(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて操舵力を補うアシスト力を発生させるモータを備えた操舵装置であって、
車両のステアリングホイールからサスペンションに至る操舵系に加わる操舵トルクおよび操舵力の少くとも一つの操舵力指標を検出する操舵力指標検出手段と、
前記操舵力指標検出手段の検出信号に基づき、前記車両前方の車輪に生ずる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、
前記車両の状態量を検出する車両状態量検出手段と、
前記両状態量検出手段の検出信号に基づき、前記車両前方の車輪に対するサイドフォースおよび前輪スリップ角の少くとも一つの前輪指標を推定する前輪指標推定手段と、
前記前輪指標推定手段が推定した前輪指標に対する、前記セルフアライニングトルク推定手段が推定したセルフアライニングトルクの特性において、少なくとも原点を通りかつ該原点における勾配を有する線形に近似させるとともに、前記車両の走行中に前記勾配を同定する基準セルフアライニングトルク特性に基づき、基準セルフアライニングトルクを設定する基準セルフアライニングトルク設定手段と、該基準セルフアライニングトルク設定手段が設定した基準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推定手段が推定したセルフアライニングトルクとの比較結果に基づき、少くとも前記車両前方の車輪に対するグリップ度を推定するグリップ度推定手段と、
前記グリップ度推定手段により推定したグリップ度が、所定値未満であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記推定したグリップ度が所定値未満であると判定された場合、前記車両前方の車輪のグリップ度が限界に近い旨を運転者に通知する通知手段と、を備えることを特徴とする操舵装置。
【請求項２】
前記通知手段は、前記モータに発生させるアシスト力の増加であることを特徴とする請求項１記載の操舵装置。
【請求項３】
前記通知手段は、前記モータに発生させるアシスト力の減少であることを特徴とする請求項１記載の操舵装置。
【請求項４】
前記通知手段は、前記モータに与える駆動電流の振動であることを特徴とする請求項１記載の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて操舵力を補うアシスト力を発生させるモータを備えた操舵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両走行中における急操舵や、操舵輪が接地する路面の摩擦係数μ（以下「路面μ」という。）が小さい道路のカーブに進入したときには、車両の横滑りやスピンが発生し易い。そのため、近年の車両においては、このような横滑り等を防止して車両挙動の安定性を向上する車両安定性制御システムが導入されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような車両安定性制御システムによると、各車輪ごとのブレーキ力を制御することにより横滑り等の発生を抑制している。そのため、当該システムが作動すると、横滑り等を防止することはできても、運転者には予期せぬブレーキ感覚を与えることから、運転者に不安感を与えるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、運転者に不安感を与えることなく、車両挙動の安定性を向上し得る操舵装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の作用・効果】
上記目的を達成するため、請求項１の操舵装置では、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて操舵力を補うアシスト力を発生させるモータを備えた操舵装置であって、車両のステアリングホイールからサスペンションに至る操舵系に加わる操舵トルクおよび操舵力の少くとも一つの操舵力指標を検出する操舵力指標検出手段と、前記操舵力指標検出手段の検出信号に基づき、前記車両前方の車輪に生ずる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、前記車両の状態量を検出する車両状態量検出手段と、前記両状態量検出手段の検出信号に基づき、前記車両前方の車輪に対するサイドフォースおよび前輪スリップ角の少くとも一つの前輪指標を推定する前輪指標推定手段と、前記前輪指標推定手段が推定した前輪指標に対する、前記セルフアライニングトルク推定手段が推定したセルフアライニングトルクの特性において、少なくとも原点を通りかつ該原点における勾配を有する線形に近似させるとともに、前記車両の走行中に前記勾配を同定する基準セルフアライニングトルク特性に基づき、基準セルフアライニングトルクを設定する基準セルフアライニングトルク設定手段と、該基準セルフアライニングトルク設定手段が設定した基準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推定手段が推定したセルフアライニングトルクとの比較結果に基づき、少くとも前記車両前方の車輪に対するグリップ度を推定するグリップ度推定手段と、前記グリップ度推定手段により推定したグリップ度が、所定値未満であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により、前記推定したグリップ度が所定値未満であると判定された場合、前記車両前方の車輪のグリップ度が限界に近い旨を運転者に通知する通知手段と、を備えることを技術的特徴とする。
【０００６】
請求項１の発明では、操舵力指標検出手段により、車両のステアリングホイールからサスペンションに至る操舵系に加わる操舵トルクおよび操舵力の少くとも一つの操舵力指標を検出し、この操舵力指標検出手段の検出信号に基づき、セルフアライニングトルク推定手段が車両前方の車輪に生ずるセルフアライニングトルクを推定する。さらに、車両状態量検出手段によって検出された車両の状態量を用いて、前輪指標推定手段が車両前方の車輪に対するサイドフォースおよび前輪スリップ角の少くとも一つの前輪指標を推定する。そして、グリップ度推定手段が前輪指標推定手段が推定した前輪指標に対する、セルフアライニングトルク推定手段が推定したセルフアライニングトルクの特性において、少なくとも原点を通りかつ該原点における勾配を有する線形に近似させるとともに、車両の走行中に勾配を同定する基準セルフアライニングトルク特性に基づき、基準セルフアライニングトルクを設定する基準セルフアライニングトルク設定手段と、該基準セルフアライニングトルク設定手段が設定した基準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推定手段が推定したセルフアライニングトルクとの比較結果に基づき、少くとも車両前方の車輪に対するグリップ度を推定し、判定手段により、推定されたグリップ度が所定値未満であるか否かを判定し、推定したグリップ度が所定値未満であると判定された場合、通知手段により、車両前方の車輪のグリップ度が限界に近い旨を運転者に通知する。これにより、走行中の前輪指標（サイドフォースまたは前輪スリップ角）に対するセルフアライニングトルクの特性に基づいて求めた基準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推定手段が推定したセルフアライニングトルク（実セルフアライニングトルク相当）との比較結果に基づいてグリップ度を推定するので、路面摩擦係数を求める方法に比べて、グリップ度推定のロバスト性が高く、精度もよくなることから、正確なグリップ限界情報を運転者に通知できる。したがって、運転者に不安感を与えることなく、車両挙動の安定性を向上し得る効果がある。
【０００７】
また、請求項２の操舵装置では、請求項１において、前記通知手段は、前記モータに発生させるアシスト力の増加であることを技術的特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明では、通知手段は、モータに発生させるアシスト力の増加であることから、推定されたグリップ度が所定値未満であると判定された場合、操舵力を補うアシスト力が増加する。これにより、運転者は、車両前方の車輪車両前方の車輪のグリップ度が限界に近い旨の通知を急速に軽くなった操舵感覚として把握することができる。したがって、運転者に不安感を与えることなく、車両挙動の安定性を向上し得る効果がある。
【０００９】
さらに、請求項３の操舵装置では、請求項１において、前記通知手段は、前記モータに発生させるアシスト力の減少であることを技術的特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明では、通知手段は、モータに発生させるアシスト力の減少であることから、推定されたグリップ度が所定値未満であると判定された場合、操舵力を補うアシスト力が減少する。これにより、運転者は、車両前方の車輪のグリップ度が限界に近い旨の通知を急速に重くなった操舵感覚として把握することができる。したがって、運転者に不安感を与えることなく、車両挙動の安定性を向上し得る効果がある。
【００１１】
さらにまた、請求項４の操舵装置では、請求項１において、前記通知手段は、前記モータに与える駆動電流の振動であることを技術的特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明では、通知手段は、モータに与える駆動電流の振動であることから、アシスト力を介してステアリングホイールを振動させることができる。これにより、運転者は、車両前方の車輪のグリップ度が限界に近い旨の通知をステアリングホイールが振動する感覚として把握することができる。したがって、運転者に不安感を与えることなく、車両挙動の安定性を向上し得る効果がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の操舵装置の実施形態について図を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、本発明の操舵装置を自動車等の車両の電気式動力操舵装置（以下「操舵装置」という。）に適用した例を挙げて説明する。
【００１４】
まず、本実施形態に係る操舵装置２０の主な構成を図１に基づいて説明する。
図１に示すように、操舵装置２０は、主に、ステアリングホイール２１、ステアリングシャフト２２、ピニオンシャフト２３、操舵角センサ２４、トルクセンサ２５、減速機２６、ラックピニオン２７、回転角センサ２８、ロッド２９、ＥＣＵ３０、車速センサ３２、モータＭ等から構成されており、ステアリングホイール２１による操舵状態を検出し、その操舵状態に応じたアシスト力をモータＭにより発生させることにより、運転者の操舵をアシストするものである。
【００１５】
即ち、運転者が操作するステアリングホイール２１には、ステアリングシャフト２２の一端側が連結されており、このステアリングシャフト２２の他端側にはトルクセンサ２５の入力側が連結されている。またこのトルクセンサ２５の出力側にはピニオンシャフト２３の一端側が連結され、このピニオンシャフト２３の他端側には減速機２６を介してラックピニオン２７のピニオンギアが連結されている。そして、このラックピニオン２７のラックの両端には、図略の操舵輪が装着されたロッド２９が連結されている。なお、トルクセンサ２５の出力は、ＥＣＵ３０に電気的に接続されている。また、ステアリングシャフト２２の途中に設けられ、操舵角を検出し得る操舵角センサ２４も、その出力がＥＣＵ３０に電気的に接続されている。
【００１６】
ＥＣＵ３０は、図略の中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、入出力インタフェイス等から構成されており、操舵角センサ２４からの操舵角信号、トルクセンサ２５等からのトルク信号がそれぞれ入出力インタフェイスを介してＣＰＵに入力され得るように構成されている。またこのＥＣＵ３０には、車両の速度を検出し得る車速センサ３２や、ＥＣＵ３０により制御されるモータＭの回転角を検出し得る回転角センサ２８も接続されており、車速センサ３２から出力された車速信号および回転角センサ２８から出力された回転角信号が入出力インタフェイスを介してＣＰＵに入力され得るように構成されている。
【００１７】
モータＭは、図略のモータ駆動回路を介してＥＣＵ３０の入出力インタフェイスに接続され、ＥＣＵ３０によって駆動制御される、直流ブラシレスモータ等の電動モータである。そして、このモータＭの出力軸には、図略のギアを介して減速機２６に噛合されているため、モータＭに発生する駆動力、つまりアシスト力は、減速機２６による所定の伝達比にてピニオンシャフト２３に伝えられ、ロッド２９等を介して操舵輪を操舵可能にしている。なお、図略のモータ駆動回路からモータＭに供給されるモータ電流は、電流センサ３４により検出されてモータ電流信号としてＥＣＵ３０に入力されるように構成されている。
【００１８】
次に、操舵装置２０の主な電気的構成および動作を説明する。図２に示すように、操舵装置２０は、電気的には、ＥＣＵ３０、操舵角センサ２４、トルクセンサ２５、回転角センサ２８、車速センサ３２、電流センサ３４、モータＭ等から構成されている。前述したように、ＥＣＵ３０には、操舵角センサ２４、トルクセンサ２５、回転角センサ２８、車速センサ３２および電流センサ３４から出力される各検出信号が入力され、またＥＣＵ３０からはモータＭのモータ駆動回路に対し電流指令が出力される。
【００１９】
即ち、操舵装置２０は、電気式動力操舵装置の基本的な動作として、操舵角センサ２４による操舵角信号、トルクセンサ２５による操舵トルク信号、車速センサ３２による車速信号、回転角センサ２８による回転角信号、電流センサ３４によるモータ電流信号に基づいて、操舵状態や車速に応じたアシスト力をモータＭに発生させ得る電流指令値をＥＣＵ３０によるEMPS制御処理３０ｂにより演算する。そして、この電流指令値にＥＣＵ３０による位相補償やダンパ補償等の補償制御処理３０ｃを施して、モータ駆動回路に出力することにより、モータＭの駆動制御を行っている。
【００２０】
また、本実施形態に係る操舵装置２０では、このような基本的な操舵力のアシスト動作に加えて、グリップ限界を運転者に通知するための制御を実行するグリップ限界制御処理３０ｂ’をＥＣＵ３０により行っている。即ち、ＥＣＵ３０によるグリップ度推定演算処理３０ａにより車速信号およびモータ電流信号に基づいて操舵輪のグリップ度を推定演算する。
【００２１】
ここで、上記のグリップ度の推定について、図３〜図５を参照して説明する。先ず、自動車技術ハンドブック（第１分冊）基碇・理論編（１９９０年１２月１日第１版発行、社団法人自動車技術会）の１７９頁〜１８０頁においては、タイヤが横すべり角αを以って横すべりしながら転動する状態が図３に示すように説明されている。
【００２２】
即ち、図３において、破線で示すタイヤのトレッド面は路面と図３の点Ａを含む接地面前端で接触し、点Ｂまで路面に粘着し、タイヤ進行方向に移動するりそして、横方向のせん断変形による変形力が摩擦力に等しくなった点ですべりだし、点Ｃを含む後端で路面から離れて元の状態に戻る。このとき、接地面全体で発生する力Ｆｙ（サイドフォース）はトレッド部の横方向への変形面積（図３の斜線部）と単位面積当たりのトレッド部の横方向弾性定数の積となる。図３に示すように、サイドフォースＦｙの着力点はタイヤ中心線直下（点Ｏ）よりもｅｎ（ニューマチックトレール）だけ後方（図３の左方向）にある。したがって、このときのモーメントＦｙ・ｅｎがセルフアライニングトルク（Ｔｓａ）であり、横すべり角αを減少させる方向に作用することになる。
【００２３】
次に、車両にタイヤが装着された場合について、図３を簡略化した図４を用いて説明する。車両の操舵車輪においては、通常、ステアリングホイール（ハンドル）の戻りをよくするため、キヤスタ角をつけキャスタトレールｅｃを設けることしている。したがって、車輪の接地点は点０’となりステアリングホイールを復元させようとするモーメントは、Ｆｙ・（ｅｎ＋ｅｃ）となる。
【００２４】
タイヤの横方向のグリップ状態が低下し、すべり領域が拡大すると、トレッド部の横方向変形は図４のＡＢＣの形状からＡＤＣの形状となる。この結果、サイドフォースＦｙの着力点は、車両進行方面に対して前方（図４の点Ｈから点Ｊ）に移動することになる。つまりニューマチックトレールｅｎが小さくなる。したがって、同一のサイドフォースＦｙが作用していても、粘着領域が大きく、すべり領域が小さい場合（即ち、タイヤの横グリップが高い場合）には、ニューマチックトレールｅｎは大きく、セルフアライニングトルクＴｓａは大きくなる。逆に、タイヤの横方向のグリップが失われ、すべり領域が増大すると、ニューマチックトレールｅｎは小さくなり、セルフアライニングトルクＴｓａは減少することになる。
【００２５】
以上のように、ニューマチックトレールｅｎの変化に着目すれば、タイヤ横方向のグリップの程度を検出することが可能である。そして、ニューマチックトレールｅｎの変化はセルフアライニングトルクＴｓａに表れるため、セルフアライニングトルクＴｓａに基づき、車両前方の車輪に対する横方向のグリップの程度を表すグリップ度（以下「グリップ度」という）を推定することができる。また、グリップ度としては、後述するように、路面摩擦に対するサイドフォースの余裕度に基づいて推定することもできる。
【００２６】
なお、特開平１１−９９９５６公報において横力使用率または横Ｇ使用率が用いられているが、上記のグリップ度は、これらとは以下のように相違している。同公報に記載の装置においては、路面において発生可能な最大横力を、路面摩擦係数μから求めている。この路面摩擦係数μはコーナリングパワーＣｐ（定義は、スリップ角１ｄｅｇ時のサイドフォースの値）の路面摩擦係数μ依存性に基づいて推定される。しかし、コーナリングパワーＣｐは路面摩擦係数μだけでなく、タイヤ接地面の形状（接地面長さ、および幅）、トレッドゴムの弾性などに影響される。例えば、トレッド面に水が介在するような場合、あるいは、タイヤ磨耗、温度によりトレッドゴム弾性が変化した場合等において、路面摩擦係数μが同一でもコーナリングパワーＣｐに変化が現れる。このように、同公報に記載の技術においては車輪のゴムタイヤとしての特性には全く配慮されていない。
【００２７】
前述の図３および図４から明らかなように、車両前方の車輪に対する前輪サイドフォースに対するセルフアライニングトルクの特性は、図５のＴｓａａに示すような特性となる。前述のように、実セルフアライニングトルクをＴｓａａとし前輪サイドフォースをＦｙｒとすると、Ｔｓａａ＝Ｆｙｆ・（ｅｎ＋ｅｃ）であるので、実セルフアライニングトルクＴｓａａの前輪サイドフォースＦｙｆに対する非線型特性はニューマチックトレールｅｎの直接的変化を表している。したがって、実セルフアライニングトルクＴｓａａの原点０近傍（ここで、前輪はグリップ状態にある）での前輪サイドフォースＦｙｆに対する傾きＫｌを同定し、つまり、完全グリップ状態でのセルフアライニングトルク特性（基準セルフアライニングトルクＴｓａｏ）で示す特性を求める。なお、傾きＫｌは、初期値として実験的に求めた所定値を用い、グリップ度が高い通常走行中に、これを同定し補正することが望ましい。なお、実セルフアライニングトルクＴｓａａは、後述する演算によって求められる。
【００２８】
そして、基準セルフアライニングトルクＴｓａｏに対する実セルフアライニングトルクＴｓａａに基づき前輪のグリップ度とが推定される。例えば、前輪サイドフォースがＦｙｆｌの場合における、基準セルフアライニングトルクＴｓａｏの値Ｔｓａｏ１（＝Ｋ１・Ｆｙｆ１）と、実セルフアライニングトルクＴｓａａの値Ｔｓａａ１に基づき、グリップ度εは、ε＝Ｔｓａａ１／Ｔｓａｏ１として求めることができる。
【００２９】
上記のように、車輪のグリップ度は、サイドフォース（前輪サイドフォースＦｙｒ）に対するセルフアライニングトルク（実セルフアライニングトルクＴｓａａ）の変化に基づいて推定することができるが、これは図６に示すように構成することによって実現でき、その具体的構成は図２に示されている。先ず、図６においては、車両のステアリングホイール（図示せず）からサスペンション（図示せず）に至る操舵系に加わる操舵トルクおよび操舵カを含む操舵力指標のうちの少くとも一つの操舵力指標（例えば、操舵トルク）を検出する操舵力指標検出手段として、操舵トルク検出手段Ｍｌとアシストトルク検出手段Ｍ２が設けられている。これらの検出結果に基づき反カトルク検出手段Ｍ３にて反カトルクが検出される。
【００３０】
本実施形態では、例えば図２に示すトルクセンサ２５が操舵トルク検出手段Ｍ１に相当する。また、アシストトルクはモータＭのモータ電流から求められる（アシストトルク検出手段Ｍ２に相当）。
さらに、操舵角センサ２４が図６の操舵角検出手段Ｍ４に相当し、これに基づきステアリング摩擦トルク推定手段Ｍ５によってステアリング摩擦トルクが推定される。なお、これについては後述する。
【００３１】
而して、上記反カトルク検出手段Ｍ３およびステアリング摩擦トルク推定手段Ｍ５の検出結果に基づき、セルフアライニングトルク推定手段Ｍ６にて、車両前方の車輪ＦＬ，ＦＲに生ずる実セルフアライニングトルクＴｓａａが推定される。
【００３２】
一方、車両の状態量を検出する車両状態量検出手段として、本実施形態では、横加速度検出手段Ｍ７とヨーレイト検出手段Ｍ８が設けられており、これらの検出信号に基づき、車両前方の車輪ＦＬ，ＦＲに対するサイドフォースおよび前輪スリップ角を含む前輪指標のうちの少くとも一つの前輪指標（図６では前輪サイドフォースＦｙｆ）が、前輪指標推定手段たるサイドフォース推定手段Ｍ９にて推定される。
【００３３】
前輪サイドフォースＦｙｒは、横加速度検出手段Ｍ７とヨーレイト検出手段Ｍ８の出力結果に基づき、Ｆｙｆ＝（Ｌｒ・ｍ・Ｇｙ＋Ｉｚ・ｄγ／ｄｔ）／Ｌにしたがって推定される。ここで、Ｌｒは重心から後輪軸までの距離、ｍは車両質量、Ｌはホイールベース、Ｉｚはヨー慣性モーメント、Ｇｙは横加速度、ｄγ／ｄｔはヨーレイトの時間微分値である。
【００３４】
さらに、セルフアライニングトルク推定手段Ｍ６で推定された実セルフアライニングトルクＴｓａａと、サイドフォース推定手段Ｍ９で推定された前輪サイドフォースＦｙｆに基づき、基準セルフアライニングトルク設定手段Ｍ１１にて基準セルフアライニングトルクが設定される。例えば、セルフアライニングトルク原点勾配推定手段Ｍ１０にてセルフアライニングトルクの原点近傍での勾配が樵定され、この勾配と前輪サイドフォースに基づき、基準セルフアライニングトルク設定手段Ｍ１１にて基準セルフアライニングトルクが設定される。そして、基準セルフアライニングトルク設定手段Ｍ１１にて設定された基準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推定手段Ｍ６で推定されたセルフアライニングトルクとの比較結果に基づき、グリップ度推定手段Ｍ１２において前輪に対するグリップ度εが推定される。
【００３５】
即ち、図６において、セルフアライニングトルク推定手段Ｍ６で推定された実セルフアライニングトルクＴｓａａと、サイドフォース推定手段Ｍ９で推定された前輪サイドフォースＦｙｆに基づき、図５の原点近傍におけるセルフアライニングトルク勾配Ｋ１が求められる。この勾配Ｋ１と前輪サイドフォースＦｙｆに基づき基準セルフアライニングトルクＴｓａｏが、Ｔｓａｏ＝Ｋ１・Ｆｙｆとして求められ、実セルフアライニングトルクＴｓａａと比較される。この比較結果に基づき、グリップ度εが、ε＝Ｔｓａａ／Ｔｓａｏとして求められる。
【００３６】
以上のように、本実施形態では、モータＭの駆動電流はアシストトルクと比例関係にあるため、このアシストトルクと操舵トルク検出手段Ｍ１の検出結果に基づき、反カトルクを容易に推定することが可能である。また、ステアリング系の摩擦によるトルクを補償する必要があるが、ステアリング摩擦トルク推定手段Ｍ５において、ステアリングホイールを切り増した時の反カトルク最大値と切り戻した時の反カトルクの差が摩擦トルクとして演算され、逐次摩擦トルクが補正されるので、適切にセルフアライニングトルク（実セルフアライニングトルクＴｓａａ）を推定することができる。もっとも、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ステアリングシャフト（図示せず）にロードセル等を装着し、あるいは、サスペンション部材に歪み計を設け、その検知信号からセルフアライニングトルクを計測することも可能である。
【００３７】
次に、図７〜図１２は本発明におけるグリップ度推定の他の態様に係り、本発明の前輪指標として前輪スリップ角を用いるものである。図７は、前輪スリップ角とセルフアライニングトルクからグリップ度を推定する手段のブロック図である。ブロックＭ１〜Ｍ６は図６と同様であり、反カトルク、ステアリング系摩擦トルクが演算され、セルフアライニングトルクが推定される。一方、前輪スリップ角は、操舵角、ヨーレイト、横加速度および車両速度から求められるので、図６と同様、操舵角検出手段Ｍ４、横加速度検出手段Ｍ７およびヨーレイト検出手段Ｍ８の検出信号が、車両速度検出手段Ｍ９ｘの検出信号と共に前輪スリップ角推定手段Ｍ９ｙに入力される。
【００３８】
前輪スリップ角推定手段Ｍ９ｙにおいては、先ず、ヨーレイト、横加速度および車両速度から車体スリップ角速度ｄβ／ｄｔが求められ、これが積分されて車体スリップ角βが求められる。この車体スリップ角βをもとに車両速度、操柁角および車両諸元から、車輪スリップ角、特に前輪の車輪スリップ角（以下、前輪スリップ角という）αｆが演算される。なお、車体スリップ角βは、積分による方法以外に、車両モデルに基づく推定や、これと積分法を組み合わせて演算することとしてもよい。
【００３９】
上記のように推定されたセルフアライニングトルクと前輪スリップ角αｆに基づき、セルフアライニングトルク原点勾配推定手段Ｍ１０にて、セルフアライニングトルクの原点勾配が同定され、この勾配と前輪スリップ角に基づき、基準セルフアライニングトルク設定手段Ｍ１１にて基準セルフアライニングトルクが設定される。そして、基準セルフアライニングトルク設定手段Ｍ１１にて設定された基準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推定手段Ｍ６で推定されたセルフアライニングトルクとの比較結果に基づき、グリップ度推定手段Ｍ１２において前輪に対するグリップ度εが推定される。
【００４０】
上記図７に記載の実施形態におけるグリップ度εの推定に関し、図８〜図１２を参照して以下に詳述する。先ず、前輪スリップ角αｆに対する前輪サイドフォースＦｙｆおよびセルフアライニングトルクＴｓａの関係は、図８に示すような前輪スリップ角αｆに対して非線形の特性となる。セルフアライニングトルクＴｓａは前輪サイドフォースＦｙｆとトレールｅ（＝ｅｎ＋ｅｃ）の積となることから、車輪（前輪）がグリップ状態にある場合、つまり、ニューマチックトレールｅｎが完全グリップ状態にある場合のセルフアライニングトルク特性は、図９においてＴｓａｒで示すような非線形の特性となる。
【００４１】
しかし、本実施形態では、完全グリップ状態のセルフアライニングトルク特性を線形と仮定し、図１０に示すように、原点近傍における前輪スリップ角に対するセルフアライニングトルクＴｓａの勾配Ｋ２を求め、基準セルフアライニングトルク特性（図１０にＴｓａｓで示す）を設定することとしている。例えば、前輪スリップ角がαｆ１である場合、基準セルフアライニングトルクはＴｓａｓ１＝Ｋ２・αｆ１で演算される。そして、グリップ度εは、ε＝Ｔｓａａ１／Ｔｓａｓ１＝Ｔｓａａ１／（Ｋ２・αｆ１）として求められる。
【００４２】
図１０における基準セルフアライニングトルクの設定方法では、基準セルフアライニングトルク特性を線形と仮定しているため、前輪スリップ角αｆが大きな領域においてはグリップ度推定時の誤差が大きくなり、グリップ度の推定精度が低下することが懸念される。このため、図１１に示すように、所定の前輪スリップ角以上では、セルフアライニングトルク勾配をＫ３に設定し、基準セルフアライニングトルク特性の非線系性を図１１中の０−Ｍ−Ｎのように直線近似して設定することが望ましい。この場合、セルフアライニングトルク勾配Ｋ３を予め実験的に求めて設定し、走行中に勾配Ｋ３を同定し補正することが望ましい。また、点Ｍは実セルフアライニングトルクの変極点（点Ｐ）をもとに設定するとよい。例えば、実セルフアライニングトルクの変極点Ｐを求め、変極点Ｐの前輪スリップ角αＰから所定値だけ大きい前輪スリップ角αｍを点Ｍとして設定する。
【００４３】
さらに、前輪スリップ角に対する基準セルフアライニングトルクは路面摩擦係数μの影響を受けるため、図１２に示すように実セルフアライニングトルクＴｓａａの変極点Ｐにもとづき基準セルフアライニングトルクを設定することにより、高精度な基準セルフアライニングトルク特性を設定することができる。例えば、路面摩擦係数が低くなった場合、実セルフアライニングトルクＴｓａａの特性は図１２の実線から破線のように変化する。即ち、路面摩擦係数μが低下すると実セルフアライニングトルクＴｓａａの変極点が点Ｐから点Ｐ’に変化することになる。
【００４４】
したがって、基準セルフアライニングトルク特性（Ｔｓａｔ）を０−Ｍ−Ｎから０−Ｍ’−Ｎ’に変化させる必要がある。この場合において、前述のように点Ｍ’は変極点Ｐ’に基づいて設定されるため、路面摩擦係数が変化しても、その変化に追従して基準セルフアライニングトルク特性を設定することが可能となる。
【００４５】
以上の実施形態においては、タイヤのニューマチックトレールの変化に着目し、セルフアライニングトルクに基づきグリップ度εを求めることとしたものであるが、以下のように、路面摩擦に対するサイドフォースの余裕度に基づき、車輪に対する横方向のグリップの程度を表すグリップ度（この場合のグリップ度をεｍとする）を推定することができる。
【００４６】
先ず、タイヤ発生力の理論モデル（ブラッシュモデル）によれば、前輪のサイドフォースＦｙｆとセルフアライニングトルクＴｓａａの関係は、以下の式（１）〜式（４）により表される。即ち、ξ＝１−｛Ｋｓ／（３・μ・Ｆｚ）｝・λとした場合において、ξ＞０の場合は次式（１）、またξ≦０の場合は次式（２）、さらにξ＞０の場合は次式（３）、ξ≦０の場合は次式（４）のようにそれぞれ表される。
【００４７】
Ｆｙｒ  ＝μ・Ｆｚ・（１−ξ３）          ・・・（１）
Ｆｙｆ  ＝μ・Ｆｚ                        ・・・（２）
Ｔｓａａ＝（ｌ・Ｋｓ／６）・λ・ξ３      ・・・（３）
Ｔｓａａ＝０                              ・・・（４）
【００４８】
ここで、Ｆｚは接地荷重、ｌはタイヤ接地面の接地長さ、Ｋｓはトレッド剛性に対応する定数、λは横スリップ（λ＝ｔａｎ（αｆ））であり、αｆは前輪スリップ角である。
【００４９】
一般的にξ＞０の領域では、前輪スリップ角αｆは小さいため、λ＝αｆとして扱うことができる。上記の式（１）から明らかなように、サイドフォースの最大値はμ・Ｆｚであるので、路面摩擦係数μに応じたサイドフォースの最大値に対する割合を路面摩擦利用率とするとη＝１−ξ３と表すことができる。したがって、εｍ＝１−ηは路面摩擦余裕度ということになり、このεｍを車輪のグリップ度とするとεｍ＝ξ３となる。したがって、上記（３）式は、次式（５）のように表すことができる。
【００５０】
Ｔｓａａ＝（ｌ・Ｋｓ／６）・αｆ・εｍ    ・・・（５）
【００５１】
上記式（５）は、セルフアライニングトルクＴｓａａが前輪スリップ角αｆおよびグリップ度εｍに比例することを示している。そこで、グリップ度εｍ＝１（路面の摩擦利用率がゼロ、つまり摩擦余裕度が１）における特性を基準セルフアライニングトルク特性とすると、次式（６）のようになる。
【００５２】
Ｔｓａｕ＝（ｌ・Ｋｓ／６）・αｆ          ・・・（６）
【００５３】
したがって、上記（５）式および（６）式から、グリップ度εｍは、次式（７）として求めることができる。
【００５４】
εｍ＝Ｔｓａａ／Ｔｓａｕ                  ・・・（７）
【００５５】
この式（７）には路面摩擦係数μがパラメータとして含まれていないことから明らかなように、グリップ度εｍは路面摩擦係数μを用いることなく算出することができる。この場合において、基準セルフアライニングトルクＴｓａｕの勾配Ｋ４（＝ｌ・Ｋｓ／６）は、前述のブラッシュモデルを用いて予め設定することができる。また、実験的に求めることも可能である。さらに、まず初期値を設定し、走行中に前輪スリップ角がゼロ近傍におけるセルフアライニングトルクの傾きを同定し、補正することとすれば、検出精度を向上させることができる。
【００５６】
例えば、図１６において、前輪スリップ角がαｒ２である場合、基準セルフアライニングトルクはＴｓａｕ２＝Ｋ４・αｆ２で演算される。そして、グリップ度εｍは、εｍ＝Ｔｓａａ２／Ｔｓａｕ２＝Ｔｓａａ２／（Ｋ４・αｆ２）として求められる。
【００５７】
而して、前述の図３〜図１１に記載のニューマチックトレールに基づくグリップ度εに代えて、上記の路面摩擦余裕度に基づくグリップ度εｍを用いることができる。そして、前述のグリップ度εと上記のグリップ度εｍとは、図１７に示す関係となる。したがって、グリップ度εを求めてグリップ度εｍに変換することができ、逆に、グリップ度εｍを求めてグリップ度εに変換することもできる。
【００５８】
なお、以上のように実セルフアライニングトルクと基準セルフアライニングトルクとの比較によりグリップ度を推定すれば、従来（例えば特開平１１-９９９５６号）のように車輪が発生可能な最大力、つまり、路面摩擦係数μを求めることなく、ニューマチックトレール変化に基づいて車輪のグリップ度εを推定することが可能である。したがって、従来のように路面摩擦係数を求める方法と比べて推定のロバスト性が高く、また、精度もよい。
【００５９】
以上のようなグリップ度εの推定をグリップ度推定演算処理３０ａにより実行し、この推定されたグリップ度に基づいてグリップ限界制御処理３０ｂ’によるマップ演算を行う。このマップ演算は、図１３(A) 、(B) に示すようなグリップ度に対するアシスト量の関係を一意に決定できるマップにより行う。
【００６０】
例えば、図１３(A) に示すマップαを参照する場合には、グリップ度推定演算処理３０ａにより推定したグリップ度εが、低いほどアシスト力が増加するようにアシスト量を設定し、所定のグリップ度ε’未満であるときに、急激にアシスト量を増加させるようにグリップ度εに対するアシスト量の関係をマッピングする。この「所定のグリップ度ε’」は、操舵輪のグリップ度の下限限界値近傍に予め設定されているもので、この所定のグリップ度ε’未満あるいはこれを下回ることによって、車両の横滑りやスピン等が発生する蓋然性のあることを示すものである。そのため、グリップ限界制御処理３０ｂ’では、グリップ度推定演算処理３０ａにより推定されたグリップ度εが所定のグリップ度ε’未満であるか否かを判定し、推定されたグリップ度εが所定のグリップ度ε’未満であると判定した場合には、モータＭによるアシスト量を急激に増加させることによって、ステアリングホイール２１による操舵が急に軽くなったような感覚を運転者に与え、操舵輪のグリップ度が限界に近い旨を運転者に通知する。これにより、運転者に対し、これ以上ステアリングホイール２１を現在と同じ方向に回すことによって、横滑り等が発生する蓋然性のあることを伝え、運転者に操舵上の注意を喚起することができる。したがって、運転者に不安感を与えることなく、車両挙動の安定性を向上し得る効果がある。
【００６１】
一方、図１３(B) に示すマップβを参照する場合には、グリップ度推定演算処理３０ａにより推定したグリップ度εが、低いほどアシスト力が減少するようにアシスト量を設定し、所定のグリップ度ε’未満であるときに、急激にアシスト量を減少させるようにグリップ度に対するアシスト量の関係がマッピングされている。そのため、グリップ限界制御処理３０ｂ’では、グリップ度推定演算処理３０ａにより推定されたグリップ度εが所定のグリップ度ε’未満であるか否かを判定し、推定されたグリップ度εが所定のグリップ度ε’未満であると判定した場合には、モータＭによるアシスト量を急激に減少させることによって、ステアリングホイール２１による操舵が急に重くなったような感覚を運転者に与え、操舵輪のグリップ度が限界に近い旨を運転者に通知する。これにより、図１３(A) に示すマップαの場合と同様に、運転者に対し、これ以上ステアリングホイール２１を現在と同じ方向に回すことによって、横滑り等が発生する蓋然性のあることを伝え、運転者に操舵上の注意を喚起することができる。したがって、運転者に不安感を与えることなく、車両挙動の安定性を向上し得る効果がある。
【００６２】
また、図１４(A) に示すように、スリップ角に対するグリップ度の関係をマッピングしたマップγを用いることにより、操舵輪のスリップ角に基づいてグリップ度εをマップ演算することもできる。この場合には、グリップ度推定演算処理３０ａまたはグリップ限界制御処理３０ｂ’において、当該マップγにより推定されたグリップ度εが所定のグリップ度ε’未満であるか否かを判定し、推定されたグリップ度εが所定のグリップ度ε’未満であると判定した場合には、図１４(B) に示すように、モータＭの電流指令値に正弦波信号を重畳する。なおこの正弦波信号は、運転者がステアリングホイール２１を介して手に加わる振動として感じ取ることができる程度の振動周波数であり、例えば５Hz以上２０Hz以下のものである。
【００６３】
これにより、モータＭの駆動電流を振動させて、ステアリングホイール２１が振動する感覚を運転者に与えることができるので、操舵輪のグリップ度が限界に近い旨を運転者に通知できる。したがって、運転者に対し、これ以上ステアリングホイール２１を現在と同じ方向に回すことによって、横滑り等が発生する蓋然性のあることを伝え、運転者に操舵上の注意を喚起することができ、運転者に不安感を与えることなく、車両挙動の安定性を向上し得る効果がある。
【００６４】
ここで、上述したグリップ限界制御処理３０ｂ’による処理は、図１５に示すようなグリップ限界制御処理によっても行うことができる。なお、このグリップ限界制御処理は、ＥＣＵ３０により一定時間ごとに繰り返し行われる割り込み処理に類するものであり、一連のメインルーチンの説明は省略する。また当該グリップ限界制御処理は、ＥＣＵ３０のメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）に格納されている。
【００６５】
図１５に示すように、グリップ限界制御処理では、所定の初期化処理の後、ステップＳ１０１により、操舵輪のグリップ度取り込み処理が行われる。この処理は、前述したグリップ度推定演算処理３０ａにより推定されたグリップ度を取得する処理で、この処理で取得したグリップ度は、次のステップＳ１０３によるグリップ度判定処理に用いられる。
【００６６】
ステップＳ１０３では、ステップＳ１０１により取得したグリップ度εが、所定のグリップ度ε’未満であるか否かを判定する判定処理が行われる。そして、取得したグリップ度εが所定のグリップ度ε’未満であると判定できた場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、運転者に操舵輪のグリップ度が限界に近い旨を通知する必要があるので、ステップＳ１０５に処理を移行する。一方、取得したグリップ度εが所定のグリップ度ε’未満であると判定できない場合には（Ｓ１０３でＮｏ）、運転者に通知することがないので、ステップＳ１０５をスキップして一連の本グリップ限界制御処理を終了する。
【００６７】
ステップＳ１０５では、グリップ限界通知処理、即ち、前述したように「モータＭによるアシスト力を急激に増加させる処理」、「モータＭによるアシスト力を急激に減少させる処理」あるいは「モータＭの駆動電流に正弦波を重畳する処理」を行い、その後、一連の本グリップ限界制御処理を終了する。これにより、操舵輪のグリップ度が限界に近い旨を運転者に通知することができるので、運転者に対しこれ以上ステアリングホイール２１を同方向に切ることによって、横滑り等が発生する蓋然性のあることを伝え、運転者に操舵上の注意を喚起することができる。
【００６８】
図１５に示す操舵装置２０によるグリップ限界制御処理によると、グリップ度取り込み処理（Ｓ１０１）により、グリップ度推定演算処理３０ａにより推定した操舵輪が接地する接地面と該操舵輪との間のグリップ度を取り込み、グリップ度判定処理（Ｓ１０３）により、推定したグリップ度εが所定のグリップ度ε’未満であるか否かを判定し、推定したグリップ度εが所定のグリップ度ε’であると判定された場合（Ｓ１０３でＹｅｓ）、グリップ限界通知処理（Ｓ１０５）により、操舵輪のグリップ度が限界に近い旨を運転者に通知する。これにより、運転者は、車両の横滑り等の発生の蓋然性が高いことを知ることができる。したがって、運転者に不安感を与えることなく、車両挙動の安定性を向上し得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る操舵装置の構成概要を示す説明図である。
【図２】本実施形態に係る操舵装置の主な電気的構成を示すブロック図である。
【図３】一般的な車両に関し、タイヤが横すべりしながら転動する状態におけるセルフアライニングトルクとサイドフォースの関係を示す特性図である。
【図４】図３のセルフアライニングトルクとサイドフォースの関係を簡略して示す特性図である。
【図５】本発明の一実施形形態における前輪サイドフォースに対するセルフアライニングトルクの特性を示す特性図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るグリップ度推定のブロック図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るグリップ度推定のブロック図である。
【図８】本発明の他の実施形態における前輪スリップ角に対する前輪サイドフォースおよびセルフアライニングトルクの関係を示す特性図である。
【図９】本発明の他の実施形態における前輪スリップ角に対するセルフアライニングトルクの関係を示す特性図である。
【図１０】本発明の他の実施形態における前輪スリップ角に対するセルフアライニングトルクの関係を示す特性図である。
【図１１】本発明の他の実施形態における前輪スリップ角に対するセルフアライニングトルクの関係を示す特性図である。
【図１２】本発明の他の実施形態における前輪スリップ角に対するセルフアライニングトルクの関係を示す特性図である。
【図１３】グリップ度に対するアシスト量を決定するマップ例を示す説明図で、図１３(A) はグリップ度の減少に伴いアシスト量が増加するマップαの例、図１３(B) はグリップ度の増加に伴いアシスト量が増加するマップβの例である。
【図１４】図１４(A) は、本実施形態に係る操舵装置によるスリップ角に対するグリップ度を決定するマップγの例を示す説明図で、図１４(B) は、モータの電流指令値に正弦波を重畳した波形例を示す説明図である。
【図１５】本実施形態に係る操舵装置よるグリップ限界制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】本発明のさらに他の実施形態における前輪スリップ角に対するセルフアライニングトルクの関係を示す特性図である。
【図１７】本発明におけるニューマチックトレールに基づくグリップ度εと路面摩擦余裕度に基づくグリップ度εｍとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
２０              操舵装置
２１              ステアリングホイール
２２              ステアリングシャフト
２３              ピニオンシャフト
２４              操舵角センサ
２５              トルクセンサ
２６              減速機
２７              ラックピニオン
２８              回転角センサ
２９              ロッド
３０              ＥＣＵ
３０ａ            グリップ度推定演算処理（グリップ度推定手段）
３０ｂ            EMPS制御処理
３０ｂ’          グリップ限界制御処理  （判定手段、通知手段）
３０ｃ            補償制御処理
３２              車速センサ
３４              電流センサ
【図１】
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【図２】
0003970095.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003970095.tif 000007
【図７】
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【図８】
0003970095.tif 000009
【図９】
0003970095.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0003970095.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0003970095.tif 000014
【図１４】
0003970095.tif 000015
【図１５】
0003970095.tif 000016
【図１６】
0003970095.tif 000017
【図１７】
0003970095.tif 000018