(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を持たない操舵輪の操舵状態を出力する第1の出力手段と、
操舵トルクとアシストトルクとから推定されるセルフアライニングトルク推定値を出力する第２の出力手段と、
前記セルフアライニングトルク推定値から、ハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を除去してセルフアライニングトルク補正値を演算するヒステリシス除去手段と、
前記操舵輪の操舵状態と前記セルフアライニングトルク補正値とに基づいて車両走行時の車輪状態及び路面状態の一方に関する物理量を推定する推定手段と、
を含み、
前記セルフアライニングトルク補正値を、
セルフアライニングトルク推定値の変化に対するセルフアライニングトルク補正値の変化の比で表される勾配を有する演算式であって、クーロン摩擦によってセルフアライニングトルク推定値が変動する領域の勾配を該領域以外の領域の勾配より小さくした各領域毎に異なる演算式によって演算する物理量推定装置。
【請求項２】
ハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を持たない操舵輪の操舵状態を出力する第1の出力手段と、
操舵トルクとアシストトルクとから推定されるセルフアライニングトルク推定値を出力する第２の出力手段と、
前記セルフアライニングトルク推定値から、ハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を除去してセルフアライニングトルク補正値を演算するヒステリシス除去手段と、
前記操舵輪の操舵状態と前記セルフアライニングトルク補正値とに基づいて車両走行時の車輪状態及び路面状態の一方に関する物理量を推定する推定手段と、
を含み、
セルフアライニングトルク推定値の現在値、セルフアライニングトルク推定値の前回値、及びセルフアライニングトルク補正値の前回値からセルフアライニングトルク推定値の現在値がクーロン摩擦によるヒステリシス領域内にあるか否かを判断し、
ヒステリシス領域内にある場合には、セルフアライニングトルク補正値の現在値とセルフアライニングトルク補正値の前回値との差によって演算される補正値変化の大きさが、セルフアライニングトルク推定値の現在値とセルフアライニングトルク推定値の前回値との差によって演算される推定値変化の大きさより小さくなると共に、
ヒステリシス領域外にある場合には、前記補正値変化と前記推定値変化とが一致するように前記セルフアライニングトルク補正値の現在値を演算する物理量推定装置。
【請求項３】
前記推定手段は、前記操舵輪の操舵状態とセルフアライニングトルク補正値とに基づいて、または、前記操舵輪の操舵状態に応じて設定されるセルフアライニングトルク基準値と、前記セルフアライニングトルク補正値とに基づいて、車両走行時の車輪状態及び路面状態の一方に関する物理量を推定する請求項１または請求項２記載の物理量推定装置。
【請求項４】
前記推定手段は、前記操舵輪の操舵状態の変化に対するセルフアライニングトルク補正値の変化の比で表されるセルフアライニングトルク補正値の勾配に基づいて、車両走行時の車輪状態及び路面状態の一方に関する物理量を推定する請求項１または請求項２記載の物理量推定装置。
【請求項５】
操舵角を検出する操舵角センサと、
車速を検出する車速センサと、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
操舵のアシストトルクを検出するアシストトルクセンサと、
操舵角と車速とに基づいて、操舵輪のスリップ角を推定するスリップ角推定手段と、
操舵トルクとアシストトルクとに基づいて、セルフアライニングトルク推定値を出力するセルフアライニングトルク推定手段と、
前記セルフアライニングトルク推定値と前記スリップ角との関係に基づいて、セルフアライニングトルク推定値に対する、ハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性が除去されたスリップ角基準値を演算するヒステリシス除去手段と、
前記スリップ角基準値と前記スリップ角とから路面摩擦状態を推定する摩擦状態推定手段と、
を含み、
前記スリップ角基準値を、
セルフアライニングトルク推定値の変化に対するスリップ角基準値の変化の比で表される勾配を有する演算式であって、クーロン摩擦によってセルフアライニングトルク推定値が変動する領域の勾配を該領域以外の領域の勾配より小さくした各領域毎に異なる演算式によって演算する路面摩擦状態推定装置。
【請求項６】
操舵角を検出する操舵角センサと、
車速を検出する車速センサと、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
操舵のアシストトルクを検出するアシストトルクセンサと、
操舵角と車速とに基づいて、操舵輪のスリップ角を推定するスリップ角推定手段と、
操舵トルクとアシストトルクとに基づいて、セルフアライニングトルク推定値を出力するセルフアライニングトルク推定手段と、
前記セルフアライニングトルク推定値からハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を除去してセルフアライニングトルク補正値を演算するヒステリシス除去手段と、
前記セルフアライニングトルク補正値と前記スリップ角とから路面摩擦状態を推定する摩擦状態推定手段と、
を含み、
前記セルフアライニングトルク補正値を、
セルフアライニングトルク推定値の変化に対するセルフアライニングトルク補正値の変化の比で表される勾配を有する演算式であって、クーロン摩擦によってセルフアライニングトルク推定値が変動する領域の勾配を該領域以外の領域の勾配より小さくした各領域毎に異なる演算式によって演算する路面摩擦状態推定装置。
【請求項７】
操舵角を検出する操舵角センサと、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
操舵のアシストトルクを検出するアシストトルクセンサと、
操舵トルクとアシストトルクとに基づいて、セルフアライニングトルク推定値を出力するセルフアライニングトルク推定手段と、
前記セルフアライニングトルク推定値からハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を除去して、該推定値が０になったときの値を初期値としてセルフアライニングトルク補正値を演算するヒステリシス除去手段と、
前記セルフアライニングトルク補正値と前記操舵角とに基づいて、セルフアライニングトルク補正値が０となるときの操舵角を操舵角の中立点として推定する中立点推定手段と、
を含む操舵角中立点推定装置。
【請求項８】
横加速度を検出する横加速度センサと、
ヨー角速度を検出するヨー角速度センサと、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
操舵のアシストトルクを検出するアシストトルクセンサと、
横加速度とヨー角速度とに基づいて、操舵輪のサイドフォースを推定するサイドフォース推定手段と、
操舵トルクとアシストトルクとに基づいて、セルフアライニングトルク推定値を出力するセルフアライニングトルク推定手段と、
前記セルフアライニングトルク推定値からハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を除去してセルフアライニングトルク補正値を演算するヒステリシス除去手段と、
前記セルフアライニングトルク補正値と前記サイドフォースとに基づいて、タイヤの空気圧が低下したか否かを推定する空気圧低下推定手段と、
を含み、
前記セルフアライニングトルク補正値を、
セルフアライニングトルク推定値の変化に対するセルフアライニングトルク補正値の変化の比で表される勾配を有する演算式であって、クーロン摩擦によってセルフアライニングトルク推定値が変動する領域の勾配を該領域以外の領域の勾配より小さくした各領域毎に異なる演算式によって演算する空気圧低下推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物理量推定装置、路面摩擦状態推定装置、操舵角中立点推定装置、及びタイヤ空気圧低下推定装置に係り、特に、ヒステリシス特性を除去した補正値に基づいて物理量を推定する物理量推定装置、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）の推定値からクーロン摩擦等の粘性摩擦等の影響によって生じるヒステリシス特性を除去した補正値を求め、求めた補正値に基づいて路面摩擦状態を推定する路面摩擦状態推定装置、ヒステリシス特性を除去した補正値と操舵角とに基づいて操舵角の中立点を推定する操舵角中立点推定装置、及びヒステリシス特性を除去した補正値とＳＡＴ基準値に基づいてタイヤの空気圧の低下を推定するタイヤの空気圧低下推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
特開平１１−２８７７４９号公報には、タイヤの操舵角と操舵トルクとを検出すると共に、操舵角に対する操舵トルクの特性を演算し、演算結果に基づいてタイヤが接地する路面の摩擦係数μ（路面μ）を演算する技術が開示されている。
【０００３】
この従来技術では、グリップ状態に相当する物理量である路面μを操舵角の変化量に対する操舵トルクの変化量として求めているため、ノイズの影響を受け易い推定手法となっている。すなわち、変化量を求めることはノイズを増幅させる微分を行うことを意味しており、このため推定値はノイズを多く含む値となる。
【０００４】
また、この従来技術では、操舵角の切り増し時にのみ路面μを推定しているので、タイヤに与えられる負荷が最も大きくなる最大舵角時には切り増しができないことから摩擦係数を推定できない。本来、タイヤに与えられる負荷が最も大きい、すなわち限界に近いときに路面μの推定、すなわち限界の路面μの推定を行った方が推定精度が向上するが、従来技術では、最大舵角時には路面μの推定ができず、最大舵角時に至る手前でしか路面μの推定ができない、という問題がある。
【０００５】
ところで、ＳＡＴとスリップ角または操舵角との間には、タイヤトレッドのねじれやパワーステアリング装置のクーロン摩擦等によってヒステリシス特性が生じる。このため、操舵角の切り増し時と切り戻し時とでは特性が異なり、スリップ角または操舵角の変化に対するＳＡＴの変化に着目する従来の手法では、推定値にばらつきが生じることとなる。
【０００６】
また、保舵時にハンドルが動かない程度にドライバが操舵力を減少させた場合、スリップ角または操舵角には変化が生じないにも拘わらずＳＡＴが減少する結果、「グリップ状態が低下」したと誤判定される可能性がある。すなわち、上記従来技術では、切り増し時のみ推定を行うことによってこのような誤判定を避けると共に推定値のばらつきを低減させていたが、この結果切り戻しや保舵時にはグリップ状態等の路面摩擦状態を推定できない、という問題がある。
【０００７】
また、切戻しや保舵時に路面摩擦状態を推定できないということは、例えば保舵状態で低μ路から高μ路へ乗り移ったり、高μ路から低μ路に乗り移ったりしてグリップ状態が変化した場合には、変化した時点では路面摩擦状態を推定できず、次に操舵角を切り増しするまでグリップ状態の推定ができないことを意味している。このため、従来技術によるグリップ状態の推定値は、速い適応性が要求されるパワーステアリング装置やＡＢＳの特性をグリップ状態に応じて切り替える制御パラメータとして利用することはできない。
【０００８】
また、特開平１１−３３４６３４号、及び特開平１１−５９４６６号には、操舵角と車速とに基づいて設定された基準操舵トルクと操舵トルクとを比較し、操舵トルクが基準操舵トルクより大きい状態が一定時間継続した場合に、タイヤの空気圧が低下したと判定する技術が記載されている。
【０００９】
上記従来技術では、操舵系の摩擦を含む操舵トルクを利用しているため、操舵トルクの空気圧に対する変化がこの摩擦によって影響されるため正確に検出できなくなり、摩擦の影響のために高い精度で空気圧の低下を推定することができない、という問題がある。
【００１０】
また、操舵角と操舵トルクとの間には、上記操舵系の摩擦の他に車両運動の動特性の影響も受ける。このため、速い操舵を行ったとき等に推定精度が劣化することが危惧される。
【００１１】
上記問題に対する対策として、従来技術では操舵トルクが基準操舵トルクに対して大きい状態が一定時間以上継続した場合という条件を付加し、この条件によって精度劣化の問題を緩和している。しかしながら、この条件によって推定の機会が少なくなり、結果的に推定時間が遅れる、という問題点が新たに生じる。
【００１２】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、推定値にばらつきが生じないようにするためにヒステリシス特性の除去によって精度の高い物理量を推定することができる物理量推定装置、操舵角を切り増ししなくても正確に路面摩擦状態を推定することができる路面摩擦状態推定装置、操舵角の中立点を正確に推定することができる操舵角中立点推定装置、及びタイヤの空気圧低下を推定することができるタイヤの空気圧低下推定装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の物理量推定装置は、ハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を持たない操舵輪の操舵状態を出力する第1の出力手段と、操舵トルクとアシストトルクとから推定されるセルフアライニングトルク推定値を出力する第２の出力手段と、前記セルフアライニングトルク推定値から、ハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を除去してセルフアライニングトルク補正値を演算するヒステリシス除去手段と、前記操舵輪の操舵状態と前記セルフアライニングトルク補正値とに基づいて車両走行時の車輪状態及び路面状態の一方に関する物理量を推定する推定手段とを含んで構成したものである。
【００１４】
本発明によれば、ハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を持つセルフアライニングトルク推定値からハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性が除去されたセルフアライニングトルク補正値に基づいて車両走行時の車輪状態及び路面状態の一方に関する物理量を推定しているため、精度の高い物理量を推定することができる。これによって、精度の高いセルフアライニングトルク補正値から更に他の車両走行時の車輪状態及び路面状態の一方に関する物理量を推定することができるため、推定した物理量にばらつきが生じることがない。
【００１５】
本発明では、操舵輪の操舵状態を、例えば、ハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角とすることができる。
【００１６】
このセルフアライニングトルク補正値は、セルフアライニングトルク推定値の変化に対するセルフアライニングトルク補正値の変化の比で表される勾配を有する演算式であって、クーロン摩擦によってセルフアライニングトルク推定値が変動する領域の勾配を該領域以外の領域の勾配より小さくした各領域毎に異なる演算式によって演算することが可能である。
【００１７】
また、ヒステリシス特性は、ヒステリシス特性を持つ物理量とヒステリシス特性を持たない上記と同一の物理量との所定の物理的関係をグラフやテーブル等で表しておき、この物理的関係に基づいてヒステリシス特性を持つ物理量からヒステリシス特性を持たない物理量へ変換することにより、除去することができる。この場合、以前の経歴に応じて初期値を予め定めることで変換が容易になる。
【００１８】
車両走行時の車輪状態及び路面状態の一方に関する物理量（例えば、タイヤの空気圧低下、または路面摩擦状態）は、前記操舵輪のスリップ角とセルフアライニングトルク補正値とに基づいて、または、操舵輪のスリップ角に応じて設定されるセルフアライニングトルク基準値と、セルフアライニングトルク補正値とに基づいて、推定することができる。
【００１９】
また、スリップ角の変化に対するセルフアライニングトルク補正値の変化の比で表されるセルフアライニングトルク補正値の勾配に基づいても、車両走行時の車輪状態及び路面状態の一方に関する物理量を推定することができる。
【００２０】
さらに、車両走行時の車輪状態及び路面状態の一方に関する物理量は、操舵輪のスリップ角と、スリップ角基準値及びセルフアライニングトルク補正値のいずれか一方とに基づいて推定することもできる。
【００２１】
このスリップ角基準値は、セルフアライニングトルク推定値の変化に対するスリップ角基準値の変化の比で表される勾配を有する演算式であって、クーロン摩擦によってセルフアライニングトルク推定値が変動する領域の勾配を該領域以外の領域の勾配より小さくした各領域毎に異なる演算式によっても演算してもよい。
【００２２】
本発明の路面摩擦状態推定装置は、操舵角を検出する操舵角センサと、車速を検出する車速センサと、操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵のアシストトルクを検出するアシストトルクセンサと、操舵角と車速とに基づいて、操舵輪のスリップ角を推定するスリップ角推定手段と、操舵トルクとアシストトルクとに基づいて、セルフアライニングトルク推定値を出力するセルフアライニングトルク推定手段と、前記セルフアライニングトルク推定値と前記スリップ角との関係に基づいて、セルフアライニングトルク推定値に対する、ハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性が除去されたスリップ角基準値を演算するヒステリシス除去手段と、前記スリップ角基準値と前記スリップ角とから路面摩擦状態を推定する摩擦状態推定手段とを含んで構成されている。
【００２３】
本発明の路面摩擦状態推定装置のスリップ角推定手段は、車両運動モデルに基づいて、操舵角と車速とを用いて操舵輪（例えば、前輪）のスリップ角を推定する。セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）推定手段は、操舵トルクとアシストトルクとに基づいて、具体的には操舵トルクとアシストトルクとを加算することによって、路面反力であるＳＡＴを推定する。操舵トルクは、例えば、ハンドルと同軸上に取り付けられたトルクセンサによって検出され、アシストトルクは、例えば、電動パワーステアリング装置の電流から演算される。
【００２４】
なお、操舵トルクとアシストトルクを加算した値から操舵角速度に比例して発生する粘性摩擦トルクを減算することによってＳＡＴ推定精度を向上させることもできる。さらに、ＳＡＴは操舵角の他、操舵角速度も利用して特願２０００−３７０７０４号に記載の外乱オブザーバの手法によって推定しても良い。外乱オブザーバの手法を用いることによって、パワーステアリング装置の慣性によって生じるトルクを考慮したＳＡＴの推定が可能となる。
【００２５】
ヒステリシス除去手段は、セルフアライニングトルク推定値と前記スリップ角との関係に基づいて、ハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性が除去されたセルフアライニングトルク推定値に対するスリップ角基準値を演算する。
【００２６】
すなわち、ヒステリシス除去手段は、ヒステリシス特性を有するセルフアライニングトルクとスリップ角との物理的関係に基づいて、セルフアライニングトルク推定値に対するスリップ角を補正値として演算することができる。すなわち、ＳＡＴ推定手段によって推定されたＳＡＴ推定値からパワーステアリング装置のクーロン摩擦等によって生じるヒステリシス特性を考慮したスリップ角（スリップ角基準値）を補正値として出力する。スリップ角基準値は、グリップ状態が充分に高く余裕がある操舵領域において発生する操舵輪、例えば前輪のスリップ角であるので、セルフアライニングトルクの推定値に対するヒステリシス特性が除去されている。
【００２７】
摩擦状態推定手段は、スリップ角推定手段によって推定された操舵輪のスリップ角とヒステリシス除去手段から出力されるスリップ角基準値とを比較し、グリップ状態、すなわち路面摩擦状態が低下する程、スリップ角基準値に比較してスリップ角が大きくなることを利用してグリップ状態すなわち路面摩擦状態を推定する。
【００２８】
また、ヒステリシス除去手段は、上記の除去方法に代えて、セルフアライニングトルク推定値とヒステリシス特性を除去したセルフアライニングトルク補正値との物理的関係に基づいて、セルフアライニングトルク推定値からヒステリシス特性を除去したセルフアライニングトルクをセルフアライニングトルク補正値として演算するようにしてもよい。この場合、セルフアライニングトルクの推定値から直接ヒステリシス特性を除去したセルフアライニングトルク（ＳＡＴ補正値）が演算される。
【００２９】
摩擦状態推定手段は、スリップ角推定手段によって推定された操舵輪のスリップ角に車速やタイヤ種別に応じて変化する係数を乗じて算出されたＳＡＴ基準値と、ＳＡＴ補正値とを比較し、グリップ状態、すなわち路面摩擦状態が低下する程、ＳＡＴ基準値に比較してＳＡＴ補正値が小さくなることを利用してグリップ状態すなわち路面摩擦状態を推定する。
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、セルフアライニングトルクに基づいてヒステリシス特性を除去した補正値を出力し、この補正値に基づいて路面摩擦状態を推定しているので、全操舵角範囲において正確に路面摩擦状態を推定することができる。
【００３１】
また、本発明の操舵角中立点推定装置は、操舵角を検出する操舵角センサと、操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵のアシストトルクを検出するアシストトルクセンサと、操舵トルクとアシストトルクとに基づいて、セルフアライニングトルク推定値を出力するセルフアライニングトルク推定手段と、前記セルフアライニングトルク推定値からハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を除去して、該推定値が０になったときの値を初期値としてセルフアライニングトルク補正値を演算するヒステリシス除去手段と、前記セルフアライニングトルク補正値と前記操舵角とに基づいて、セルフアライニングトルク補正値が０となるときの操舵角を操舵角の中立点として推定する中立点推定手段とを含んで構成されている。
【００３２】
本発明のセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）推定手段は、上記で説明したように操舵トルクとアシストトルクとに基づいてＳＡＴを推定する。ヒステリシス除去手段は、ＳＡＴの推定値が０になったときの値を初期値とし、ハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を有するＳＡＴとハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を除去したＳＡＴとの物理的関係からハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を除去したＳＡＴ補正値を出力する。そして、中立点推定手段は、このＳＡＴ補正値と操舵角とに基づいて、補正値が０となるときの操舵角を操舵角の中立点として推定する。
【００３３】
本発明のタイヤの空気圧低下推定装置は、横加速度を検出する横加速度センサと、ヨー角速度を検出するヨー角速度センサと、操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵のアシストトルクを検出するアシストトルクセンサと、横加速度とヨー角速度とに基づいて、操舵輪のサイドフォースを推定するサイドフォース推定手段と、操舵トルクとアシストトルクとに基づいて、セルフアライニングトルク推定値を出力するセルフアライニングトルク推定手段と、前記セルフアライニングトルク推定値からハンドル角もしくは操舵輪のスリップ角に対するヒステリシス特性を除去してセルフアライニングトルク補正値を演算するヒステリシス除去手段と、前記セルフアライニングトルク補正値と前記サイドフォースとに基づいて、タイヤの空気圧が低下したか否かを推定する空気圧低下推定手段とを含んで構成されている。
【００３４】
このタイヤの空気圧低下推定装置では、操舵角センサと車速センサとに代えて、横加速度を検出する横加速度センサと、ヨー角速度を検出するヨー角速度センサと、を設け、横加速度とヨー角速度とに基づいて、操舵輪のサイドフォースを推定し、セルフアライニングトルク補正値とサイドフォースとに基づいて、タイヤの空気圧が低下したか否かを推定するようにしてもよい。
【００３５】
タイヤの空気圧の低下は、セルフアライニングトルク補正値と操舵輪のスリップ角に応じて設定されるセルフアライニングトルク基準値とに基づいて、前記セルフアライニングトルク補正値と前記操舵輪のサイドフォースに応じて設定されるセルフアライニングトルク基準値とに基づいて、または、スリップ角の変化に対するセルフアライニングトルク補正値の変化の比で表されるセルフアライニングトルク補正値の勾配に基づいて、推定することができる。
【００３６】
さらに、サイドフォースの変化に対するセルフアライニングトルク補正値の変化の比で表されるセルフアライニングトルク補正値の勾配に基づいて、タイヤの空気圧が低下したか否かを推定するようにしてもよい。
【００３７】
空気圧低下判定手段で演算されるＳＡＴ補正値とＳＡＴ基準値との比は、空気圧低下時には大きくなる値であり、この値が閾値を超えた場合に空気圧低下の判定を行うことができる。しかし、この値は、同時にグリップ状態を表す値でもあり、低μ走行時等グリップ低下時に小さな値となる。このため、ＳＡＴ補正値とＳＡＴ基準値との比が空気圧低下判定の閾値を超えた場合には空気圧低下と判定し、ＳＡＴ補正値とＳＡＴ基準値との比がグリップ低下判定の閾値を下回った場合にはグリップ低下と判定することができる。
【００３８】
なお、グリップ低下に起因するＳＡＴ補正値とＳＡＴ基準値との比の低下は操舵に伴って発生するものであり、比較的変化が速いのに対し、空気圧低下に起因するＳＡＴ補正値とＳＡＴ基準値との比の増加は変化がゆっくりしている。このため、ＳＡＴ補正値とＳＡＴ準値との比をオンライン最小２乗法等によって同定する場合には、グリップ度推定のためのロジックに対し、空気圧推定のロジックは忘却係数を大きく設定したり、デシメーションと呼ばれるデータの間引きを行ってＳＡＴ補正値とＳＡＴ基準値の比のゆっくりとした変化を捉えることが望まれる。また、空気圧低下の判定を行う場合には、グリップ低下の影響を受けないスリップ角が小さな直進状態付近のデータを用いることが望まれるため、スリップ角が大きな比較的大きな操舵を行ったときのデータは選別によって除去することも考えられる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を前輪によって操舵する車両に適用した場合の実施の形態を詳細に説明する。まず、第１の実施の形態の路面摩擦状態推定装置について説明する。
【００４０】
図１に示すように、車両に搭載された電動パワーステアリング装置には、ステアリングシャフト１０の上端部に固定されたステアリングホイール（ハンドル）１２が設けられている。ステアリングシャフト１０の下端部は、ラック・アンド・ピニオン式のステアリングギヤ１４に連結されている。
【００４１】
ステアリングギヤ１４のラックの両側部にはタイロッド１６が各々連結されており、各タイロッド１６の先端部の各々にはサスペンション機構を介してタイヤが連結されている。
【００４２】
また、ステアリングシャフト１０には、操舵角を検出する操舵角センサ１８、及び操舵トルクを検出するトルクセンサ２０がステアリングシャフトと同軸上に取り付けられている。操舵角センサ１８は、ステアリングホイール１２の回転により生じる操舵角を検出して操舵角信号を出力する。また、トルクセンサ２０は、運転者がステアリングホイール１２を回転することによりステアリングシャフト１０に発生した回転トルクを検出し、ステアリングホイール１２の回転操作方向に応じた操舵トルク信号を出力する。
【００４３】
このトルクセンサ２０から出力された操舵トルク信号は、パワーステアリング装置用コンピュータ及びモータ駆動回路を含んで構成された電気制御装置２２に入力される。
【００４４】
ステアリングシャフト１０のトルクセンサ２０取付位置より下側には、一対のすぐばかさ歯車等で構成された減速機２４が取り付けられている。減速機２４は、電気制御装置２２によって制御される電気モータ２６の回転軸に連結されている。電気制御装置２２によって電気モータ２６を駆動し、電気モータの回転力を減速機２４を介してステアリングシャフト１０に伝達することにより、ステアリングホイール１２の操舵力をパワーアシストすることができる。
【００４５】
また、車両には、車体速度（車速）を検出する車速センサ３０が取り付けられており、電気制御装置２２には電動パワーステアリング装置に流れる電流からパワーアシストトルクを検出してアシストトルク信号を出力するアシストトルクセンサ３２が取り付けられている。
【００４６】
上記の操舵角センサ１８及び車速センサ３０は、機能ブロックで考えたときにスリップ角推定手段、ＳＡＴ推定手段、スリップ角基準値演算手段、及び摩擦状態推定手段として機能するマイクロコンピュータのスリップ角推定手段３４に接続されている。スリップ角推定手段３４は、操舵角及び車速に基づいて操舵輪である前輪のスリップ角を演算する。また、操舵トルクセンサ２０及びアシストトルクセンサ３２は、操舵トルク及びアシストトルクに基づいてＳＡＴを推定するＳＡＴ推定手段３６に接続されている。
【００４７】
ＳＡＴ推定手段３６は、推定されたＳＡＴからスリップ角基準値を演算するスリップ角基準値演算手段３８に接続されている。
【００４８】
なお、上記ではスリップ角推定手段３４、ＳＡＴ推定手段３６、スリップ角基準値演算手段３８、及び摩擦状態推定手段４０を１つのマイクロコンピュータで構成したが、別々の装置で構成してもよい。
【００４９】
以下、本実施の形態の各手段の作用を説明する。スリップ角推定手段３４は、入力された操舵角信号及び車速信号に基づいて、車両運動の動特性を利用して次式の状態方程式を用いて前輪のスリップ角を推定する。
【００５０】
【数１】
0004019813.tif 000002
【００５１】
ただし、
ｖ：横速度（ｍ／ｓ）、
ｒ：ヨー角速度（ｒａｄ／ｓ）、
αf：前輪スリップ角（ｒａｄ）、
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、
θp：ハンドル角（操舵角）、
であり、記号＾は、推定値であることを示している。
【００５２】
上記（１）、（２）式をサンプル時間τで離散化し、車速の関数として表現すると、次の（３）、（４）式が得られる。
【００５３】
【数２】
0004019813.tif 000003
【００５４】
ただし、（３）式のＡｓ、Ｂｓは、
【００５５】
【数３】
0004019813.tif 000004
【００５６】
である。
【００５７】
従って、前輪スリップ角αfは、サンプル時間τ毎に上記（４）式で演算することができる。
【００５８】
ＳＡＴ推定手段３６は、ハンドルと同軸上に取り付けられたトルクセンサ２０によって計測された操舵トルク（トルクセンサ計測値）Ｔpと、電動パワーステアリング装置のモータ電流Ｉmから演算されたアシストトルクＴaとを加算して次式に基づき路面反力であるＳＡＴ推定値ＴSATを推定する。
【００５９】
【数４】
0004019813.tif 000005
【００６０】
ただし、ｇpはピニオンリード、ｇbはボールネジリード、ｋmはアシストモータトルク定数であり、いずれも定数である。
【００６１】
なお、パワーステアリング装置の粘性摩擦を考慮し、操舵速度を用いて次式に基づいて演算すれば、より正確にＳＡＴ推定値ＴSATを推定することができる。
【００６２】
【数５】
0004019813.tif 000006
【００６３】
ただし、ｃはパワーステアリング装置のモータ、ピニオン軸、及びラック等各要素の粘性を等価的にピニオン軸（ハンドル操舵軸）の粘性に換算した値である。
【００６４】
さらに、外乱オブザーバを用いることによって、パワーステアリング装置の慣性も考慮したＳＡＴ推定値ＴSATの推定が可能となる。以下、外乱オブザーバを用いた推定について説明する。電動パワーステアリング装置の動特性は、以下の微分方程式によって記述される。
【００６５】
【数６】
0004019813.tif 000007
【００６６】
ただし、Ｍrはラック質量、Ｊmはモータ慣性である。ここで、（７）式の右辺を外乱オブザーバで推定する外乱とみなした場合、次式のような外乱オブザーバが構成できる。
【００６７】
【数７】
0004019813.tif 000008
【００６８】
であり、Ｇはオブザーバゲイン、記号＾は各状態量の推定値を示している。（８）式は、離散化によって次式に示す操舵速度ｄθp／ｄｔ、及び操舵角θpから外乱ｄを推定する漸化式となる。
【００６９】
【数８】
0004019813.tif 000009
【００７０】
ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、（８）式を離散化したシステム行列である。また、ＳＡＴの推定値は、下記の（１３）式で演算することができる。
【００７１】
【数９】
0004019813.tif 000010
【００７２】
スリップ角基準値演算手段３８は、ＳＡＴ推定手段３６によって推定されたＳＡＴ推定値からパワーステアリング装置のクーロン摩擦等によって生じるヒステリシス特性を考慮したスリップ角の基準値（スリップ角基準値）を演算する。スリップ角基準値の演算は、以下で説明するロジックによって行われる。このロジックは、ＳＡＴ推定値の変化に対するスリップ角基準値の変化の比で表される勾配（傾き）を有する演算式であって、クーロン摩擦によってＳＡＴ推定値が変動する領域の勾配Ｋ1をこの領域以外の領域の勾配Ｋ2より小さくした各領域毎に異なる演算式によって演算するものである。
【００７３】
図２は、スリップ角−ＳＡＴモデルのスリップ角基準値の上限と下限とを表したものであり、各々の境界を表す直線の傾きはＫ2である。この直線の傾きＫ2は、高グリップ状態で操舵した時に生じるＳＡＴと前輪スリップ角との関係を表している。また、上限と下限の間の幅はヒステリシス特性の大きさを表しており、２直線の横軸上の間隔は、クーロン摩擦によって生じる摩擦トルクＴfricを表している。
【００７４】
また、この傾きＫ2は、走行する車速に応じて変化させることにより、より精密に摩擦状態を推定することができる。さらに、この傾きＫ2は、装着したタイヤ種別によっても変更することが望まれるものであり、スタッドレスタイヤやサマータイヤ等の種別が判別している場合には、タイヤ種別に応じて変更しても良い。
【００７５】
図３は、スリップ角基準値の演算方法を示すものである。直進状態では、ＳＡＴは０であり、このときのスリップ角基準値として０を出力する。次に操舵が行われ、ＳＡＴが発生した場合、スリップ角基準値は、ＳＡＴに対し傾きＫ1の直線に基づいて演算される。コンピュータ内では、離散化されたロジックにより、以下の式に基づいて演算される。
【００７６】
【数１０】
0004019813.tif 000011
【００７７】
ただし、α0は、スリップ角基準値であり、ｋは時刻を表している。この傾きＫ1は、Ｋ2に比較して小さく設定されており、クーロン摩擦等によってＳＡＴが変動しても発生するスリップ角の変動を小さくすることを表現している。さらに、操舵が行われ、（１４）式によるスリップ角基準値の演算値が図３におけるＡ点まで達し、さらにＳＡＴが増加する場合には、スリップ角基準値はスリップ角−ＳＡＴモデルの下限を表す直線に沿って次式に従って増加する。
【００７８】
【数１１】
0004019813.tif 000012
【００７９】
また、さらに操舵が行われてＢ点まで達したところで切り増しが終了し、ＳＡＴが減少し始めた場合には、スリップ角基準値は傾きＫ1で（１４）式に従って減少する。この領域では、ＳＡＴの変動に対し、スリップ角基準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を多少変化させ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舵角や前輪スリップ角には影響が現れないことを表現したものである。
【００８０】
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ＳＡＴが増加する場合には、スリップ角基準値は（１４）式に従いＢ点に向かって増加する。また、切戻しによりＣ点からさらにＳＡＴが減少し、スリップ角−ＳＡＴモデルの上限に達した場合には、スリップ角基準値は上限を表す直線に沿って（１５）式に従って減少する。このように各領域によって異なる２種類の傾きＫ1、Ｋ2を有する演算式によって図３に示すヒステリシス特性が実現され、高グリップ状態、すなわち高μ路面走行等グリップ状態に十分な余裕のある状態を仮定したときの前輪スリップ角がＳＡＴの時系列信号から推定できる。したがって、スリップ角基準値は、グリップ状態が十分に高く余裕がある操舵領域において発生する前輪のスリップ角をＳＡＴ推定値から演算したものになる。また、スリップ角基準値は、グリップ状態が充分に高く余裕がある操舵領域において発生する前輪のスリップ角であるので、セルフアライニングトルクの推定値に対するヒステリシス特性が除去されている。
【００８１】
摩擦状態推定手段４０は、スリップ角推定手段３４によって推定された前輪スリップ角の推定値とスリップ角基準値演算手段によって演算されたスリップ角基準値とを比較し、グリップ状態が低下する程、スリップ角基準値に比較してスリップ角が大きくなることを利用してグリップ状態、すなわち路面摩擦状態を演算する。
【００８２】
グリップ状態（路面摩擦状態）は、前輪スリップ角の絶対値とスリップ角基準値の絶対値との差を用いて、図１１に示すマップから演算することができる。ここで演算されるグリップ状態は、［０、１］の範囲で基準化されたものであり、大きい程グリップが高いことを表している。図１１に示すマップから前輪スリップ角の絶対値とスリップ角基準値の絶対値との差が大きくなるに従って、グリップ状態、すなわち路面摩擦状態は小さく推定され、前輪スリップ角の絶対値とスリップ角基準値の絶対値との差が小さくなるに従って、グリップ状態、すなわち路面摩擦状態は大きく推定される。なお、この偏差に代えて、前輪スリップ角の絶対値とスリップ角基準値の絶対値との比を用いて路面摩擦状態を推定してもよい。
【００８３】
ここで、低μ路走行時等のグリップ状態が低下した状態で操舵が行われた場合には、前輪スリップ角の微小変化にＳＡＴ推定値の微小変化の比で表される傾き（スリップ角−ＳＡＴ曲線のスリップ角が所定値の点における接線の傾き）は、図４に示すように、高グリップ状態と比較して小さくなる。このため、図３とは逆に、ＳＡＴを横軸、前輪スリップ角を縦軸に記述した場合には、図５に示すように、高グリップ状態を仮定したスリップ角基準値と比較すると低グリップ状態の前輪スリップ角は大きくなり、ＳＡＴの前輪スリップ角に対する傾きはグリップ状態が小さくなるに従って大きくなる。スリップ角基準値は、グリップ状態が十分に高く余裕がある操舵領域において発生する前輪のスリップ角をＳＡＴから演算したものであるので、この特性を利用して、前輪スリップ角とスリップ角基準値とを比較することによりグリップ状態の低下を判別することが可能となる。なお、上記で説明したように前輪スリップ角とスリップ角基準値との偏差をそのままグリップ低下の指標として利用しても良いが、スリップ角基準値に対して、車速、タイヤ種別、または制駆動等の状態に応じた重み付けを行い、基準化して用いても良い。
【００８４】
本実施の形態では、ＳＡＴの時系列信号から高グリップ状態におけるスリップ角を推定するモデルを用い、このモデルの出力であるスリップ角基準値と実際の前輪スリップ角（舵角から推定）とを比較することによってグリップ状態を判定している。このモデルは、ヒステリシス特性が考慮されたものとなっており、例えば保舵時にハンドルが動かない程度にドライバが操舵力を減少させた場合でも、モデル出力であるスリップ角基準値は大きく落ち込まないモデルとなっている。このため、ドライバの操舵力が変動する保舵状態においてもスリップ角基準値と前輪スリップ角推定値を比較することによってグリップ状態を推定することができる。
【００８５】
第１の実施の形態は、従来技術と同様にＳＡＴとスリップ角との物理的関係を利用して路面摩擦状態を推定するものであるが、逆にスリップ角からＳＡＴの基準値をスリップ角−ＳＡＴモデルによって演算し、ＳＡＴの基準値と実際のＳＡＴ（ＳＡＴ推定値）とを比較することによってグリップ状態を含む路面摩擦状態を推定することも考えられる。
【００８６】
しかしながら、前述のように実際のＳＡＴは、保舵状態においてドライバの操舵力変動の影響を大きく受ける。このため、誤差要因の大きなＳＡＴをモデル出力と比較する構成では、推定誤差が大きく、保舵時の推定は従来技術と同様に困難となる。
【００８７】
これに対し、本第１の実施の形態では保舵時に変動の小さなスリップ角に着目し、スリップ角とスリップ角基準値との比較を行っているため、保舵時や切り戻し時においても正確にグリップ状態を含む路面摩擦状態を推定することが可能となっている。
【００８８】
また、切戻しや保舵時に推定できるということは、例えば、保舵状態で低μ路から高μ路へ乗り移ったり、高μ路から低μ路に乗り移ったりしてグリップ状態が変化する場合に、推定遅れが生じることなく変化した時点で推定できることを意味している。このため、従来技術では不可能であった速い適応性が要求されるパワーステアリング装置やＡＢＳの特性をグリップ状態に応じて切り替える制御パラメータとして利用することも可能である。
【００８９】
次に、上記第１の実施の形態による路面摩擦状態の推定の実験結果について説明する。上記で説明したように、スリップ角推定手段３４では、車両運動の動特性を利用し、上記（３）、（４）式に基づいて前輪のスリップ角が推定される。ＳＡＴ推定手段３６では、ハンドルと同軸上に取り付けられたトルクセンサ２０によって計測された操舵トルクと、電動パワーステアリング装置の電流から演算されるアシストトルクとを加算し、さらにパワーステアリング装置の粘性摩擦を考慮し、操舵速度を用いて（６）式に基づいてＳＡＴが推定される。
【００９０】
図６は、高μ路を３０ｋｍ／ｈで走行中に操舵を行ったときの（３）、（４）式によって演算された前輪スリップ角と（６）式によって演算されたＳＡＴ推定値との関係を示したものである。図６には、高グリップ状態で操舵した時に生じるＳＡＴと前輪スリップ角との関係に対応するスリップ角基準値の上下限（図２参照）を示す直線を同時に破線で示している。
【００９１】
また、図７に同じ実験結果を用い、操舵角と粘性を考慮しない（５）式に基づいて演算されたＳＡＴとの関係を示す。操舵角の代わりにタイヤ発生力の基本的な状態量であるスリップ角を用いると共にパワーステアリング装置で発生する粘性摩擦を考慮してＳＡＴを求めることによって、再現性良く破線上（上下限を示す直線）を通ることがわかる。この特性は、グリップ状態を含む路面摩擦状態の推定の基礎になるものであり、図７と比較して推定精度が向上することが期待できる。
【００９２】
また、図８（Ａ）、（Ｂ）は、この実験結果の時間応答（ＳＡＴは、粘性補償を行った値）を示したものである。この実験では、図８（Ａ）に示すように操舵と保舵とを繰り返すステップ操舵が行われており、このときの前輪スリップ角推定値は、操舵角に応じてステップ的な波形となっている。これに対し、ＳＡＴは、図８（Ｂ）に示すように保舵中に減少しており、また減少時の波形には再現性が見られない。これは、保舵中のドライバの操舵力が変動していることを表しており、ＳＡＴをモデル出力と比較する手法では、変動の影響を受けて正確なグリップ状態の推定が困難であることが予測できる。
【００９３】
これに対し、保舵中のスリップ角の波形は安定しており、スリップ角をモデル出力（スリップ角基準値）と比較する本実施の形態では保舵中においても正確にグリップ状態の推定が可能となることが理解できる。
【００９４】
スリップ角基準値演算手段３８では、ＳＡＴ推定手段３６によって推定されたＳＡＴ推定値からパワーステアリング装置のクーロン摩擦等によって生じるヒステリシス特性を考慮したスリップ角の基準値が演算される。まず、操舵角が０で、ＳＡＴが０となる直進状態において、スリップ角基準値の初期値を０に設定する。次いで、操舵が開始され、ＳＡＴが出力されると（１４）、（１５）式の漸化式に従ってスリップ角基準値が演算される。ここで、高グリップ状態で操舵した時に生じるＳＡＴと前輪スリップ角との関係を表す傾きＫ2は、車速に応じて変化するように設定している。図９は、図８（Ｂ）のＳＡＴから上記アルゴリズムによってスリップ角基準値を演算した結果と前輪スリップ角推定値とを比較して示したものである。ヒステリシス特性を考慮したアルゴリズムによって、モデルの入力であるＳＡＴの波形は保舵時に減少や振動的な特性を有しているにもかかわらず、出力であるスリップ角基準値は略一定の値となっている。また、この実験が行われた高μ路においては、スリップ角基準値はスリップ角推定値と良い一致が見られることがわかる。
【００９５】
図１０は、図９と同様の実験をグリップ状態の低下する低μ路において実施した結果を示したものである。この実験では図９と略同様の舵角の操舵が行われており、スリップ角推定値は図９と同様の出力が得られているにもかかわらず、ＳＡＴから演算されるスリップ角の基準値は小さく、ＳＡＴの推定値とＳＡＴの基準値との間には偏差が生じていることがわかる。これは、グリップ状態の低下により、高グリップ状態を仮定したスリップ角基準値と比較して実際の前輪スリップ角が大きくなるために生じたものである。
【００９６】
摩擦状態推定手段４０では、スリップ角推定手段３４によって推定された前輪スリップ角とスリップ角基準値演算手段３８によって演算されたスリップ角基準値とを比較し、グリップ状態が演算される。グリップ状態は、前輪スリップ角の絶対値とスリップ角基準値の絶対値との差を用いて、図１１に示すマップから演算する。ここで演算されるグリップ状態は、［０、１］の範囲で基準化されたものであり、大きい程グリップが高いことを表している。図１１に示すマップから前輪スリップ角の絶対値とスリップ角基準値の絶対値との差が大きくなるに従って、グリップ状態、すなわち路面摩擦状態は小さく推定され、前輪スリップ角の絶対値とスリップ角基準値の絶対値との差が小さくなるに従って、グリップ状態、すなわち路面摩擦状態は大きく推定される。
【００９７】
図１２は、高μ路走行時のグリップ状態とスリップ角推定値とを示すものである。高μ路走行時には、この程度のスリップ角では、スリップ角の有無に関わらず常に高いグリップ状態となっていることが推定できている。図１３は、低μ路走行時における図１２と同様のグリップ状態とスリップ角推定値とを示している。低μ路走行時には、グリップ状態が低下していることが理解できる。また、操舵中にスリップ角が０付近になる時点でグリップ状態は１となり、直進に近い領域ではグリップが回復する現象が正確に推定できていることが理解できる。
【００９８】
次に、ＳＡＴ推定値に生じるヒステリシス特性の原因となる摩擦トルクＴfricの推定について説明する。ここでは、ハンドル切り増し中に絶対値が最大となったときのＳＡＴ推定値とハンドル切り戻し時点のＳＡＴ推定値との差を演算し、この差を操舵系の内部クーロン摩擦によって生じる摩擦トルクＴfricとして推定する。
【００９９】
ハンドルを左方向に操舵した時に生じるＳＡＴ推定値ＴSATを正、ハンドルを右方向に操舵した時に生じるＳＡＴ推定値ＴSATを負とし、操舵角速度センサから供給された操舵角速度信号の符号が反転したことを検出すると、このタイミング以降のＳＡＴ推定値ＴSATの最大値を次のように演算する。
【０１００】
操舵角速度信号が負から正に反転して、ハンドルが左方向（正方向）に操舵された場合、正のＳＡＴ推定値ＴSATが発生するので、ＳＡＴ推定値ＴSATの最大値Ｔmaxを以下の式に従って演算する。
【０１０１】
【数１２】
0004019813.tif 000013
【０１０２】
次に、操舵の切り戻しによって操舵角速度が正から負に反転したことを検出すると、この時点のＳＡＴ推定値ＴSATと上記のように求められた最大値Ｔmaxとを用いて、下記式に従って摩擦トルクＴfricを演算する。
【０１０３】
【数１３】
0004019813.tif 000014
【０１０４】
一方、操舵角速度が正から負に反転して、ハンドルが右方向に操舵された場合、負のＳＡＴ推定値ＴSATが発生するので、次式に従って、ＳＡＴ推定値ＴSATの最小値Ｔminを演算する。
【０１０５】
【数１４】
0004019813.tif 000015
【０１０６】
次に、操舵の切り戻しによって操舵角速度が負から正に反転したことを検出すると、この時点のＳＡＴ推定値ＴSATと上記のように求めた最小値Ｔminとを用いて、次式に従って摩擦トルクＴfricを演算する。
【０１０７】
【数１５】
0004019813.tif 000016
【０１０８】
この結果、ハンドルの切り戻しのたびに生じるヒステリシス特性に対して、ハンドル切り戻しの度に摩擦トルクＴfricが推定されるので、常に正確なヒステリシス特性の大きさを推定することができる。
【０１０９】
特に悪路走行時には、路面外乱が操舵系内部のクーロン摩擦に対してディザー効果として働き、クーロン摩擦項が減少してクーロン摩擦が変化する。そこで、上述のようにハンドル切り戻しの度に摩擦トルクＴfricを推定すれば、クーロン摩擦の大きさが変化する場合においても、逐次最新のヒステリシス特性の補償を行うことができる。
【０１１０】
第１の実施の形態では、ＳＡＴからスリップ角を求めるモデルを用い、ヒステリシス特性を有するＳＡＴを入力としたときのモデル出力であるスリップ角基準値を求めることによりヒステリシス特性を除去し、スリップ角基準値とスリップ角の推定値との比較によってグリップ状態を推定する例について説明した。以下で説明する第２の実施の形態は、ヒステリシス特性を有するＳＡＴから直接ヒステリシス特性を除去し、ヒステリシス特性を除去したＳＡＴ補正値とスリップ角とからグリップ状態を路面摩擦状態として推定するものである。
【０１１１】
本実施の形態を図１４を参照して説明する。本実施の形態は、マイクロコンピュータを機能ブロックで考えたときの図１に示すスリップ角基準演算手段に代えて、ＳＡＴからヒステリシス特性を除去するヒステリシス特性除去手段４２を設け、摩擦状態推定手段４４において、ヒステリシス特性を除去したＳＡＴ補正値とスリップ角推定手段３４で推定されたスリップ角の推定値とに基づいてグリップ状態を含む路面摩擦状態を推定するようにしたものである。
【０１１２】
以下、各手段の作用について説明する。ヒステリシス特性除去手段４２は、ＳＡＴ推定手段３６において推定されたヒステリシス特性を有するＳＡＴ推定値からヒステリシス特性発生の原因となるパワーステアリング装置のクーロン摩擦等の影響を除去し、ヒステリシス特性の無いＳＡＴ推定値をＳＡＴ補正値として出力する。
【０１１３】
摩擦状態推定手段４４は、スリップ角とヒステリシス特性を除去したＳＡＴ補正値とから以下のようにしてグリップ状態を路面摩擦状態として演算し出力する。
【０１１４】
ヒステリシス特性除去手段４２によるヒステリシス特性除去の演算は、以下のロジックによって行われる。このロジックは、ＳＡＴ推定値の変化に対するＳＡＴ補正値の変化の比で表される傾きを有する演算式であって、クーロン摩擦によってＳＡＴ推定値が変動する領域の傾きＫ1をこの領域以外の領域の傾き（＝１）より小さくした各領域毎に異なる演算式によって演算するものである。
【０１１５】
図１５は、ヒステリシス特性を有するＳＡＴ推定値とヒステリシス特性を除去したＳＡＴ推定値（ＳＡＴ補正値）との関係を示す座標面であり、座標面上の２本の直線の幅は、ヒステリシス特性の大きさを表したものである。ヒステリシス特性を有するＳＡＴ推定値とヒステリシス特性を除去したＳＡＴ推定値とは、ヒステリシス特性分だけ大きさが相違しているだけであるので、各々の直線の傾きは１である。
【０１１６】
図１６は、ヒステリシス特性除去演算の方法を示すものである。ＳＡＴ推定値及びスリップ角共に０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補正値は０を出力する。次に操舵が行われ、ＳＡＴが発生した場合、ＳＡＴ補正値は、ＳＡＴ推定値に対しＫ1の傾きで演算される。コンピュータ内では、離散化されたロジックにより、以下に示す（１６）式に従って演算される。
【０１１７】
【数１６】
0004019813.tif 000017
【０１１８】
ただし、ＴSAT0は、ヒステリシス特性を除去したＳＡＴ補正値である。この傾きＫ1は、１に比較して小さく設定されており、クーロン摩擦等によってＳＡＴ推定値が変動してもＳＡＴ補正値の変動は小さくなるようにされている。
【０１１９】
上記（１６）式は、セルフアライニングトルク推定値の現在値、セルフアライニングトルク推定値の前回値、及びセルフアライニングトルク補正値の前回値からセルフアライニングトルク推定値の現在値がクーロン摩擦によるヒステリシス領域内にあるか否かを判断し、ヒステリシス領域内にある場合には、セルフアライニングトルク補正値の現在値とセルフアライニングトルク補正値の前回値との差によって演算される補正値変化の大きさが、セルフアライニングトルク推定値の現在値とセルフアライニングトルク推定値の前回値との差によって演算される推定値変化の大きさより小さくなり、ヒステリシス領域外にある場合には、補正値変化と推定値変化とが一致するようにセルフアライニングトルク補正値の現在値を演算することを表している。
【０１２０】
さらに、操舵が行われ、（１６）式によるＳＡＴ補正値の演算値が図１６におけるＡ点まで達し、さらにＳＡＴ推定値が増加する場合には、ＳＡＴ補正値は、モデルの下限を示す直線に沿って次式に従って増加する。
【０１２１】
【数１７】
0004019813.tif 000018
【０１２２】
また、さらに操舵が行われてＢ点まで達したところで切り増しが終了し、ＳＡＴ推定値が減少し始めた場合には、傾きＫ1で（１６）式に従ってＳＡＴ補正値は減少する。この領域では、ＳＡＴ推定値の変動に対し、ＳＡＴ補正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を多少変化させ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補正値には影響が現れないようにしたものである。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ＳＡＴ推定値が増加する場合には、（１６）式に従いＢ点に向かってＳＡＴ補正値は増加するように演算される。また、切戻しによりＣ点からさらにＳＡＴ推定値が減少し、モデル上限に達した場合には、ＳＡＴ補正値は上限を示す直線に沿って（１７）式に従って減少するように演算される。このような２種類の傾きの設定によってＳＡＴ推定値に対するＳＡＴ補正値は一義的に定まり、図１６に示すヒステリシス特性が除去される。
【０１２３】
図１７（Ａ）は、高μ路面走行時のＳＡＴ推定値、図１７（Ｂ）はこのＳＡＴ推定値から（１６）、（１７）式に基づいてヒステリシス特性を除去したＳＡＴ補正値を各々示したものである。図１７（Ａ）、（Ｂ）の比較によりヒステリシス除去の効果によって、クーロン摩擦等の影響と考えられる保舵時の変動が略補償されていることがわかる。
【０１２４】
また、図１８（Ａ）は、高μ路、低μ路走行時のスリップ角とＳＡＴ推定値との関係、図１８（Ｂ）は、スリップ角とＳＡＴ補正値との関係を各々示したものである。図１８（Ｂ）からスリップ角とＳＡＴ補正値との関係は略線形になっており、ヒステリシス特性が除去されていることが理解できる。
【０１２５】
路面摩擦状態推定手段４４は、スリップ角推定手段３４によって推定された前輪スリップ角とヒステリシス特性が除去されたＳＡＴ補正値とに基づいてグリップ状態を路面摩擦状態として以下に示すように演算する。
【０１２６】
すなわち、路面摩擦状態推定手段４４では、スリップ角に車速やタイヤ種別に応じて変化する係数を乗じて導出されたＳＡＴ基準値と、ＳＡＴ補正値とを比較し、ＳＡＴ基準値とＳＡＴ補正値と差に応じてグリップ状態を出力する。ＳＡＴ基準値を導出するための係数は高グリップ状態を仮定して設定するものであり、低μ路走行時等低グリップ状態時にはＳＡＴ補正値はＳＡＴ基準値に比較して小さくなる。路面摩擦状態推定手段４４では、この性質を利用し、ＳＡＴ基準値の絶対値とＳＡＴ補正値の絶対値との偏差が大きい程グリップ状態、すなわち路面摩擦状態は小さくなるように演算して出力する。
【０１２７】
図１９（Ａ）、（Ｂ）は、ＳＡＴ補正値（実線）と車速に応じて変化する係数を前輪スリップ角に乗じて導出されたＳＡＴ基準値（破線）とを比較したものである。高グリップ状態を仮定してスリップ角から演算されたＳＡＴ基準値は、図１９（Ａ）に示すように、高μ路走行時にはＳＡＴ補正値と略一致するのに対し、グリップ状態が低下する低μ路走行時には、図１９（Ｂ）に示すように、ＳＡＴ補正値との間に偏差が生じていることが理解できる。
【０１２８】
従って、路面摩擦状態推定手段４４では、ＳＡＴ補正値及びＳＡＴ基準値各々の絶対値の差を用いて、図２０に示すマップからグリップ状態を含む路面摩擦状態を演算する。ここで演算されるグリップ状態を含む路面摩擦状態は、［０、１］の範囲で基準化されたものであり、大きいほどグリップ状態、すなわち路面摩擦状態が高いことを表している。図２０に示すマップからＳＡＴ基準値の絶対値とＳＡＴ補正値の絶対値との差が大きくなるに従って、グリップ状態、すなわち路面摩擦状態は小さく推定され、ＳＡＴ基準値の絶対値とＳＡＴ補正値の絶対値との差が小さくなるに従って、グリップ状態、すなわち路面摩擦状態は大きく推定される。
【０１２９】
図２１（Ａ）、（Ｂ）は、高μ路走行時のグリップ状態とスリップ角推定値、低μ路走行時のグリップ状態とスリップ角推定値を各々示している。図２１（Ａ）に示すように、高μ路走行時には、この程度のスリップ角では、スリップ角の有無に関わらず常に高いグリップ状態となっていることが推定できている。また、図２１（Ｂ）に示すように、低μ路走行時には、グリップ状態が低下していることが理解できる。また、操舵中にスリップ角が０付近になる時点でグリップ状態は１となり、直進に近い領域ではグリップ状態が回復する現象が正確に推定できていることが理解できる。
【０１３０】
第１の実施の形態ではスリップ角のモデルとの比較によって、また第２の実施の形態では、ＳＡＴのモデルとの比較によって、各々グリップ状態を含む路面摩擦状態を推定する例について説明したが、本発明はこのようにモデルとの比較という構成に限られるものではなく、ヒステリシス除去後のＳＡＴとスリップ角の関数としてグリップ状態を記述したり、ヒステリシス除去後のＳＡＴとスリップ角の２次元マップでグリップ状態を含む路面摩擦状態を推定しても良い。
【０１３１】
また、上記では本発明を電動パワーステアリング装置を搭載した車両へ適用した例について説明したが、操舵トルクとアシストトルクとに対応するパワーステアリング装置の油圧が計測できれば、本発明は油圧パワーステアリング装置の車両にも適用できるものである。
【０１３２】
次に、本発明を操舵角中立点推定装置に適用した第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第２の実施の形態のヒステリシス特性除去手段を用いて車両が直進状態となるハンドルの操舵角である中立点の位置を推定するものである。
【０１３３】
以下、本実施の形態を図２２を参照して説明する。本実施の形態は、図１４のスリップ角演算手段３４を省略し、摩擦状態推定手段４４に代えて中立点推定手段４６を設け、中立点推定手段４６によって操舵角とヒステリシス特性を持たないＳＡＴ推定値であるＳＡＴ補正値とにより中立点の位置を推定するようにしたものである。なお、図２２において図１４と対応する部分には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１３４】
以下、各手段の作用について説明する。ヒステリシス特性除去手段４２は、上記で説明したようにＳＡＴ推定手段３６において推定されたヒステリシス特性を有するＳＡＴ推定値からヒステリシス特性発生の原因となるパワーステアリング装置のクーロン摩擦等の影響を除去し、ヒステリシス特性を持たないＳＡＴ推定値をＳＡＴ補正値として出力する。すなわち、図２３に示すように、横軸にヒステリシス特性を持つ場合のＳＡＴ推定値、縦軸にヒステリシス特性を持たない場合のＳＡＴ推定値をとって表した場合、ヒステリシス特性を持つＳＡＴ推定値が負の値から０になり（右操舵時に発生するトルクを正とする場合）、かつ操舵角速度が一定値以上の正の値を示した場合（右操舵を正とする場合）には、図２３に示すＡ点を通る傾き１の直線を用い、Ａ点を初期値として上記の第２の実施の形態の図１６で説明したのと同様のアルゴリズムによってヒステリシス特性を除去したＳＡＴ補正値を演算する。
【０１３５】
また、ヒステリシス特性を持つＳＡＴ推定値が正の値から０になり、かつ操舵角速度が一定値以下の負の値を示した場合、図２３に示すＢ点を通る傾き１の直線を用い、Ｂ点を初期値として上記の第２の実施の形態の図１６で説明したのと同様のアルゴリズムによってヒステリシス特性を除去したＳＡＴ補正値を演算する。
【０１３６】
中立点推定手段４６は、ヒステリシス特性が除去されたＳＡＴ補正値が０となるときの操舵角を中立点として出力する。
【０１３７】
操舵角とＳＡＴまたは操舵トルクとの間には、ヒステリシス特性が存在する（ヒステリシス特性を持っている）ため、従来の中立点は、操舵角の頻度から統計的に推定するのが一般的であった。しかしながら、従来の統計的方法では、使用するデータ量が多いため推定を完了するまでに長時間を要したり、周回するコースを走行する場合には、操舵角の偏りから推定誤差が生じる等の問題がある。これに対し、本実施の形態では、ヒステリシス特性除去後のＳＡＴ推定値と操舵角との関係から中立点を推定しているため、精度良くかつ容易に中立点を推定することが可能となり、統計的な処理を行なうことなく短時間に、かつ操舵角の偏りの影響も受けずに中立点を推定することができる。
【０１３８】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第２の実施の形態のヒステリシス特性除去手段を用いてハンドル操舵時の粘性を推定するようにしたものである。本実施の形態は、図２４に示すように、図１４の摩擦状態推定手段４４に代えて、オンライン同定手段４８を用い、オンライン同定手段４８に更に操舵角速度を示す信号を入力してハンドル操舵時の粘性を推定するようにしたものである。なお、図２４において図１４と対応する部分には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１３９】
オンライン同定手段４８は、上記で説明したアルゴリズムでヒステリシス特性が除去されたヒステリシス特性除去後のＳＡＴ推定値、スリップ角演算手段３４で演算されたスリップ角、及び操舵角速度に基づいて、オンライン同定手法を適用してハンドルの粘性を推定する。
【０１４０】
本実施の形態では、ヒステリシス特性除去後のＳＡＴ推定値（ＳＡＴ補正値）を用いてハンドルの粘性を推定しているので、クーロン摩擦等によって生じるヒステリシス特性が除去され、ハンドル粘性の推定精度を向上することができる。
【０１４１】
上記で説明したヒステリシス特性除去手段は、ハンドルのクーロン摩擦等によって発生するヒステリシス特性を除去する場合に限定されるものではなく、クーロン摩擦等を含む多くのシステムに応用可能である。例えば、作業中のロボットの手先負荷の慣性をオンラインで推定する場合等にも適用することができる。図２５は、手先負荷の慣性をオンラインで推定する場合の構成を示したものであり、ヒステリシス特性除去手段３６は、上記で説明したアルゴリズムでモータへの指令トルクからクーロン摩擦分を除去したモータ出力トルクＴを推定する。また、オンライン同定手段５０は、モータの回転角速度αの時系列信号とヒステリシス特性除去手段３６から出力される出力トルクＴの時系列信号とから、慣性Ｊ、モータの回転角速度α、及び出力トルクＴの関係を示す式Ｊα＝Ｔに基づいてオンライン同定手法を適用することによって、慣性Ｊを推定する。
【０１４２】
次に、図２６を参照して空気圧の低下を判定する第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図１４で説明したように、操舵トルクとアシストトルクとを加算してＳＡＴ推定値を演算するＳＡＴ推定手段３６、ＳＡＴ推定値から操舵系の摩擦によって生じるヒステリシス特性を除去し、路面−タイヤ間で発生しているＳＡＴをＳＡＴ補正値として推定するＳＡＴ補正手段４２、操舵角と車速に基づいて前輪のスリップ角を推定するスリップ角推定手段３４が設けられている。本実施の形態では、図１４の摩擦状態推定手段に代えてＳＡＴ補正値と前輪スリップ角とに基づいて空気圧の低下を判定する空気圧低下判定手段５０が設けられている。
【０１４３】
次に、空気圧低下判定手段５０による空気圧低下の推定原理について説明する。タイヤ発生力特性を理論的に記述したブラッシュモデルによると、サイドフォースＦfy及セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）Ｔｓは、以下の式で表される。
【０１４４】
【数１８】
0004019813.tif 000019
【０１４５】
ただし、
【０１４６】
【数１９】
0004019813.tif 000020
【０１４７】
である。
【０１４８】
ここで、
Ｆｚ：接地荷重、
ｌ：タイヤ接地長、
Ｋｙ：単位幅かつ単位長さ当たりのトレッドラバーの横方向剛性、
ｂ：接地面の幅、
λ：横スリップ、
である。
【０１４９】
この横スリップλと前輪スリップ角との間には、
【０１５０】
【数２０】
0004019813.tif 000021
【０１５１】
の関係が有るが、一般的にξ＞０の領域ではスリップ角αfは小さいので、下記の（２２）式のようにみなすことができる。
【０１５２】
【数２１】
0004019813.tif 000022
【０１５３】
以上の関係からスリップ角０付近におけるスリップ角の微小変化に対するサイドフォースの微小変化の比∂Ｆfy／∂αfで表される勾配（以下、サイドフォース勾配という）、及びスリップ角の微小変化に対するＳＡＴ補正値の微小変化の比で表される勾配∂Ｔｓ／∂αｆ（以下、ＳＡＴ補正値の勾配という）は、各々以下のように表される。
【０１５４】
【数２２】
0004019813.tif 000023
【０１５５】
ここで、空気圧が低下すると、路面に対するタイヤの接地長が増加するので、サイドフォース勾配、またはＳＡＴ補正値の勾配を演算し、サイドフォース勾配、またはＳＡＴ補正値の勾配が増加したか否かを判断することにより、タイヤの空気圧低下を判断することができる。本実施の形態の空気圧低下判定装置は、この特徴に着目し、空気圧低下に伴う接地長の増加をサイドフォース勾配の増加またはＳＡＴ補正値の勾配の増加として検出するものである。
【０１５６】
なお、上記（２３）式、（２４）式より、サイドフォース勾配はタイヤ接地長の２乗に比例するのに対し、ＳＡＴ勾配はタイヤ接地長の３乗に比例し、ＳＡＴ勾配の方がタイヤ接地長の変化がより顕著に表れるので、空気圧の低下をより精度良く検出することができる。
【０１５７】
以下、本実施の形態の作用について説明する。本実施の形態は、ＳＡＴ勾配に基づいて、空気圧の低下を判定するようにしたものである。ＳＡＴ推定手段３６は、図１４で説明したのと同様に、操舵トルクとアシストトルクとを加算してＳＡＴ推定値を演算する。ここで推定されたＳＡＴ推定値は、操舵系の内部摩擦を含んだ値であるので、ＳＡＴ補正手段４２は、ＳＡＴ推定値から操舵系の摩擦によって生じるヒステリシス特性を除去し、路面−タイヤ間で発生している実際のＳＡＴをＳＡＴ補正値として推定する。また、スリップ角推定手段３４は、図１４で説明したように、操舵角と車速とに基づいて前輪のスリップ角を推定する。
【０１５８】
空気圧低下判定手段５０は、上記で説明した推定原理に基づいて、上記で説明した空気圧低下に伴う接地長の増加をＳＡＴ補正値の勾配の増加として検出する。すなわち、空気圧低下判定手段５０は、前輪スリップ角とＳＡＴ補正値とからスリップ角に対するＳＡＴ補正値の勾配を演算し、このＳＡＴ補正値の勾配が一定値以上になった場合に、空気圧が低下したと判定する。
【０１５９】
このＳＡＴ補正値の勾配は、上記で説明したオンライン同定法（オンライン最小２乗法）を用いて推定演算することができる。このオンライン最小２乗法は、以下で説明する図２７（Ｂ）のＳＡＴ補正値の勾配を推定し、推定された勾配と一定値（基準勾配を表す一点鎖線の勾配）との比較を行うものである。
【０１６０】
このオンライン最小２乗法を用いる場合、直進付近の微小な操舵状態においても勾配を推定することが可能であるため、直進に近い走行条件でも空気圧低下の判定が可能となる。また、ＳＡＴ補正値の勾配のみに着目するため、バンク走行時等路面カントによるＳＡＴ特性の切片がずれる状況においても路面カントの影響を受けることなく正確に空気圧低下の判定ができると、いう効果が得られる。
【０１６１】
なお、本実施の形態では、ＳＡＴ補正値の勾配を用いて空気圧の低下を判定する例について説明したが、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、上記の第２の実施の形態で用いた前輪スリップ角に応じて設定されるＳＡＴ基準値を用い、このＳＡＴ基準値とＳＡＴ補正値とを比較し、ＳＡＴ補正値がＳＡＴ基準値より大きくなった場合に、タイヤの空気圧が低下したと判定するようにしてもよい。すなわち、空気圧低下判定手段５０では、ＳＡＴ補正値とＳＡＴ基準値との差を演算し、この差が閾値を越えた場合に空気圧の低下と判定したり、またはＳＡＴ補正値とＳＡＴ基準値との比を演算し、この値が閾値を超えた場合に空気圧が低下したと判定してもよい。また、ここで用いられる閾値は、スリップ角や車速に応じて可変に設定しても良い。
【０１６２】
図２７（Ａ）は、空気圧が正常の状態で一定車速（３０ｋｍ／ｈ）で走行中に、ステップ操舵を繰り返した時の操舵角とＳＡＴ推定値との関係、すなわち操舵角とドライバの操舵する操舵トルクにパワーステアリングのアシストトルクを加算した値との関係を示したものである。
【０１６３】
特開平１１−５９４６６号公報及び特開平１１−３３４６３４号公報に記載された従来技術では、一点差線で示す基準トルクを設定し、ＳＡＴ推定値が基準トルクを超えた場合に空気圧が低下したと判定している。しかしながら、図２７（Ａ）に示すように操舵角とＳＡＴ推定値との間にはヒステリシス特性が存在しているので、空気圧が正常にも拘わらず、操舵の過渡時等では基準値を超えている。
【０１６４】
従来技術では、空気圧低下判定を保舵時に限定する等によってこのような過渡状態における誤作動の防止を図っているが、この対策は推定できる走行条件を限定するものであり、判定遅れ等の問題が生じるものである。
【０１６５】
これに対し本実施の形態では、ＳＡＴ推定値及びＳＡＴ基準値を用いる場合には、図２７（Ｂ）に示すように、横軸を図２７（Ａ）の操舵角に代えてスリップ角としている。スリップ角は、タイヤの横力発生の基になる物理量であり、スリップ角とＳＡＴとの間には時間遅れ等の動特性が存在しない。これに対し、操舵角とＳＡＴとの間には、操舵角とスリップ角の間に車両運動に伴う動特性が存在するため、この動特性の影響を受ける。
【０１６６】
本実施の形態では、横軸を車両運動の動特性の影響を受けないスリップ角としているため、過渡時においても空気圧低下判定を行うことができる。
【０１６７】
図２７（Ｂ）は、上記のように横軸をスリップ角としたときのＳＡＴ推定値（破線）と操舵系の摩擦を除去したＳＡＴ補正値（実線）との変化を示したものである。横軸をスリップ角とすることで、車両運動の動特性の影響による特性のふくらみが除去され直線的な特性が得られていることが理解できる。
【０１６８】
さらに、ＳＡＴ補正手段４２において操舵系の摩擦を除去することによって、ヒステリシス特性も除かれていることが理解できる。図２７（Ｂ）には、同時に本実施の形態の空気圧低下判定手段５０において設定されたＳＡＴ基準値を一点鎖線で示している。この実験では、原点近傍の領域を除きＳＡＴ補正値が常にＳＡＴ基準値以下となっており、直進状態を除く広い領域で空気圧の低下判定が精度良く行われていることが理解できる。
【０１６９】
次に、図２８を参照して本発明の第６実施の形態を説明する。本実施の形態は、図５の実施の形態のスリップ角推定手段５２に代えて、横加速度を検出する横加速度センサ４４、ヨー角速度を検出するヨー角速度センサ４６、及び横加速度とヨー角速度とに基づいて、前輪のサイドフォースを推定するサイドフォース推定手段５２を設けたものである。
【０１７０】
ＳＡＴ推定手段２６は、上記で説明したように、操舵トルクとアシストトルクを加算してＳＡＴ推定値を演算する。ここで推定されたＳＡＴ推定値は、操舵系の内部摩擦を含んだ値であるので、ＳＡＴ補正手段４２は、ＳＡＴ推定値から操舵系の摩擦によって生じるヒステリシス特性を除去し、路面−タイヤ間で発生している実際のＳＡＴをＳＡＴ補正値として推定する。
【０１７１】
サイドフォース推定手段５２は、横加速度センサ４４で検出された横加速度とヨー角速度センサ４６で検出されたヨー角速度とに基づいて、前輪のサイドフォースを推定する。空気圧低下判定手段５４は、ＳＡＴ補正値と前輪サイドフォースとに基づいて空気圧の低下を判定する。
【０１７２】
ここで、前輪サイドフォース（横力）Ｆfは、以下の式で示される車体の運動方程式から求めることができる。
【０１７３】
【数２３】
0004019813.tif 000024
【０１７４】
ただし、前輪サイドフォースＦfは、（２５）、（２６）式を連立し、後輪サイドフォースＦrを消去することによって、以下の（２７）式のように表すことができる。
【０１７５】
【数２４】
0004019813.tif 000025
【０１７６】
ただし、
【０１７７】
【数２５】
0004019813.tif 000026
【０１７８】
である。
【０１７９】
また、Ｍ、ｖ、ｒ、ｕ、Ｉz、Ｌf、Ｌr、は、上記（１）、（２）式で説明したのと同じ物理量であり、 Ｆfは前輪サイドフォース、Ｆrは後輪サイドフォースである。
【０１８０】
したがって、サイドフォース推定手段５２は、図２９に示すように、（２７）式に基づいてヨー角速度にハイパスまたはバンドパスフィルタ処理を施して近似演算したヨー角速度微分値ｄｒ／ｄｔに近似した値を出力するフィルタ５２Ｂ、横加速度信号にヨー角速度に施したフィルタ処理と同じカットオフ周波数でローパスフィルタ処理を施して近似演算した横加速度微分値ｄｖ／ｄｔに近似した値を出力するローパスフィルタ５２Ａ、及びローパスフィルタ５２Ａ出力とフィルタ５２Ｂ出力とから上記（２７）式に基づいて前輪のサイドフォースＦrを推定する演算手段５２Ｃから構成されている。
【０１８１】
また、空気圧低下判定手段５４は、前輪サイドフォースに応じたＳＡＴ基準値を設定するＳＡＴ基準値設定手段５４Ｂ、ヨー角速度に施したフィルタ処理と同じカットオフ周波数でＳＡＴ補正値に対してローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタ５４Ａ、及び前輪サイドフォースに応じて設定されたＳＡＴ基準値とローパスフィルタ５４Ａでローパスフィルタ処理されたＳＡＴ補正値とを比較し、ＳＡＴ補正値がＳＡＴ基準値より大きくなった場合に、空気圧が低下したと判定する比較手段５４Ｃから構成されている。
【０１８２】
比較手段５４Ｃでは、ＳＡＴ補正値とＳＡＴ基準値の差を演算し、この差が閾値を越えた場合に空気圧が低下したと判定したり、ＳＡＴ補正値とＳＡＴ基準値との比を演算し、この比の値が閾値を超えた場合に空気圧が低下したと判定することができる。また、ここで用いられる閾値はスリップ角や車速に応じて可変に設定しても良い。
【０１８３】
図３０は、横軸を上記（２７）式に従って推定された前輪サイドフォースとしたときのＳＡＴ補正値を示したものである。横軸をサイドフォースとする場合も横軸をスリップ角とした場合と同様に、操舵系の摩擦を除去することによってＳＡＴのヒステリシス特性が除去されていることが理解できる。図３０には、同時に本実施の形態の空気圧低下判定手段５４のＳＡＴ基準値設定手段５４Ｂにおいて設定されたＳＡＴ基準値を一点鎖線で示している。
【０１８４】
この実験では、原点近傍の領域を除き常にＳＡＴ補正値はＳＡＴ基準値以下となっており、直進状態を除く広い領域で空気圧低下判定が行われることが予測できる。
【０１８５】
ところで、前述の第５の実施の形態の構成では、ヨー角速度や横加速度等の車両運動状態量を計測するセンサが必要ないという特徴があるが、空気圧低下に伴うスリップ角推定の誤差の影響を受けるという問題もある。すなわち、車両運動方程式のパラメータであるコーナリングスティッフネスは、サイドフォース勾配と同じものであり、サイドフォース勾配は（２３）式に示すように空気圧変化に伴うタイヤの接地長変化の影響を受ける。このため、車両運動の動特性も空気圧変化の影響を受け、例えば、自然空気漏れ等の４輪同時に空気圧が低下した状態とパンク等の前輪１輪のみ低下する状態とでは、同じ操舵を行った場合のスリップ角の大きさが異なる。
【０１８６】
これに対し、第５の実施の形態では、パラメータを固定した車両運動モデルに基づいてスリップ角を推定しているため、４輪同時に空気圧が低下した状態と前輪１輪のみ空気圧が低下した状態とで同じ値を出力する。この演算結果は、空気圧低下判定の誤差要因になり得ると考えられる。
【０１８７】
これに対し、第６の実施の形態では（２７）式に基づいて推定演算されるサイドフォースを用いている。このサイドフォースは（２７）式から明らかなように、実際のサイドフォースを反映した車両運動の動特性から直接導出している結果、コーナリングスティッフネスの影響を受けていない。このため、４輪同時に空気圧が低下した状態や前輪１輪のみ空気圧が低下した状態との異なる状況によらず、常に正確なサイドフォースの推定が可能である。
【０１８８】
また、空気圧低下判定手段と５４して、ＳＡＴ基準値設定手段５４Ｂを用いることなく、前輪サイドフォースとヨー角速度に施したフィルタと同じカットオフ周波数をもつローパスフィルタ処理を施したＳＡＴ補正値とから、サイドフォースの微小変化に対するＳＡＴ補正値の微小変化の比で表されるサイドフォースにた対するＳＡＴ補正値の勾配を演算し、このサイドフォースに対するＳＡＴ補正値の勾配が一定値以上になった場合に、空気圧が低下したと判定することもできる。
【０１８９】
なお、サイドフォースに対するＳＡＴ補正値の勾配は、前述のスリップ角に対するＳＡＴ補正値の勾配を求めるアルゴリズムのスリップ角をサイドフォースに置き換えた演算によって推定することが可能である。また、ＳＡＴとサイドフォースの特性の場合、バンク走行時等路面カントによる影響は受けないため、推定パラメータのうち切片を０に固定して考えても良い。この場合、オンライン最小２乗法の推定パラメータは、勾配のみとなり演算負荷の低減効果も期待できる。以下にこのときのアルゴリズムを詳述する。
【０１９０】
ここでは、ＳＡＴとサイドフォースに次の関係が成立していると仮定する。
【０１９１】
【数２６】
0004019813.tif 000027
【０１９２】
ただし、ｋは、サイドフォースに対するＳＡＴ補正値の勾配である。このとき上記（２８）式にオンライン最小２乗法を適用すると、以下の（２９）式が得られる。
【０１９３】
【数２７】
0004019813.tif 000028
【０１９４】
ただし、λｆは忘却係数である。
【０１９５】
この手法は、図３０のＳＡＴ補正値の勾配を推定し、推定された勾配と所定値（一点鎖線で表される勾配）との比較を行うものである。この手法を用いる場合、直進付近の微小な操舵状態においても勾配を推定することが可能であるため、直進に近い走行条件でも空気圧低下の判定が可能となる。また、ブラッシュモデルによって記述する場合、サイドフォースに対するＳＡＴ補正値の勾配ｋは（２７），（２８）式より、
【０１９６】
【数２８】
0004019813.tif 000029
【０１９７】
となる。これは、トレッドラバーの剛性や接地幅に依存することなく、接地長のみ検出できることを意味している。したがって、サイドフォースに対するＳＡＴ補正値の勾配を導出する手法の場合、スタッドレスやサマーといったタイヤ種別やタイヤサイズに依存せず、精度良く空気圧の低下判定が可能である。
【０１９８】
以上説明したように本実施の形態によれば、保舵時のドライバの操舵トルク変動に影響を受けない推定が可能になると共に、レーンチェンジなど比較的速い操操舵時においても推定が可能になる。
【０１９９】
したがって、ＳＡＴ補正手段において操舵系の摩擦を除去するため、保舵時にハンドルが動かない程度にドライバが操舵トルクを変動させても、変動分が摩擦として除去されるためにＳＡＴ補正値は一定に保たれ、正確な空気圧低下判定が行われる。
【０２００】
また、タイヤ発生力の基になる前輪スリップ角を推定し、このスリップ角とＳＡＴ補正値との関係から空気圧低下判定を行うため、推定値が車両運動の動特性の影響を受けず、速い操舵の状態でも正確な判定が可能となる。
【０２０１】
なお、本実施の形態では、上記（２３）式に従って、スリップ角に対するサイドフォース勾配を演算し、このサイドフォース勾配が所定値以上になったときに空気圧が低下したと判断するようにしてもよい。
【０２０２】
上記で説明したように、タイヤの空気圧が低下するとタイヤと路面との接地長が長くなるため、タイヤと路面との間の摩擦係数が大きくなったのと等価とみなすことができ、タイヤの空気圧低下と路面摩擦状態とは密接な関係にある。従って、路面摩擦状態推定について説明した実施の形態はタイヤの空気圧低下推定に用いることができ、タイヤの空気圧低下推定について説明した実施の形態は路面摩擦状態推定に用いることができる。
【０２０３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ヒステリシス特性を持つ第２の物理量からヒステリシス特性を除去し、このヒステリシス特性を除去した第２の物理量に基づいて第３の物理量を推定しているため、精度の高い物理量を推定することができる、という効果が得られる。
【０２０４】
また、セルフアライニングトルクに基づいてヒステリシス特性を除去した補正値を出力し、この補正値に基づいて路面摩擦状態またはタイヤの空気圧低下を推定しているので、全操舵角範囲において正確に路面摩擦状態またはタイヤの空気圧低下を推定することができる、という効果が得られる。
【０２０５】
そして、セルフアライニングトルクに基づいてヒステリシス特性を除去した補正値を出力し、この補正値に基づいて操舵角中立点を推定しているので、正確に操舵角中立点を推定することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動パワーステアリング装置が搭載された車両に本発明を適用した第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】スリップ角基準値の上限及び下限を示す線図である。
【図３】スリップ角基準値の演算方法を説明するための線図である。
【図４】ＳＡＴ−スリップ角特性の路面摩擦状態による相違を示す線図である。
【図５】低グリップ状態でのスリップ角を示す線図である。
【図６】粘性補償後のＳＡＴとスリップ角との関係を示す線図である。
【図７】粘性補償前のＳＡＴとスリップ角との関係を示す線図である。
【図８】（Ａ）は操舵角の時間変化を示す線図であり、（Ｂ）はＳＡＴとスリップ角の時間変化を示す線図である。
【図９】高μ路走行時のスリップ角基準値及びスリップ角推定値の時間変化を示す線図である。
【図１０】低μ路走行時のスリップ角基準値及びスリップ角推定値の時間変化を示す線図である。
【図１１】スリップ角の絶対値とスリップ角基準値の絶対値との差と、グリップ状態との関係を示す線図である。
【図１２】高μ路走行時のグリップ状態とスリップ角の時間変化を示す線図である。
【図１３】低μ路走行時のグリップ状態とスリップ角の時間変化を示す線図である。
【図１４】電動パワーステアリング装置が搭載された車両に本発明を適用した第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図１５】ＳＡＴ補正値の上限及び下限を示す線図である。
【図１６】ＳＡＴ推定値からＳＡＴ補正値を演算する方法を説明するための線図である。
【図１７】（Ａ）はＳＡＴ推定値の時間変化を示す線図であり、（Ｂ）はヒステリシス特性を除去したＳＡＴ補正値の時間変化を示す線図である。
【図１８】（Ａ）は高μ路及び低μ路におけるスリップ角とＳＡＴ推定値との関係を示す線図であり、（Ｂ）は高μ路及び低μ路におけるスリップ角とＳＡＴ補正値との関係を示す線図である。
【図１９】（Ａ）は高μ路走行時のＳＡＴ基準値とＳＡＴ補正値との時間変化を示す線図であり、（Ｂ）は低μ路走行時のＳＡＴ基準値とＳＡＴ補正値との時間変化を示す線図である。
【図２０】ＳＡＴ基準値の絶対値とＳＡＴ補正値の絶対値との差と、グリップ状態との関係を示す線図である。
【図２１】（Ａ）は高μ路走行時のグリップ状態とスリップ角推定値とを示す線図、（Ｂ）は低μ路走行時のグリップ状態とスリップ角推定値とを示す線図である。
【図２２】本発明をハンドルの中立点の位置を推定する装置に適用した第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図２３】ＳＡＴ推定値からＳＡＴ補正値を演算する方法を説明するための線図である。
【図２４】本発明をハンドル操舵時の粘性を推定する装置に適用した第４の実施の形態を示すブロック図である。
【図２５】本発明の他の適用例を示すブロック図である。
【図２６】本発明をタイヤの空気圧低下を推定する装置に適用した第５の実施の形態を示すブロック図である。
【図２７】（Ａ）は操舵角とＳＡＴ推定値との関係を示す線図であり、（Ｂ）はスリップ角とＳＡＴ推定値及びＳＡＴ補正値との関係を示す線図である。
【図２８】本発明をタイヤの空気圧低下を推定する装置に適用した第６の実施の形態を示すブロック図である。
【図２９】図２８のサイドフォース推定手段及び空気圧低下判定手段の詳細を示すブロック図である。
【図３０】サイドフォースとＳＡＴ補正値との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１０  ステアリングシャフト
１２  ステアリングホイール
１４  ステアリングギヤ
１６  タイロッド
１８  操舵角センサ
２０  トルクセンサ
２２  電気制御装置
２４  減速機
２６  電気モータ
３０  車速センサ
３２  アシストトルクセンサ
３４  スリップ角推定手段
３６  ＳＡＴ推定手段
３８  スリップ角基準値演算手段
４０  摩擦状態推定手段
４２  ヒステリシス特性除去手段
４４  摩擦状態推定手段
【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】
0004019813.tif 000039
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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