったと判定して、ＳＡＴモデル値を上方修正してＳＡＴ基準値を求める。上方修正のための演算式は次の（１２）式である。
【００６０】
【数８】
2004074845.tif 000010
【００６１】
ただし、ＴＳＡＴ０ｍ：ＳＡＴ基準値、ＴＳＡＴ０：修正前のＳＡＴモデル値、γ：上方修正のためのパラメータであり、本実施形態では所定時間内のＳＡＴ比の最大値である。また、閾値としては、例えば「１．２」を用いることができる。なお、走行中に空気圧の調圧は行われないことを考慮して、一定時間以上の停止状態が続かない限り、γは減少しないパラメータとして設定してもよい。そして、ＳＡＴ基準値演算部２７は、以上のようにして求められたＳＡＴ基準値ＴＳＡＴｍ０をグリップ度推定部２８に供給する。
【００６２】
グリップ度推定部２８は、ＳＡＴ推定部２３で推定されたＳＡＴ推定値ＴＳＡＴと、ＳＡＴ基準値演算部２７で演算されたＳＡＴ基準値ＴＳＡＴｍ０とに基づいて、次の（１３）式に従って、グリップ度εを推定する。
【００６３】
【数９】
2004074845.tif 000011
【００６４】
なお、グリップ度推定部２８は、上述した手法によってグリップ度εを推定する場合に限らず、例えば、ＳＡＴ基準値ＴＳＡＴｍ０とＳＡＴ推定値ＴＳＡＴの関数でグリップ度εを表してもよいし、ＳＡＴ基準値ＴＳＡＴｍ０とＳＡＴ推定値ＴＳＡＴの２次元マップでグリップ度εを記述してもよい。
【００６５】
路面μ推定部２９は、グリップ度推定部２８で推定されたグリップ度εが所定の判定基準以下（例えば、ε≦０．５）の状態になったときに、当該グリップ度εと横加速度センサ１５のセンサ信号に基づく横加速度ｇｙとから路面μを推定する。
【００６６】
ここで、路面μは、次の（１４）式によって表される。
【００６７】
【数１０】
2004074845.tif 000012
【００６８】
ただし、ｇは重力加速度である。また、ｇｆｙは前輪位置横加速度であり、次の（１５）式で表される。
【００６９】
【数１１】
2004074845.tif 000013
【００７０】
このように求められる路面μは、グリップ度εが小さいほど、すなわち限界に近いほど推定精度が向上する。そこで、路面μ推定部２９は、上述のように、グリップ度εが所定の判定基準以下になったときに、（１４）式及び（１５）式に従って路面μを推定する。
【００７１】
以上のように、第１の実施形態に係る路面摩擦状態推定装置は、タイヤと路面間の接地長が初期状態の場合には、ＳＡＴモデル値をＳＡＴ基準値として演算し、当該ＳＡＴ基準値とＳＡＴ推定値に基づいて路面摩擦状態を推定する。
【００７２】
そして、積載荷重の増加やタイヤ空気圧低下によってタイヤと路面間の接地長が増加して、ＳＡＴのスリップ角に対する勾配が増加した場合には、ＳＡＴモデル値だけでなく現在のＳＡＴ推定値も考慮してＳＡＴ基準値を演算することができる。これにより、上記路面摩擦状態は、タイヤと路面間の接地長の変化に応じて、横方向の摩擦力余裕に相当するグリップ度εを高精度に推定することができる。そして、グリップ度εが判定基準以下になったときには、路面μを高精度に推定することができる。
【００７３】
［第２の実施形態］
つぎに、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同様の部位には同様の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７４】
図６は、第２の実施形態に係る路面摩擦状態推定装置の構成を示すブロック図である。路面摩擦状態推定装置は、図１に示した構成に加えて、ヨーレートを検出するヨーレートセンサ１６を更に備えている。
【００７５】
図７は、ＥＣＵ２０の機能的な構成を示すブロック図である。ＥＣＵ２０は、図２に示す構成に加えて、スリップ角にハイパスフィルタ処理を施すハイパスフィルタ３１と、車両の前輪横力を演算する横力演算部３２と、前輪横力をスリップ角に換算するスリップ角換算部３３と、換算されたスリップ角にローパスフィルタ処理施すローパスフィルタ３４と、フィルタ処理済みの２つのスリップ角を加算する加算器３５と、を備えている。
【００７６】
ハイパスフィルタ３１は、スリップ角推定部２４で推定された前輪スリップ角αＥにハイパスフィルタ処理を施す。ここで、スリップ角推定部２４で推定された前輪スリップ角αＥは、バンク路走行時に操舵中立点が移動した場合には低周波領域にドリフト誤差を含んでしまうが、高周波領域にはＳＡＴ推定値に対して位相遅れのない信号成分を含んでいる。そこで、ハイパスフィルタ３１は、前輪スリップ角αＥにハイパスフィルタ処理を施すことで、低周波領域のドリフト誤差を除去すると共に、ＳＡＴ推定値に対して位相遅れのない高周波成分のみを抽出する。
【００７７】
ハイパスフィルタ３１は、１次の離散フィルタによって構成される。ここで、連続時間における１次ハイパスフィルタは、（１６）式の伝達関数によって表される。
【００７８】
【数１２】
2004074845.tif 000014
【００７９】
ただし、ωｂは折点周波数である。（１６）式をＴｕｓｔｉｎ変換などの手法を用いて変換すると、離散時間のハイパスフィルタを設計することができる。Ｔｕｓｔｉｎ変換において、サンプリング時間をＴ、時間進みオペレータをｚとした場合、ｓは（１７）式で表される。
【００８０】
【数１３】
2004074845.tif 000015
【００８１】
（１７）式を（１６）式に代入すると、離散時間のハイパスフィルタは、（１８）式で表される。
【００８２】
【数１４】
2004074845.tif 000016
【００８３】
ハイパスフィルタ３１は、（１８）式に従って前輪スリップ角αＥにハイパスフィルタ処理を施し、フィルタ処理された前輪スリップ角αＥを加算器３５に供給する。
【００８４】
横力演算部３２は、横加速度センサ１５のセンサ信号に基づく横加速度ｇｙと、ヨーレートセンサ１６のセンサ信号に基づくヨーレートｒとを用いて、前輪タイヤに生じた横力である前輪横力Ｆｆを演算する。
【００８５】
ここで、前輪横力Ｆｆは、横加速度ｇｙについては次の（１９）式の運動方程式を満たし、ヨーレートｒについては次の（２０）式の運動方程式を満たす。
【００８６】
【数１５】
2004074845.tif 000017
【００８７】
ただし、Ｆｒ：後輪横力である。また、横加速度ｇｙは、次の（２１）式の通りである。
【００８８】
【数１６】
2004074845.tif 000018
【００８９】
（１９）式及び（２０）式を整理すると、前輪横力Ｆｆは（２２）式のようになる。
【００９０】
【数１７】
2004074845.tif 000019
【００９１】
そこで、横力演算部３２は、ヨーレートｒと横加速度ｇｙとを用いて、（１４）式に従って前輪横力Ｆｆを演算し、前輪横力Ｆｆをスリップ角換算部３３に供給する。
【００９２】
スリップ角換算部３３は、横力演算部３２から供給された前輪横力Ｆｆを前輪コーナリングパワーｃｆで除算することで、前輪横力Ｆｆを前輪スリップ角αＴに換算する。具体的には、次の（２３）式を演算する。
【００９３】
【数１８】
2004074845.tif 000020
【００９４】
ローパスフィルタ３４は、スリップ角換算部３３で演算された前輪スリップ角αＴにローパスフィルタ処理を施す。ここで、スリップ角換算部３３で演算された前輪スリップ角αＴは、高周波領域に路面外乱の影響を受けたノイズや位相遅れ等の変動成分を含んでいるものの、バンク路走行時であっても影響されない低周波成分を含んでいる。そこで、ローパスフィルタ３４は、前輪スリップ角αＴにローパスフィルタ処理を施すことで、高周波領域の変動成分を除去すると共に、正確に演算された低周波成分のみを抽出する。
【００９５】
具体的には、ローパスフィルタ３４は、ハイパスフィルタ３１と同じ折点周波数を有する１次の離散フィルタとして構成されている。ここで、連続時間における１次ローパスフィルタは、次の（２４）式の伝達関数によって表される。
【００９６】
【数１９】
2004074845.tif 000021
【００９７】
（２４）式をＴｕｓｔｉｎ変換すると、離散時間のローパスフィルタとなり、次の（２５）式で表される。
【００９８】
【数２０】
2004074845.tif 000022
【００９９】
ローパスフィルタ３４は、（２５）式に従って前輪スリップ角αＴにローパスフィルタ処理を施し、フィルタ処理された前輪スリップ角αＴを加算器３５に供給する。
【０１００】
なお、折れ点周波数は、特に限定されるものではないが、路面外乱に伴うノイズを除去できるように、また、バンク路進入時に路面カント変化速度に対応できるような周波数であるのが好ましい。
【０１０１】
加算器３５は、ハイパスフィルタ３１から供給された前輪スリップ角αＥと、ローパスフィルタ３４から供給された前輪スリップ角αＴとを加算して、統合スリップ角αＩを演算する。すなわち、次の（２６）式を演算する。
【０１０２】
【数２１】
2004074845.tif 000023
【０１０３】
ここで、ハイパスフィルタ３１の伝達関数とローパスフィルタ３４の伝達関数の和は、１となる。これは、同一信号をハイパスフィルタとローパスフィルタに入力し、各フィルタの出力を加算した場合、元の信号が復元されることを意味している。したがって、加算器３５は、ドリフト誤差やノイズ等の影響を受けないスリップ角αＩを演算することができる。
【０１０４】
ＳＡＴモデル値演算部２５は、加算器３５で得られた統合スリップ角αＩを用いて、車両の荷重変化やタイヤ空気圧低下がない場合のＳＡＴモデル値を演算する。具体的には、次の（２７）式を演算する。
【０１０５】
【数２２】
2004074845.tif 000024
【０１０６】
これにより、ＳＡＴモデル値演算部２５は、バンク路走行時の操舵中立点移動によるドリフト誤差や、路面外乱等によるノイズの影響を受けることなく、車両の荷重変化やタイヤ空気圧低下がない場合のＳＡＴモデル値を高精度に演算することができる。
【０１０７】
ＳＡＴ比演算部２６は、ＳＡＴ推定部２３で得られたＳＡＴ推定値と、ＳＡＴモデル値演算部２５で演算されたＳＡＴモデル値とを用いて、ＳＡＴ比（ＳＡＴ推定値／ＳＡＴモデル値）を演算する。本実施形態では、次の（２８）式から（３０）式に従ってＳＡＴ比を導出する。
【０１０８】
【数２３】
2004074845.tif 000025
【０１０９】
ただし、θ：推定パラメータ（ＳＡＴ推定値のＳＡＴモデル値に対する比）である。つまり、推定パラメータθはＳＡＴ比のみとなる。また、第１の実施形態における（１０）式及び（１１）式のＰ［ｋ］は２行２列の行列であったのに対して、（２９）式及び（３０）式のＰ［ｋ］はスカラー値となる。
【０１１０】
したがって、本実施形態に係るＳＡＴ比演算部２６は、操舵中立点移動によるドリフト誤差を考慮する必要がないので、指定パラメータθの２次要素が不要になり、ＳＡＴ比を演算する際のオンライン同定演算の負荷を大きく低減することができる。なお、ＳＡＴ基準値演算部２７、グリップ度推定部２８は、グリップ度推定部２９は、それぞれ第１の実施形態と同様に演算処理を実行する。
【０１１１】
以上のように、本実施形態に係る路面摩擦状態推定装置は、ハイパスフィルタ３１及びローパスフィルタ３４によって抽出された統合スリップ角からＳＡＴ基準値ＴＳＡＴｍ０を演算し、ＳＡＴ基準値ＴＳＡＴｍ０とＳＡＴ推定部２３で推定されたＳＡＴ推定値ＴＳＡＴとの比を演算することで、グリップ度ε及び路面μを高精度に推定することができる。
【０１１２】
特に、路面摩擦状態推定装置は、ハイパスフィルタ３１及びローパスフィルタ３４を用いることで、バンク路走行時の操舵中立点の移動によるドリフト誤差を除去すると共に、路面外乱の影響を受けることなく、精度よく路面摩擦状態を推定することができる。さらに、路面摩擦状態推定装置は、ドリフト誤差を考慮することなくＳＡＴ比を演算するので、オンライン同定演算の負荷を大きく低減することができる。
【０１１３】
ここで、ハイパスフィルタ３１及びローパスフィルタ３４の折点周波数は、固定であってもよいが、バンク路進入時の路面カント変化速度（路面が傾く変化速度）以上に設定されることが必要である。ここで、路面カント変化速度は車速に比例するものである。そこで、ハイパスフィルタ３１及びローパスフィルタ３４は、車速が大きくなるに従って、高周波数の折点周波数になるように構成されてもよい。
【０１１４】
路面摩擦状態推定装置は、このような構成のハイパスフィルタ３１及びローパスフィルタ３４を備えることで、高速でバンクに進入する場合であっても、正確に路面摩擦状態を推定することができる。
【０１１５】
また、ハイパスフィルタ３１及びローパスフィルタ３４は、スリップ角推定値αＥとスリップ角換算値αＴとの偏差が大きくなるに従って、高周波数の折点周波数になるように構成されてもよい。その理由として、スリップ角推定値αＥとスリップ角換算値αＴとの偏差が大きくなった時は、バンク路走行時や、横力とスリップ角との関係が線形性を有しない非線形領域になった時である。このような時、操舵中立点変化やタイヤの非線形の影響を受けない前輪横力Ｆｆに基づくスリップ角換算値αＴを利用するのが好ましい。
【０１１６】
路面摩擦状態推定装置は、このような構成のハイパスフィルタ３１及びローパスフィルタ３４を備えることで、車両運動状態に応じて、操舵角に基づくスリップ角推定値αＥよりも前輪横力Ｆｆに基づくスリップ角換算値αＴを使用する割合を高めることができる。この結果、例えば急激にバンク路に進入した場合や、急激にスピン状態に陥った場合であっても、正確に路面摩擦状態を推定することができる。
【０１１７】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で様々な設計上の変更を行うことができる。
【０１１８】
例えば、上述した実施の形態では、電動式パワーステアリング装置を用いてグリップ度や路面μを推定する場合を例に挙げて説明したが、油圧式パワーステアリング装置を用いることもできる。この場合、油圧式パワーステアリング装置の油圧等を計測して操舵トルク及びアシストトルクに対応するトルクをそれぞれ検出することで、上述した実施の形態と同様にしてグリップ度や路面μを推定することができる。
【０１１９】
また、上述した実施の形態では、１次伝達関数を用いてハイパスフィルタ３１及びローパスフィルタ３４を表したが、その他の関数を用いてもよい。
【０１２０】
【発明の効果】
本発明に係るセルフアライニングトルク基準値演算装置は、セルフアライニングトルクとセルフアライニングトルクモデル値との比であるセルフアライニングトルク比を演算し、セルフアライニングトルク比の最大値が閾値を超えたときに、セルフアライニングトルク比とセルフアライニングトルクモデル値とに基づくセルフアライニングトルク基準値を演算することにより、タイヤと路面間の接地長の変化を検出して、その接地長に最適なセルフアライニングトルク基準値を演算することができる。
【０１２１】
また、本発明に係る路面摩擦状態推定装置は、セルフアライニングトルク推定手段により推定されたセルフアライニングトルクと、セルフアライニングトルク基準値演算装置により演算されたセルフアライニングトルク基準値とに基づいて、路面摩擦状態を推定することにより、タイヤと路面間の接地長の変化に対応して高精度に路面摩擦状態を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る路面摩擦状態推定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＥＣＵの機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】操舵トルクとアシストトルクの和に対するＳＡＴ推定値を示す図である。
【図４】ヒステリシス特性の除去方法を説明するために表した操舵トルクとアシストトルクの和に対するＳＡＴ推定値を示す図である。
【図５】ＳＡＴモデル値とＳＡＴ推定値との関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る路面摩擦状態推定装置の構成を示すブロック図である。
【図７】第２の実施形態に係るＥＣＵの機能的な構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２１　操舵トルク検出部
２２　アシストトルク検出部
２３　ＳＡＴ推定部
２４　スリップ角推定部
２５　ＳＡＴモデル値演算部
２６　ＳＡＴ比演算部
２７　ＳＡＴ基準値演算部
２８　グリップ度推定部
２９　路面μ推定部
【図１】
2004074845.tif 000026
【図２】
2004074845.tif 000027
【図３】
2004074845.tif 000028
【図４】
2004074845.tif 000029
【図５】
2004074845.tif 000030
【図６】
2004074845.tif 000031
【図７】
2004074845.tif 000032