(57)【要約】【課題】本発明は、路面からステアリングラックにかかる力を精度良く推定可能とすることを目的としている。【解決手段】このため、車速検出手段と、ハンドル切れ角検出手段と、車速検出手段の車速とハンドル切れ角検出手段のハンドル切れ角とを用いてセルフアライニングトルクを算出するセルフアライニングトルク算出手段と、路面反力推定手段を備える車両用路面反力推定装置において、車速に基づいて変換係数を設定する変換係数算出手段と、セルフアライニングトルク算出手段のセルフアライニングトルクの単位時間当たりの変化量を算出するセルフアライニングトルク変化量算出手段を備え、路面反力推定手段は、セルフアライニングトルク算出手段のセルフアライニングトルクと変換係数算出手段の変換係数とセルフアライニングトルク変化量算出手段のセルフアライニングトルク変化量とドライフリクション値と粘性摩擦係数とに基づいて路面反力を推定する。【選択図】図１
2013006552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車速を検出する車速検出手段と、ハンドル切れ角を検出するハンドル切れ角検出手段と、前記車速検出手段から検出される車速と前記ハンドル切れ角検出手段から検出されるハンドル切れ角とを用いてセルフアライニングトルクを算出するセルフアライニングトルク算出手段と、路面反力を推定する路面反力推定手段とを備える車両用路面反力推定装置において、前記車速検出手段から検出される車速に基づいて変換係数を設定する変換係数算出手段と、前記セルフアライニングトルク算出手段により算出されたセルフアライニングトルクの単位時間当たりの変化量を算出するセルフアライニングトルク変化量算出手段とを備え、前記路面反力推定手段は、前記セルフアライニングトルク算出手段により算出されたセルフアライニングトルクと前記変換係数算出手段により算出された変換係数と前記セルフアライニングトルク変化量算出手段により算出されたセルフアライニングトルク変化量と予め設定されたドライフリクション値と予め設定された粘性摩擦係数とに基づいて路面反力を推定することを特徴とする車両用路面反力推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は車両用路面反力推定装置に係り、特に操舵制御をする機器の制御や、操舵制御機器の動作確認をする設備などにて使用する車両用路面反力推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両においては、駆動輪の操舵を適正に制御するために、路面と駆動輪との間に発生する路面反力（「トルク」ともいう。）を推定する路面反力推定装置を搭載するものがある。
この路面反力推定装置は、駆動輪の動作状態等から路面反力を推定し、操舵制御機器の動作を確認させたり、駆動輪の操舵を適正に制御するために利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２７８７０２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６４８９４号公報  特許文献１に開示されるスリップ抑制装置及びスリップ状態推定方法は、駆動輪に付与されるトルクと駆動輪の回転角加速度とに基づいて第１の路面反力を演算し、この第１の路面反力の変化率を演算し、この第１の路面反力の変化率に基づいて路面反力補正量を演算し、前記第１の路面反力と前記路面反力補正量とから第２の路面反力を演算し、この第２の路面反力に基づいてスリップを抑制するための駆動力を演算し、この駆動力を駆動輪に付与するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の車両用路面反力推定装置においては、上述の特許文献１に開示されるように、駆動輪の回転速度や操舵角を検出する検出手段を設け、この検出手段の検出値を用いて路面反力を推定しているので、車速の変化状態、ハンドル切れ角の変化状態、車速が低い状態、車両が動的に操舵している状態等の車両走行条件によっては、路面反力を精度良く推定することが困難であるという不具合がある。
【０００５】
このとき、従来の車両用路面反力推定装置においては、路面からステアリングラックに動的に印加される力を精度よく計算することが出来なかった。
この結果、上述の特許文献２に開示される以下の数式１のような推定ロジックを開発し、計算からある程度推定することが可能になった。
【０００６】
【数１】
2013006552.tif 000003
【０００７】
このとき、上記の数式１の計算においては、円旋回等の定常状態での路面反力の推定は精度良く行うことができる。
しかし、スラローム等の過渡状態では、十分な路面反力の推定ができていないという不都合がある。
これは、ステアリング操舵系における摩擦成分を考慮していなかったのが問題であり、ステアリングの切込み時と戻し時に精度が落ちる原因となっていたたため、改善が望まれていた。
【０００８】
この発明は、路面からステアリングラック（単に「ラック」ともいう。）にかかる力を精度良く推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、車速を検出する車速検出手段と、ハンドル切れ角を検出するハンドル切れ角検出手段と、前記車速検出手段から検出される車速と前記ハンドル切れ角検出手段から検出されるハンドル切れ角とを用いてセルフアライニングトルクを算出するセルフアライニングトルク算出手段と、路面反力を推定する路面反力推定手段とを備える車両用路面反力推定装置において、前記車速検出手段から検出される車速に基づいて変換係数を設定する変換係数算出手段と、前記セルフアライニングトルク算出手段により算出されたセルフアライニングトルクの単位時間当たりの変化量を算出するセルフアライニングトルク変化量算出手段とを備え、前記路面反力推定手段は、前記セルフアライニングトルク算出手段により算出されたセルフアライニングトルクと前記変換係数算出手段により算出された変換係数と前記セルフアライニングトルク変化量算出手段により算出されたセルフアライニングトルク変化量と予め設定されたドライフリクション値と予め設定された粘性摩擦係数とに基づいて路面反力を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上詳細に説明した如くこの発明によれば、路面からステアリングラックにかかる力を精度良く推定可能となる。
また、円旋回等の定常状態だけではなく、スラローム等の動的に操舵している時でも路面反力を推定可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は車両用路面反力推定装置の概略構成図である。（実施例）
【図２】図２は車両用路面反力推定装置の路面反力推定ロジックを示す図である。（実施例）
【図３】図３は車速と変換係数の関係を示す図である。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例】
【００１３】
図１〜図３はこの発明の実施例を示すものである。
図１において、１は図示しない車両に搭載される車両用路面反力推定装置である。
この車両用路面反力推定装置１は、図１に示す如く、車速検出手段２と、ハンドル切れ角検出手段３と、セルフアライニングトルク算出手段４と、路面反力推定手段５とを備えている。
前記車速検出手段２は、車両の車両速度（以下「車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］」という。）を検出する。
前記ハンドル切れ角検出手段３は、前記車両のハンドル（図示せず）を切り操作した際におけるハンドル軸（図示せず）の回動状態、ステアリングギヤ機構（図示せず）の動作状態、又は図示しない操舵制御機器の駆動状態などからハンドル切れ角θｆを検出する。
前記セルフアライニングトルク算出手段４は、図１及び図２に示す如く、前記車速検出手段２から検出される車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］と前記ハンドル切れ角検出手段３から検出されるハンドル切れ角θｆとを用いてセルフアライニングトルク（ｓｅｌｆ  ａｌｉｇｎｉｎｇ  ｔｏｒｑｕｅ）Ｍｚを算出する。
なお、このセルフアライニングトルクＭｚは、前記車両を旋回するようにハンドルを切り操作したときに、左右の駆動輪（図示せず）の横すべり角によって発生するものであり、駆動輪が車両の進行方向に向かおうとする力（「復元力」とも換言できる。）である。
前記路面反力推定手段５は、路面反力（「ラックにかかる力推定値」ともいう。）Ｆｅｓｔを推定する。
この路面反力Ｆｅｓｔは、路面から駆動輪と図示しない左右のナックルアーム及び左右のとタイロッド（図示せず）を経て、図示しないステアリングラックに印加される力（トルク）、つまり、ハンドル軸の先端に至る力である。
このため、路面からステアリングラックに印加される力を路面反力Ｆｅｓｔとして推定するために、前記路面反力推定手段５に接続される前記セルフアライニングトルク算出手段４には、最初に左右の駆動輪のセルフアライニングトルクＭｚを算出するように、車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］状態を検出する前記車速検出手段２と、ステアリングラックのステアリングギヤ機構を作動するハンドル切れ角θｆ状態を検出する前記ハンドル切れ角検出手段３とが連絡しているものである。
【００１４】
そして、この車両用路面反力推定装置１は、変換係数算出手段６と、セルフアライニングトルク変化量算出手段７とを備えている。
前記変換係数算出手段６は、前記車速検出手段２から検出される車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］に基づいて変換係数Ｋを設定する。
前記セルフアライニングトルク変化量算出手段７は、前記セルフアライニングトルク算出手段４により算出されたセルフアライニングトルクＭｚの単位時間当たりの変化量を算出する。
また、前記変換係数Ｋは、図３に示すように、車種毎に異なる数値であって、車速全域でみると車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］の関数であるが、本来は定数となるものであり、セルフアライニングトルクＭｚ→路面反力Ｆｅｓｔへの変換係数である。
また、前記変換係数Ｋを使用する場合には、設定車速（図３の例えば、２０［ｋｍ／ｈ］）以上の領域で使用することが好ましいものである。
この設定車速が好ましい理由としては、０［ｋｍ／ｈ］〜２０［ｋｍ／ｈ］程度の低車速域では、発生する路面反力Ｆｅｓｔに対してセルフアライニングトルクＭｚの寄与度が小さいためである。
そのため、セルフアライニングトルクＭｚから路面反力Ｆｅｓｔを推定する場合には、セルフアライニングトルクＭｚの寄与度を大きくするように、車速域を２０［ｋｍ／ｈ］以上の中車速域・高車速域と限定して、車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］の影響が少ない変換係数Ｋを使用すべきである。
さすれば、前記路面反力推定手段５が路面反力Ｆｅｓｔを推定する処理を、車速（ｖｓ［ｋｍ／ｈ］）が予め設定された設定車速、例えば図３の２０［ｋｍ／ｈ］以上となった際に実施する構成とすれば、車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］の影響の少ない変換係数Ｋを使用することができる。
【００１５】
このとき、前記路面反力推定手段５は、前記セルフアライニングトルク算出手段４により算出されたセルフアライニングトルクＭｚと前記変換係数算出手段６により算出された変換係数Ｋと前記セルフアライニングトルク変化量算出手段７により算出されたセルフアライニングトルク変化量と予め設定されたドライフリクション値Ｆｄｆと予め設定された粘性摩擦係数Ｃとに基づいて路面反力Ｆｅｓｔを推定する構成とする。
従って、前記車両用路面反力推定装置１は、路面からステアリングラックにかかる力を精度良く推定することが可能となる。
また、前記車両用路面反力推定装置１は、円旋回等の定常状態だけではなく、スラローム等の動的に操舵している時でも路面反力Ｆｅｓｔを推定可能である。
【００１６】
追記すれば、この発明における新たな路面反力推定ロジックでは、従来の路面反力推定ロジック（上記の「数式１」参照。）を改良し、ドライフリクションと粘性摩擦とを考慮するために、図２に示す如く、ドライフリクション値Ｆｄｆと粘性摩擦係数Ｃとを予め設定することで、過渡状態でも精度良く路面反力Ｆｅｓｔを推定することができるようにしたものである。
図２中の計算ロジックを以下の数式２に示す。
【００１７】
【数２】
2013006552.tif 000004
【００１８】
ここで、数式２中の車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］の関数である変換係数Ｋの例を図３に示す。
この変換係数Ｋは、車両毎に決まる値であり、図２にある車両の場合（例）を示す。
また、変換係数Ｋは、低速から高速の車速域で見ると車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］との関数となっているが、本来は一意の定数となると考えられる。
これは、低速域での路面反力Ｆｅｓｔに対してセルフアライニングトルクＭｚの寄与度が小さいためで、本来は車速域を約２０（ｋｍ／ｈ）以上と限定して、車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］に依らない変換係数Ｋを使用すべきであり、図３で示した例では、２２．８７５［１／ｍ］位の値となる。
追記すれば、前記変換係数算出手段６により算出された変換係数Ｋの図３における変化は、車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］が１０［ｋｍ／ｈ］の際に４０［１／ｍ］となっているが、車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］の上昇に伴って変換係数Ｋの値が減少し、車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］が３０［ｋｍ／ｈ］以上の高速域に達した際には、の際に２３［１／ｍ］程度、つまり上記の２２．８７５［１／ｍ］位の値で一定値となる。
このようにして求めた路面反力計算値である路面反力Ｆｅｓｔを、図示しない操舵制御や操舵装置検証設備にて利用する。
【００１９】
次に作用を説明する。
【００２０】
前記車両用路面反力推定装置１において、前記セルフアライニングトルク算出手段４は、図１及び図２に示す如く、前記車速検出手段２から検出される車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］と前記ハンドル切れ角検出手段３から検出されるハンドル切れ角θｆとを入力し、セルフアライニングトルクＭｚを算出する。
また、前記変換係数算出手段６は、前記車速検出手段２から検出される車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］に基づいて変換係数Ｋを設定する。
前記セルフアライニングトルク変化量算出手段７は、前記セルフアライニングトルク算出手段４により算出されたセルフアライニングトルクＭｚの単位時間当たりの変化量を算出する。
そして、前記路面反力推定手段５が路面反力Ｆｅｓｔを推定する前には、車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］の影響の少ない変換係数Ｋを使用するために、例えば、車速（ｖｓ［ｋｍ／ｈ］）が予め設定された設定車速、例えば図３の２０［ｋｍ／ｈ］以上となったか否かを判断項目として利用する。
前記路面反力推定手段５が路面反力Ｆｅｓｔを推定する際には、図１及び図２に示す如く、前記車速検出手段２から検出される車速ｖｓ［ｋｍ／ｈ］と、前記セルフアライニングトルク算出手段４により算出されたセルフアライニングトルクＭｚと、前記変換係数算出手段６により算出された変換係数Ｋと、前記セルフアライニングトルク変化量算出手段７により算出されたセルフアライニングトルク変化量と、予め設定されたドライフリクション値Ｆｄｆと、予め設定された粘性摩擦係数Ｃとを入力する。
そして、前記路面反力推定手段５は、入力した各種の情報に基づいて、上記の数式２を使用して路面反力Ｆｅｓｔを推定する。
これにより、前記車両用路面反力推定装置１は、路面からステアリングラックにかかる力を精度良く推定することが可能としている。
また、前記車両用路面反力推定装置１は、ドライフリクションと粘性摩擦とを考慮してドライフリクション値Ｆｄｆと粘性摩擦係数Ｃとを予め設定したため、円旋回等の定常状態だけではなく、スラローム等の動的に操舵している時、つまり過渡状態でも精度よく路面反力Ｆｅｓｔを推定可能としている。
【符号の説明】
【００２１】
１  車両用路面反力推定装置
２  車速検出手段
３  ハンドル切れ角検出手段
４  セルフアライニングトルク算出手段
５  路面反力推定手段
６  変換係数算出手段
７  セルフアライニングトルク変化量算出手段
ｖｓ  車速
θｆ  ハンドル切れ角
Ｍｚ  セルフアライニングトルク
Ｆｅｓｔ  路面反力（「ラックにかかる力推定値」ともいう。）
【図１】
2013006552.tif 000005
【図２】
2013006552.tif 000006
【図３】
2013006552.tif 000007