(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の横力相当物理量を演算する車輪の横力相当物理量演算手段と、
車両モデルに基づいてタイヤスリップ角を演算するタイヤスリップ角演算手段と、
前記タイヤスリップ角演算手段の演算値の発散を防止する発散防止手段と、
前記車輪の横力相当物理量と前記タイヤスリップ角からコーナリングスティフネスを演算するコーナリングスティフネス演算手段と、
前記コーナリングスティフネスに基づいて車両挙動を推定する車両挙動推定手段と、
前記コーナリングスティフネスに基づいて前記車両モデルを補正する車両モデル補正手段と、
を設けたことを特徴とする車両走行状態推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両走行状態推定装置において、
前記タイヤスリップ角演算手段は前記車両モデルによって車体スリップ角を推定し、前記車体スリップ角から前記タイヤスリップ角を演算する手段であって、
前記発散防止手段は、前記タイヤスリップ角演算手段が演算した前記車体スリップ角を、積分項を用いずに演算した車体スリップ角によって補正する手段であることを特徴とする車両走行状態推定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両走行状態推定装置において、
車両に対して旋回平面上の２方向の加速度を演算する加速度演算手段を設け、
前記発散防止手段は、前記２方向の加速度から旋回半径方向を求め、前記旋回半径方向と前記車両の車幅方向との成す角から前記車体スリップ角を演算する手段であることを特徴とする車両走行状態推定装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の車両走行状態推定装置において、
車両の横加速度を検出する横加速度検出手段を設け、
前記発散防止手段は、前記横加速度または前記車体スリップ角が大きくなるほど前記積分項を用いずに演算した前記車体スリップ角の補正ゲインを、大きく設定することを特徴とする車両走行状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、車両状態を推定する車両走行状態推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術としては、特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報では、線形領域の車両運動モデルに基づいてヨーレイトと横加速度を演算し、演算したヨーレイトと横加速度とセンサにより検出されるヨーレイトと横加速度との偏差に応じて、車両運動モデルのコーナリングパワーを増減させる補正を行って車両挙動を推定するものが開示されている。
【特許文献１】特許３５７１３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来技術では、車両運動モデルに基づいて演算したヨーレイトと横加速度とセンサにより検出されるヨーレイトと横加速度との偏差に応じて車両モデルのコーナリングパワーを補正しているため、例えばドリフトアウトからスピンが発生するような車両挙動急変時にはコーナリングパワーの補正の周期が間に合わず精度良く車両挙動を推定できない虞があるといった問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、車両挙動急変時にも精度良く車両挙動を推定することができる車両走行状態推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の車両走行状態推定装置においては、車両モデルに基づいてタイヤスリップ角を演算し、車輪の横力相当物理量とタイヤスリップ角から発散を防止してコーナリングスティフネスを演算し、このコーナリングスティフネスによって車両モデルを補正するようにした。
【発明の効果】
【０００６】
そのため、車両挙動急変時にも精度良く車両挙動を推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の車両走行状態推定装置を実現する最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
［全体構成］
まず、実施例１の車両走行状態推定装置を８搭載した車両の構成について説明する。
図１は、車両の概略構成を示す構成図である。実施例１における車両は操舵装置として、ステアリングホイール９と、ステアリングシャフト１０と、電動パワーステアリング（Electric Power Steering：以下EPS）モータ７と、ラック・アンド・ピニオン機構（ピニオン１２、ラック１３）およびタイロッド１４を備えている。
【０００９】
制御系の装置としては、操舵角センサ１と、ヨーレイトセンサ２、横加速度センサ３と、前後加速度センサ４と、車輪速度センサ５と、電動パワーステアリング電子制御装置（Electric Power Steering Electronic Control Unit：以下EPSECU）６および車両走行状態推定装置８を備えている。
【００１０】
ドライバによりステアリングホイール９に操舵力が入力され、その操舵力はステアリングホイール９と一体に回転するステアリングシャフト１０に伝達する。またEPSECU６の駆動信号によってEPSモータ７が駆動して、ステアリングシャフト１０にアシストトルクを付与する。操舵力およびアシストトルクをラック・アンド・ピニオン機構１２、１３、タイロッド１４を介して左右の車輪１１FL，１１FRに伝達し、左右の車輪１１FL，１１FRを転舵する。
【００１１】
操舵角センサ１は、ステアリングシャフト１０の回転角（操舵角δ）を検出し、検出した操舵角情報を車両走行状態推定装置８に出力する。
ヨーレイトセンサ２は、車両のヨーレイトγを検出し、検出したヨーレイト情報を車両走行状態推定装置８に出力する。
【００１２】
横加速度センサ３は、車両の横加速度Gyを検出し、検出した横加速度情報を車両走行状態推定装置８に出力する。
前後加速度センサ４は、車両の前後加速度Gxを検出し、検出した前後加速度情報を車両走行状態推定装置８に出力する。
車輪速度センサ５は、車体に設けられた各車輪１１FL，１１FR，１１RL，１１RRの車輪速度Vwを検出し、検出した車輪速度情報を車両走行状態推定装置８に出力する。
【００１３】
車両走行状態推定装置８は、操舵角センサ１が検出した操舵角δ、ヨーレイトセンサ２が検出したヨーレイトγ、横加速度センサ３が検出した横加速度Gy、前後加速度センサ４が検出した前後加速度Gxおよび車輪速度センサ５が検出した車輪速度Vwに基づいて車両の走行状態を推定し、推定結果に基づいて車両の不安定挙動を抑制するようにEPSモータ７を制御する不安定挙動抑制アシスト指令をEPSECU６に出力する。
【００１４】
EPSECU６は、操舵角センサ１が検出した操舵角δ、車輪速度センサ５が検出した車輪速度Vw等に基づいて操舵アシスト力を演算し、EPSモータ７に操舵アシスト指令を出力する。
【００１５】
またEPSECU６は、車両走行状態推定装置８から出力される不安定挙動抑制アシスト指令に基づいて、車両の不安定挙動を抑制するように補正した操舵アシスト力を演算し、補正した操舵アシスト指令をEPSモータ７に出力する。
【００１６】
［車両走行状態推定装置］
次に車両走行状態推定装置８について詳述する。図２は車両走行状態推定装置８の制御ブロック図である。車両走行状態推定装置８は、車体速度演算部１６、車体スリップ角推定部１７、タイヤスリップ角演算部１８、タイヤ横力演算部１９、コーナリングスティフネス演算部２０、スタビリティファクタ演算部２１、車両挙動推定部２２および不安定挙動抑制アシスト指令値演算部２３を備える。
【００１７】
（車体速度演算部）
車体速度演算部１６は、車輪速度センサ５が検出した車輪速度Vwおよび前後加速度センサ４が検出した前後加速度Gxに基づいて車体速度Vtを演算し、その車体速度情報を車体スリップ角推定部１７およびタイヤ横力演算部１９に出力する。
【００１８】
具体的には、車体速度演算部１６は、従動輪１１RL，１１RRの車輪速度Vwの平均値、または各車輪１１FL〜１１RRの車輪速度Vwの平均値を算出して車体速度Vtの基本値とし、その基本値から急加速時のタイヤ空転や急制動時のタイヤロックによる誤差の影響が除かれるように基本値を前後加速度Gxに基づいて補正した値を、車体速度Vtの推定結果とする。
【００１９】
（車体スリップ角推定部）
車体スリップ角推定部１７は、操舵角センサ１が検出した操舵角δ、ヨーレイトセンサが検出したヨーレイトγ、横加速度センサ３が検出した横加速度Gy、前後加速度センサ４が検出した前後加速度Gx、車体速度演算部１６が演算した車体速度Vtに基づいて車体スリップ角推定値βt*を推定し、その車体スリップ角推定値をタイヤスリップ角演算部１８に出力する。
【００２０】
図３は車体スリップ角推定部１７の制御ブロック図である。車体スリップ角推定部１７は、直接積分法演算部１７ａと、線形オブザーバ演算部１７ｂと、Atan法演算部１７ｃとを有する。
【００２１】
車体スリップ角推定部１７では、直接積分法で推定した車体スリップ角を、線形オブザーバ、Atan法によって推定した車体スリップ角に基づいて補正して精度の高い車体スリップ角を推定するものである。
【００２２】
＜直接積分法＞
直接積分法演算部１７ａは、車両の横方向（車幅方向）に働く運動のつりあいの式に基づいて車体スリップ角βtを求め、βt* Integralとして出力する。
旋回時に車両の横方向（車幅方向）に働く運動のつりあいの式は下記の式(1)によって表すことができる。
【数１】
0005251176.tif 000002
なお、Vtは車体速度、βtは車体スリップ角の時間微分値、γはヨーレイト、Gyは横加速度を示す。
【００２３】
式(1)を車体スリップ角の時間微分値βtについて解くと下記の式(2)となる。
【数２】
0005251176.tif 000003
【００２４】
式(2)を時間積分すると下記の式(3)となり、車体スリップ角βtを求めることができる。
【数３】
0005251176.tif 000004
【００２５】
＜線形オブザーバ＞
線形オブザーバ演算部１７ｂは2輪モデルを用いて車体スリップ角βtを演算し、βt* Observerとして出力する。
図４は２輪モデルを示す図である。図中のmは車両重量、Iはヨー慣性モーメント、Gyは横加速度、lf,lrは車両重心点と車軸との間の距離、Ff,Frはタイヤに作用する摩擦力、Fyf,Fyrはタイヤ横力、Fxf,Fxrはころがり抵抗、Fyf',Fyr'はコーナリングフォース、Fxf'Fxr'はコーナリング抵抗、βtは車体スリップ角、βwf,βwrはタイヤスリップ角、Cpf,Cprはコーナリングパワーを示す。
【００２６】
ここで、タイヤスリップ角が小さいときにはコーナリングフォースFyf',Fyr'の大きさとタイヤ横力Fyf,Fyrの大きさとは等しいと見なすことができる（式(4)）。
【数４】
0005251176.tif 000005
以下では、コーナリングフォースFyf',Fyr'をタイヤ横力Fyf,Fyrとして扱う。
【００２７】
また、コーナリングパワーCpf,Cprはタイヤリップ角βwf,βwrが小さくタイヤ特性が線形であるときのタイヤリップ角βwf,βwrとタイヤ横力Fyf,Fyrとの比であって固定値である。タイヤ特性については詳しく後述する。
タイヤスリップ角βwf,βwrが小さいときにはタイヤ横力Fyf,Fyrは、コーナリングパワーCpf,Cprとタイヤスリップ角βwf,βwrとの積で表すことができる（式(5)）。
【数５】
0005251176.tif 000006
【００２８】
図４に示す２輪モデルより横方向の力とモーメントのつりあいの式は下記の式(6),(7)で示される。
【数６】
0005251176.tif 000007
【数７】
0005251176.tif 000008
【００２９】
この式(6),(7)を状態方程式の形に書き直すと次の式(8)で示される。
【数８】
0005251176.tif 000009
行列Cにおけるa11,a12は行列Aの要素、行列Dにおけるb1は行列Bの要素である。
【００３０】
この状態方程式を基に、線形オブザーバ演算部１７ｂにおいて車体スリップ角βtを推定する線形２入力オブザーバを設計する。
図５は線形２入力オブザーバのブロック図である。オブザーバへの入力はヨーレイトγと横加速度Gyとし、オブザーバゲインLはモデル化誤差の影響を受けにくく、かつ安定した車体スリップ角βtを推定できるように設定する。
【００３１】
前述のように、タイヤスリップ角βwf,βwrが小さくタイヤ特性が線形であるときには、タイヤスリップ角βwf,βwrとタイヤ横力Fyf,Fyrとの関係は固定値であるコーナリングパワーCpを用いて式(5)のように示すことができる。
【００３２】
しかし、タイヤスリップ角βwf,βwrが大きくなり、タイヤ特性が非線形になると固定値のコーナリングパワーCpとタイヤ特性との差が大きくなり、固定値のコーナリングパワーCpを用いてタイヤスリップ角βwf,βwrとタイヤ横力Fyf,Fyrとの関係表すことができない。
【００３３】
そこで線形オブザーバ演算部１７ｂでは、図３に示すようにコーナリングスティフネス演算部２０のコーナリングスティフネスCsを用いて車両モデル内のコーナリングパワーCpを補正している。これにより、タイヤ特性が非線形領域となる部分についても線形オブザーバによる車体スリップ角βtの推定を可能にしている。
【００３４】
＜Atan法＞
Atan法演算部１７ｃは、車両の作用する加速度の方向から幾何学的に車体スリップ角βtを演算し、βt* Atanとして出力する。
【００３５】
図６は旋回中の車両が車体スリップ角βtを持って走行している状態を示す図である。
旋回時には車体に遠心力（以下、場の力と称する）が旋回半径外側方向に作用する。この場の力による旋回半径方向の加速度Ayは、横加速度Gyと前後加速度Gxとの合成によって求めることができる。車両が車体スリップ角βtを有して旋回しているとき、加速度Ayの方向と車幅方向とが成す角度β2は、車体スリップ角βtと等しくなる(βt=β2)ことは図６より幾何学的に明らかである。角度β2は図６より次の式(9)で表すことができる。
【数９】
0005251176.tif 000010
【００３６】
上記では車体速度Vtが一定である場合についての説明であるが、車体速度Vtが変化すると横加速度Gyと前後加速度Gxが変化する。そのため、横加速度Gyと前後加速度Gxから加速度Ayの方向を求めると、旋回半径方向と一致しないことがある。そこで、加速度Ayは車体速度Vtの変化も考慮して求める必要がある。
【００３７】
図７は旋回中の車両が速度変化した場合の状態を示す図である。図７中のVtxは前後速度変化量を示し、Vtyは横速度変化量を示す。
図７に示すように、速度変化による力のつりあいも考慮し、旋回によるもののみを抽出すると、式(9)は下記の式(10)によって表される。
【数１０】
0005251176.tif 000011
【００３８】
＜直接積分法の補正＞
前述の直接積分法は、センサノイズやオフセットなどの計測誤差が累積し、推定値にドリフトが発生するという問題がある。そこで図３に示すように、線形オブザーバにより推定した車体スリップ角βt* ObserverとAtan法により推定した車体スリップ角βt* Atanによって直接積分法の補正をしている。
【００３９】
図８は、補正ゲインK1,K2の特性を示すグラフである。Atan法では、横加速度Gy、前後加速度Gx、場の力による旋回半径方向の加速度Ayに基づいて車体スリップ角βt* Atanを演算しているため、タイヤ特性が非線形となる場合であっても車体スリップ角βt* Atanを高い精度で演算することができる。
【００４０】
そこで図８に示すように、タイヤスリップ角βwや横加速度Gyが小さくタイヤ特性が線形となる場合には、車両モデルにタイヤ特性を用いている線形オブザーバによる補正代が大きくなるように補正ゲインK1を大きく設定する。逆にAtan法による補正代は小さくなるように補正ゲインK2を小さく設定する。
【００４１】
またタイヤスリップ角βwや横加速度Gyが大きくタイヤ特性が非線形となるには場合には、線形オブザーバによる補正代が小さくなるように補正ゲインK1を小さく設定する。逆にタイヤ特性を用いないAtan法による補正代は大きくなるように補正ゲインK2を大きく設定する。
【００４２】
（タイヤスリップ角演算部）
タイヤスリップ角演算部１８では、操舵角センサ１が検出する操舵角δ、ヨーレイトセンサ２が検出するヨーレイトγ、車体速度演算部１６が算出する車体速度Ｖtおよび車体スリップ角推定部１７が推定する車体スリップ角βtに基づき、タイヤスリップ角βwを演算する。そのタイヤスリップ角演算値をコーナリングスティフネス演算部２０に出力する。具体的には、下記の式(11)によって前後タイヤのタイヤスリップ角βwf、βwrを演算する。
【数１１】
0005251176.tif 000012
【００４３】
（タイヤ横力演算部）
タイヤ横力演算部１９では、ヨーレイトセンサ２が検出するヨーレイトγ、横加速度センサ３が検出する横加速度Gyおよび車体速度演算部１６が演算する車体速度Vtに基づき、タイヤ横力Fyを演算する。そのタイヤ横力演算値をコーナリングスティフネス演算部２０に出力する。具体的には、下記の式(12)によって前後タイヤのタイヤ横力Fyf,Fyrを演算する。
【数１２】
0005251176.tif 000013
【００４４】
（コーナリングスティフネス演算部）
コーナリングスティフネス演算部２０では、タイヤスリップ角演算部１８が演算したタイヤスリップ角βwおよびタイヤ横力演算部１９が演算したタイヤ横力Fyに基づき、コーナリングスティフネスCsを演算する。コーナリングスティフネス演算値を車体スリップ角推定部１７、スタビリティファクタ演算部２１および車両挙動推定部２２に出力する。
【００４５】
コーナリングスティフネスCsは、図９のコーナリングスティフネスマップを用いて求める。このコーナリングスティフネスマップは、タイヤ横力Fyとタイヤスリップ角βwの比に基づいてコーナリングスティフネスCsを求めるものである。実施例１では、タイヤ横力Fyの大きさとコーナリングフォースFy'の大きさはほぼ等しいとみなして、タイヤ横力FyをコーナリングフォースFy'として用いている。また、実際にはコーナリングスティフネスマップは、前輪2輪の等価コーナリングスティフネスCsf用と後輪2輪の等価コーナリングスティフネスCsr用とを用いる。
以下、コーナリングスティフネスCs、コーナリングスティフネスマップについて詳述する。
【００４６】
＜タイヤ特性について＞
図１０は、路面μが「1.0」であるときのタイヤスリップ角βwとタイヤ横力Fyとの関係を示すタイヤ特性曲線を示す図である。このタイヤ特性曲線は、車両の旋回走行実験を事前に行いその実験データから得られるタイヤ特性値に基づいて作成する。具体的には実験データに基づいてタイヤモデル(Magic Formula)を設定し、前タイヤの2輪、後タイヤの2輪の等価特性曲線を作成する。
【００４７】
図１０に示すタイヤスリップ角βwが小さい範囲Aにおいては、タイヤ特性曲線は線形である。コーナリングパワーCpは、タイヤ特性曲線が線形であるときのタイヤ特性曲線の傾きを示す。コーナリングパワーCpは、車両やタイヤの諸元で決まる固定値であり、タイヤ特性は次の式(13)で表すことができる。
【数１３】
0005251176.tif 000014
すなわち、タイヤスリップ角βwが小さくタイヤ特性曲線が線形で場合には、固定値であるコーナリングパワーCpを用いて車両モデルを規定することができる。
【００４８】
図１０に示すタイヤスリップ角βwが大きい範囲Bにおいては、タイヤ横力Fyが飽和してタイヤ特性曲線は非線形となる。そのため、前述の固定値であるコーナリングパワーCpではタイヤ特性を表すことができない。
すなわち、タイヤスリップ角βwが大きくタイヤ特性曲線が非線形で場合には、固定値であるコーナリングパワーCpを用いて車両モデルを正確に規定することができない。
そこで実施例１では、コーナリングスティフネスCsを用いて車両モデルのコーナリングパワーCpを補正し、タイヤ特性曲線が非線形となる領域まで拡張している。
【００４９】
＜コーナリングスティフネスについて＞
次にコーナリングスティフネスCsについて説明する。
図１１はコーナリングスティフネスCsについて説明する図であり、図１０と同じく路面μが「1.0」であるときのタイヤスリップ角βwとタイヤ横力Fyとの関係を示すタイヤ特性曲線である。
コーナリングスティフネスCsとはタイヤ特性曲線の傾きであって、すなわちタイヤ特性曲線をタイヤスリップ角βwで偏微分したものである。
【００５０】
図１１に示すように、タイヤ特性曲線上に原点から傾きが異なる複数の直線を描画する（図１１では描画する一部の直線ａ，ｂ，ｃを示している）。このタイヤ特性曲線と各直線ａ，ｂ，ｃとの交点（図１１中の○印内の交点）におけるタイヤ特性曲線の接線の傾きと、各直線ａ，ｂ，ｃの傾きを求める。タイヤ特性曲線の接線の傾き（コーナリングスティフネスCs）を縦軸、各曲線ａ，ｂ，ｃの傾きを横軸にとると、図９に示すコーナリングスティフネスマップとなる。なおコーナリングスティフネスマップは、縦軸にタイヤ特性曲線をタイヤスリップ角βwで偏微分した値を縦軸にとり、偏微分を行った点のタイヤ横力Fyとタイヤスリップ角βwとの比を横軸にとることによって求めても良い。
【００５１】
図１２は路面μの異なるタイヤ特性曲線（図１２（ａ））および路面μが異なるコーナリングスティフネスマップ（図１２（ｂ））を示す図である。図１２において太実線は路面μが「1.0」のとき、点線は路面μが「0.5」のとき、細実線は路面μが「0.2」のときのタイヤ特性曲線およびコーナリングスティフネスを示す。なお、図１２（ｂ）には図示の関係上、細実線は点線、太実線と、点線は太線と重なって一部が図上では見えていない。
【００５２】
図１２（ａ）に示すように、ある傾きの直線とのタイヤ特性との交点における傾きは、路面μが異なる場合もほぼ一致する。したがって、路面μが異なるコーナリングスティフネスマップを作成すると図１２（ｂ）に示すようにほぼ一致する。そのため、コーナリングスティフネスマップは路面μの影響を受けず、コーナリングスティフネスCsの演算に路面μの情報を必要としない。
【００５３】
また、タイヤの輪加重変化に応じてタイヤ特性は変化するため、コーナリングスティフネス演算部２０ではタイヤの輪加重変化に応じてコーナリングスティフネスマップを補正している。
【００５４】
例えば前後加速度Gx、横加速度Gyが発生していないときの輪荷重を初期値とし、この初期値に対する前後加速度Gx、横加速度Gyから求めた輪荷重の比率を縮尺比としてコーナリングスティフネスマップを補正する。
【００５５】
図１３は輪荷重に応じて補正したコーナリングスティフネスマップである。図１３では、輪荷重の初期値に対する比率が0.6倍、0.8倍、1倍、1.2倍の場合を示している。図１３に示す補正したコーナリングスティフネスマップを用いることによって、より正確なコーナリングスティフネスを演算することができる。
【００５６】
（スタビリティファクタ演算部）
スタビリティファクタ演算部２１は、コーナリングスティフネス演算部２０が演算したコーナリングスティフネスCsに基づいてスタティックマージンSMを演算し、そのスタティックマージン情報を車両挙動推定部２２に出力する。
【００５７】
スタティックマージンSMは下記の式(14)によって演算する。
【数１４】
0005251176.tif 000015
【００５８】
（車両挙動推定部）
車両挙動推定部２２は、コーナリングスティフネス演算部が演算したコーナリングスティフネスCsと、スタビリティファクタ演算部２１が演算したスタティックマージンSMとに基づいて車両挙動を推定する。その推定した車両挙動情報を不安定挙動抑制アシスト指令値演算部２３に出力する。
【００５９】
車両挙動はスタティックマージンSMの値によって推定する。具体的にはスタティックマージンSM>0のときはアンダーステア、スタティックマージンSM=0のときはノーマルステア、スタティックマージンSM<0のときはオーバステアであると推定する。
【００６０】
（不安定挙動抑制アシスト指令値演算部）
不安定挙動抑制アシスト指令値演算部２３は、車両挙動推定部２２が推定した車両挙動情報に基づき、車両の不安定挙動を抑制するアシストトルク指令値を演算し、演算したアシストトルク指令値をEPSECU６に出力する。
【００６１】
ドリフトアウトが発生するときは、前輪１１FL，１１FRのタイヤ横力Fyが飽和した状態である。このことは、前輪コーナリングスティフネスCsfから検出可能であり、初期値から低下し始めたらその後ドリフトアウトの発生が予想できる。
【００６２】
そこで、前輪コーナリングスティフネスCsfの低下を、前輪１１FL，１１FRのタイヤ横力Fyが飽和に近付く状態の定量的な指標とし、前輪コーナリングスティフネスCsfの低下に応じて操舵反力を重くする制御を行う。すなわち、EPSモータ７による操舵反力アシストを減らす制御を行う。操舵反力が重くなることで、ドライバがステアリングホイール９を必要以上に切り過ぎることが予防されると共に、操舵反力の変化によりドライバに前輪のグリップが低下していることを知らせるインフォメーションの効果を得ることができる。
【００６３】
ただし、前輪コーナリングスティフネスCsfが低下したら必ずステアリングホイール９を重くすれば良いというものでもない。例えば、前輪コーナリングスティフネスCsfと同時に後輪コーナリングスティフネスCsrも低下していた場合、状況によってはアンダーステアではなくオーバステアとなり、つまりスピンが発生することもある。このとき、ハンドルが重いままだと素早いカウンタステアを当てることができないため、返って車両挙動を不安定にしてしまう恐れもある。
【００６４】
そこで、前輪コーナリングスティフネスCsfを監視すると同時に、車両特性(オーバステア／アンダステア傾向)も監視する。
【００６５】
例えば、前輪１１FL，１１FRのコーナリングスティフネスCsが低下していて、車両がアンダーステア傾向のときに、前輪コーナリングスティフネスCsfの低下の度合いに応じてEPSモータ７の出力を低下させることによって、車両不安定挙動であるドリフトアウトを予防することができる。このときに不意にオーバステアが発生しスピンモードに陥った場合には、カウンタステアの阻害を防止するこができる。
【００６６】
［車両走行状態推定処理］
図１４は、車両走行状態推定装置８において行われる処理の流れを示すフローチャートである。
【００６７】
ステップＳ１では、車体速度Vtを推定してステップＳ２へ移行する。
ステップＳ２では、タイヤスリップ角βwを演算してステップＳ３へ移行する。
ステップＳ３では、タイヤ横力Fyを演算してステップＳ４へ移行する。
ステップＳ４では、コーナリングスティフネスCsを演算してステップＳ５およびステップＳ７へ移行する。
【００６８】
ステップＳ５では、スタティックマージンSMを演算してステップＳ６へ移行する。
ステップＳ６では、車両挙動がドリフトアウトしているか否かを判定し、ドリフトアウトしているときにはステップＳ８へ移行し、ドリフトアウトしていないときには処理を終了する。
ステップＳ７では、車両モデル内のコーナリングパワーCpをコーナリングスティフネスCsにより更新して、ステップＳ２へ移行する。
【００６９】
図１４のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ７と移行して、ステップＳ７において車両モデル内のコーナリングパワーCpをコーナリングスティフネスCsにより更新する。
【００７０】
車両挙動がドリフトアウトしているときには、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ８と移行して、ステップＳ８において操舵アシスト力を低下させるように指令を出力する。
【００７１】
車両挙動がドリフトアウトしていないときには、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ENDと移行して処理を終了する。
【００７２】
［作用］
次に、実施例１の車両走行状態推定装置８の作用について説明する。
実施例１では線形オブザーバ演算部１７における車両モデルのコーナリングパワーCpを、コーナリングスティフネスCsにより補正している。仮にコーナリングスティフネス演算部２０において、線形オブザーバ演算部１７で演算した車体スリップ角推定値βt* Observerに基づいてコーナリングスティフネスCsを演算したとする。この場合、線形オブザーバ演算部１７で演算した推定値を用いて、さらに線形オブザーバ演算部１７で推定値を演算する形となり、車体スリップ角推定値βt* ObserverやコーナリングスティフネスCsの演算結果が発散して不安定になる。
【００７３】
一方、Atan法演算部１７ｃにおいては、推定値による補正を行っていないため安定した演算結果を得ることができる。
【００７４】
そこでAtan法演算部１７ｃにおいて演算した車体スリップ角推定値βt* Atanを用いて車体スリップ角推定値βt* Observerの発散を抑制することとした。
そのため車体スリップ角推定値βt*の発散を抑制し、車体スリップ角推定値βt*を用いて演算するコーナリングスティフネスCsの発散も抑制することができる。
【００７５】
また、車体スリップ角推定値βt* ObserverやコーナリングスティフネスCsの発散は誤差が積み重なることによって生じる。そこでAtan法演算部１７ｃでは、式(9),(10)に示すように積分項を用いずに車体スリップ角推定値βt* Atanを演算することした。
よって、コーナリングスティフネスCsによる車両モデルの補正により車体スリップ角推定値βt*やコーナリングスティフネスCsの演算精度を高くするとともに、車体スリップ角推定値βt*やコーナリングスティフネスCsの発散を抑制することができる。
【００７６】
Atan法演算部１７ｃでは、横加速度センサ３が検出した横加速度Gyと前後加速度センサ４が検出した前後加速度Gxとから旋回半径方向の加速度Ayを求め、旋回半径方向と車幅方向との成す角から車体スリップ角を演算することとした。
よって、過去の履歴を用いることなく車体スリップ角βtを推定することができる。
【００７７】
Atan法では、横加速度Gy、前後加速度Gx、場の力による旋回半径方向の加速度Ayに基づいて車体スリップ角βt* Atanを演算しているため、タイヤ特性が非線形となる場合であっても車体スリップ角βt* Atanを高い精度で演算することができる。
そこで横加速度Gyやタイヤスリップ角βwが小さくタイヤ特性が非線形となるときには、タイヤ特性を用いないAtan法による補正代が大きくなるように補正ゲインK2を大きく設定するようにした。
よって、タイヤ特性が非線形となる領域において精度の高い車体スリップ角βtを推定することができる。
【００７８】
［効果］
次に実施例１の効果を下記に列記する。
（１）タイヤ横力Fyを演算するタイヤ横力演算部１９と、コーナリングパワーCpを用いた車両モデルを用いてタイヤスリップ角βwを推定する線形オブザーバ演算部１７ｂおよびタイヤスリップ角演算手段１８と、タイヤ横力Fyとタイヤスリップ角βwからコーナリングスティフネスCsを演算するコーナリングスティフネス演算部２０と、コーナリングスティフネス演算部２０におけるコーナリングスティフネスCsの演算値の発散を防止するAtan法演算部１７ｃとを設け、線形オブザーバ演算部１７ｂは、コーナリングスティフネスCsによって車両モデルのコーナリングパワーCpを補正するようにした。
【００７９】
よって、Atan法演算部１７ｃが演算した車体スリップ角推定値βt* Atanを用いて補正するため、車体スリップ角推定値βt*やコーナリングスティフネスCsの発散を抑制することができる。
【００８０】
（２）Atan法演算部１７ｃは、車体スリップ角推定部１７が推定した車体スリップ角βt*を、積分項を用いずに演算した車体スリップ角βt* Atanによって補正するようにした。
よって、コーナリングスティフネスCsによる車両モデルの補正により車体スリップ角推定値βt*やコーナリングスティフネスCsの演算精度を高くするとともに、車体スリップ角推定値βt*やコーナリングスティフネスCsの発散を抑制することができる。
【００８１】
（３）横加速度Gyを検出する横加速度センサ３と前後加速度Gxを検出する前後加速度センサ４とを設け、Atan法演算部１７ｃは横加速度Gyと前後加速度Gxから旋回半径方向を求め、旋回半径方向と車両の車幅方向との成す角β2から車体スリップ角βt* Atanを演算するようにした。
よって、過去の履歴を用いることなく車体スリップ角βtを推定することができる。
【００８２】
（４）横加速度Gyを検出する横加速度センサ３を設け、横加速度Gyまたは車体スリップ角βtが大きくなるほど積分項を用いずに演算したスリップ角の補正ゲインK2を大きく設定するようにした。
よって、タイヤ特性が非線形となる領域において精度の高い車体スリップ角βtを推定することができる。
【００８３】
［他の実施例］
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００８４】
例えば、車体スリップ角βtの段階で補正しているが、タイヤスリップ角βwに分解してから補正を行っても良い。
【００８５】
また発散防止手段として、Atan法を用いているが積分項を用いない他の方法を用いても良い。
またコーナリングスティフネスマップは、前輪2輪の等価コーナリングスティフネスCsf用と後輪2輪の等価コーナリングスティフネスCsr用とを用いているが、４輪独立のコーナリングスティフネスマップを用いても良い。
【００８６】
なお、横加速度センサ３は請求項３における加速度演算手段、請求項４の横加速度検出手段に相当し、前後加速度センサ４は請求項３および請求項４の加速度演算手段に相当し、線形オブザーバ演算部１７ｂ、タイヤスリップ角演算部１８８は請求項１ないし請求項４の車両挙動演算手段に相当し、Atan法演算部１７ｃは請求項１ないし請求項４の発散防止手段に相当し、タイヤ横力演算部１９は請求項１ないし請求項４の車輪の横力相当物理量演算手段に相当し、コーナリングスティフネス演算部２０は請求項１ないし請求項４のコーナリングスティフネス演算手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施例１の車両の概略構成を示す構成図である。
【図２】実施例１の車両走行状態推定装置の制御ブロック図である。
【図３】実施例１の車体スリップ角推定部の制御ブロック図である。
【図４】実施例１の２輪モデルである。
【図５】実施例１の線形２入力オブザーバのブロック図である。
【図６】実施例１の旋回中の車両が車体スリップ角を持って走行している状態を示す図である。
【図７】実施例１の旋回中の車両が車体スリップ角を持って走行している状態を示す図である。
【図８】実施例１の補正ゲインの特性を示すグラフである。
【図９】実施例１のコーナリングスティフネスマップである。
【図１０】実施例１のタイヤ特性曲線を示す図である。
【図１１】実施例１のタイヤ特性曲線を示す図である。
【図１２】実施例１のタイヤ特性曲線およびコーナリングスティフネスマップを示す図である。
【図１３】実施例１の輪荷重に応じて補正したコーナリングスティフネスマップである。
【図１４】実施例１の車両走行状態推定装置において行われる処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８８】
３  横加速度センサ（加速度演算手段、横加速度検出手段）
４  前後加速度センサ（加速度演算手段）
１７  車体スリップ角推定部
１７ｂ  線形オブザーバ演算部（車両挙動演算手段）
１７ｃ  Atan法演算部（発散防止手段）
１９  タイヤ横力演算部（車輪の横力相当物理量演算手段）
２０  コーナリングスティフネス演算部（コーナリングスティフネス演算手段）
【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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