JP2006327550A - 路面摩擦推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の旋回や制動を行わなくても路面摩擦係数の推定を行うことのできる舵制御装置を提供する。
【解決手段】 路面摩擦推定装置は左右の操舵輪を独立に操舵可能な第１モータ３４ａ、第２モータ３４ｂを含む。路面摩擦推定装置のＥＣＵ１００は車両が直進状態であるか否かを検出する直進状態検出部１０２と、左右の操舵輪にそれぞれ作用している軸力を取得する軸力取得部１０４と、直進走行中に路面の影響によって左右の操舵輪に作用する軸力に差が発生している場合、その軸力差がなくなるように第１モータ３４ａ、第２モータ３４ｂを制御して操舵輪のトー角を変化させる操舵制御部１０６と、この操舵制御部１０６によって左右の軸力の差がなくなるように制御した時のトー角と、その時に発生している軸力とに基づき、路面摩擦係数を推定する路面摩擦推定部１１０を含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、路面摩擦推定装置、特に、走行中に路面摩擦係数を推定することのできる路面摩擦推定装置の改良に関する。

車両の操舵輪を含むタイヤは路面との間に摩擦が存在することで走行させたり制動させたりすることができる。車両をスムーズに走行させたり、制動させたりするためには、タイヤがスリップすることなく路面に対して回転する必要があり、そのために適切な駆動力制御や制動力制御が要求される。実際の制御としてはＡＢＳ制御やトラクション制御が行われる。この制御を行うためには、路面摩擦係数μが必要になる。従来、路面摩擦係数μの測定は、車両が制動を行う時のタイヤのスリップ状態や車両が旋回している時にタイロッドに発生している作用力、すなわちタイロッド軸力などに基づき推定演算を実施して行っている。例えば、特許文献１には、ステアリングホイールの転舵状態を電気的に操舵機構に伝達して操舵制御を行ういわゆるステアバイワイヤシステムにおいて、左右操舵輪のタイロッドに設けた軸力センサからの情報と転舵変位量センサからの情報とに基づき車両旋回時に路面摩擦係数μの測定を行う技術が開示されている。
特開平１０−２６４８３８号公報

しかし、特許文献１の技術は、路面摩擦係数μの推定を行うために、運転者が旋回操作を行う必要がある。つまり、運転者が行った操舵操作の結果生じる変化に基づいて路面摩擦係数μの推定を行っているため、駆動力制御や制動力制御に利用する路面摩擦係数μを後追いで取得していることになる。その結果、路面摩擦係数μの推定タイミングが必ずしも最適とは言い切れず、駆動力制御や制動力制御の実施時に制御レスポンスの面で改善の余地があった。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の旋回や制動を行わなくても路面摩擦係数μの推定を行うことのできる路面摩擦推定装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様では、左右の操舵輪を独立に操舵可能な操舵手段と、車両が直進状態であるか否かを検出する直進状態検出手段と、前記左右の操舵輪にそれぞれ作用している作用力を取得する作用力取得手段と、前記直進状態検出手段により直進状態が検出されている場合に、前記左右の操舵輪のそれぞれに作用している作用力の差がない状態で、作用力の大きさが変化するように、前記操舵手段を制御する操舵制御手段と、前記操舵制御手段が前記操舵手段を制御したときの、作用力の変化量と操舵角の変化量とに基づき、左右の操舵輪が接地している路面摩擦係数を推定する路面摩擦推定手段と、を含むことを特徴とする。

車両は、左右の操舵輪の作用力が同じ、言い換えると、左右の作用力に差がなければ車両は直進状態を維持できる。また、左右の操舵輪が接地する路面の路面摩擦係数が左右で同じであれば、左右の操舵輪の操舵角を同じ量変化させたとき、左右の操舵輪に発生する作用力の変化は同じとなる。しかし、路面摩擦係数が左右で異なる場合には、左右の操舵輪の操舵角を同じ量変化させたときに、左右の操舵輪に発生する作用力の変化量は左右で異なる。この態様によれば、左右の操舵輪に発生する作用力に差がない状態で大きさを変化させることで、車両の直進状態を維持しつつ、そのときの作用力の変化量と操舵角の変化量の関係に基づき、左右の操舵輪の接地する路面の路面摩擦係数の推定を行うので、車両の旋回や制動を行うことなく、直進状態で路面摩擦推定を行うことができる。

また、上記態様において、前記左右の操舵手段の一方側に接続されたステアリングホールとの間に配置され、前記操舵輪の操舵角の変化を前記ステアリングホイールに非伝達とする伝達抑制手段を含むようにしてもよい。この態様によれば、伝達抑制手段により操舵輪の操舵角の変化をステアリングホイールに非伝達とするので、路面摩擦係数μの推定のために操舵角が調整された場合でも、ステアリングホイールがその調整により動かされないので直進走行しているドライバーに違和感を与えることがない。

また、上記態様において、前記作用力取得手段は、前記操舵手段を駆動するアクチュエータの駆動電流に基づき作用力を取得するようにしてもよい。また、前記作用力取得手段は、前記操舵輪を操舵する軸に生じる軸力に基づき操舵輪に作用する作用力を取得するようにしてもよい。この態様によれば、路面摩擦係数μの推定を迅速に行うことができる。
また、上記態様において、前記操舵制御手段は、前記操舵手段を所定値以下の微小変化量で制御してもよい。ここで微小変化量とは、左右の操舵輪の操舵を行っても、走行中の車両に振動などの挙動変動を発生させないような変化量で、操舵角としては、例えば１．０°とすることができる。この態様によれば、路面摩擦係数の推定を車両搭乗者に違和感を与ることなく実施することができる。

本発明の路面摩擦推定装置によれば、車両の制動や旋回を行うことなく、車両が直線走行状態で路面摩擦係数μの推定を行うことができる。その結果、その後にドライバーから要求される制動制御や旋回制御時に既に推定した路面摩擦係数μを利用し、スムーズな制御を実施できる。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に基づいて説明する。

本実施形態の路面摩擦推定装置は、車両が直進走行を行っている時に、左右の操舵輪に発生している作用力の差がない状態を維持し、その作用力が変化するように、左右の操舵輪の操舵角をそれぞれ調整する。そして、左右の操舵輪に発生する作用力を維持することにより車両の直進走行状態を維持する。このときの操舵角の変化量とそのとき発生している作用力の変化量により路面摩擦係数μの推定を行う。

図１は、本実施形態の路面摩擦推定装置２００の構成を説明する概念構成図である。本実施形態において、路面摩擦推定装置２００は左右の操舵輪５８がそれぞれ独立の転舵する機構を備えている。つまり、左右の操舵輪５８のトー角を任意に変更調整できる構造を有している。図１は車両後方から前方に向かって見た状態を示している。路面摩擦推定装置２００は、運転者によって操作されるステアリングホイール１２と、このステアリングホイール１２に連結されたステアリングシャフト１４と、ステアリングシャフト１４の下端に設けられた操舵機構５０とを備える。ステアリングシャフト１４の下端には、ピニオンギヤ２２が取り付けられ、このピニオンギヤ２２は操舵機構５０内において、車両に車幅方向に移動可能に支持された第１ラックシャフト５２のラック歯５２ｂに噛合され、ラックアンドピニオン機構を構成する。

第１ラックシャフト５２の端部には、タイロッド５４の一端が連結される。タイロッド５４の他端は、右側の操舵輪５８を支持するナックルアーム５６に連結されている。ナックルアーム５６は図示しないキングピンを支点として回転する。ステアリングホイール１２が操作されてステアリングシャフト１４が回転されると、この回転が操舵機構５０によって車両の左右方向の直線運動に変換される。この直線運動は、ナックルアーム５６のキングピン回りの回動に変換され、右側の操舵輪５８の転舵が行われる。

ステアリングシャフト１４は、ステアリングホイール１２に連結された入力軸１４ａと、操舵機構５０に連結された出力軸１４ｂとに分割されている。出力軸１４ｂと入力軸１４ａとは、伝達比可変装置２０を介して連結されている。

伝達比可変装置２０は、車両速度および操舵角などの情報に基づいて、ステアリングホイール１２と操舵輪５８との間の伝達特性を制御して、ステアリング操作性を向上させる機能を持つ装置である。この機能により、例えば車両側の制御により操舵輪５８の転舵調整が行われた場合でも、その調整による反力をステアリングホイール１２側に全く伝達させなくする伝達抑制手段としても動作する。伝達比可変装置２０は、減速機構、モータ（図示せず）、および入力軸１４ａと出力軸１４ｂとを直結するロック機構などから構成される。ステアリングホイール１２の回転は、入力軸１４ａを介して伝達比可変装置２０のモータのハウジングに伝達される。

伝達比可変装置２０の減速機構２０ａは、差動発生機構として構成されている。差動発生機構は、モータを駆動することにより、モータの回転軸に固定された波動発生器のカムを回転させ、フレキシブルギヤを介してステータギヤとドリブンギヤとの間に回転差を生じさせる。この回転差を取り出して、入力軸１４ａから伝達されるステータギヤ自身の回転に加えることによって、ステアリングホイール１２の操舵角よりも大きい操舵角を出力軸１４ｂに発生させることができる。

また、伝達比可変装置２０には、ロック機構２０ｂが設けられている。ロック機構２０ｂは、ソレノイドを作動させてロックピンを溝と係合させることで、入力軸１４ａに対する出力軸１４ｂの回転を不能とし、これにより伝達比可変装置２０の全体が一体となって回転する。伝達比可変装置２０のモータには、図示しない回転センサが設けられており、この回転センサは、路面摩擦推定装置２００の制御手段である電子制御ユニット１００（以下、「ＥＣＵ１００」と記載する。）に接続されている。ＥＣＵ１００は、この回転センサの検出結果に基づいて伝達比可変装置２０に異常が発生しているかを判断し、伝達比可変装置２０に異常が発生した場合には、ＥＣＵ１００は、ロック機構２０ｂに動作信号を入力して伝達比可変装置２０を一体的に回転させ、ステアリングホイール１２から操舵輪５８に対して固定された伝達比による操舵が可能となる。これにより、伝達比可変装置２０の異常が車両の走行に及ぼす影響は最小限となる。

入力軸１４ａには、この入力軸１４ａの回転角を検出することによりステアリングホイール１２の操舵角と操舵方向を検出する操舵角センサ１６が設けられている。また、入力軸１４ａには、ステアリングホイール１２に付与される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１８が設けられている。操舵角センサ１６および操舵トルクセンサ１８により検出されたステアリングホイール１２の操舵角、操舵方向、操舵トルクは、ＥＣＵ１００に入力される。

操舵機構５０は、車両右側の操舵輪の転舵を行う第１ラックシャフト５２、車両左側の操舵輪の転舵を行う第２ラックシャフト５３、第１ラックシャフト５２を駆動する第１モータ３４ａ、第２ラックシャフト５３を駆動する第２モータ３４ｂ、および第１モータ３４ａと第２モータ３４ｂとの間に設けられた差動機構４０などにより構成される。

第１モータ３４ａは、ラックハウジング５１に固定された第１ステータ３０ａ、およびベアリング３２を介してラックハウジング５１に回転可能に支持された第１ロータ３１ａなどから構成される。第１ロータ３１ａは筒状に形成されており、第１ラックシャフト５２の一方の端部を内包する。第１ロータ３１ａの内周部にはネジ部が形成されており、ボールネジナットを構成している。一方、第１ラックシャフト５２の一方の端部の外周部には、ネジ溝状の第１転動路５２ａが形成されており、この第１転動路５２ａには複数の転動ボール３３が転動自在に嵌め込まれている。このように、転動ボール３３を介して第１ロータ３１ａの内周部のネジ部と第１転動路５２ａが連結されることによって、ボールネジ機構が構成される。

第１モータ３４ａを駆動することにより第１ロータ３１ａが回転すると、上述のボールネジ機構により、第１ロータ３１ａの回転トルクが第１転動路５２ａを転動する複数の転動ボール３３を介して第１ラックシャフト５２の軸方向の推力に変換され、これにより第１ラックシャフト５２が軸方向に移動する。

ＥＣＵ１００は、操舵トルクセンサ１８および車速センサ２４による検知結果に基づいて、車両右側の操舵輪５８を転舵するためのアシストトルクを算出し、このアシストトルクに対応した駆動トルクを発生するように第１モータ３４ａの駆動を制御する。こうして第１モータ３４ａが駆動され、第１ラックシャフト５２が軸方向に移動することにより、車両右側の操舵輪５８を転舵するための運転者によるステアリングホイール１２の操舵操作がアシストされる。

第２モータ３４ｂも、ラックハウジング５１に固定された第２ステータ３０ｂ、およびベアリング３２を介してラックハウジング５１に回転可能に支持された第２ロータ３１ｂなどから構成される。第１モータ３４ａと同様に、第２モータ３４ｂを駆動することにより第２ロータ３１ｂが回転すると、第２モータ３４ｂの回転トルクが第２転動路５３ａを転動する複数の転動ボール３３を介して第２ラックシャフト５３の軸方向の推力に変換され、第２ラックシャフト５３が軸方向に移動する。

第２ラックシャフト５３も、第１ラックシャフト５２と同様に、端部にタイロッド５４の一端が接続され、タイロッド５４の他端は、左側の操舵輪５８を支持するナックルアーム５６に連結されている。これにより、第２ラックシャフト５３が軸方向に駆動されることにより、車両左側の操舵輪５８が転舵される。

ＥＣＵ１００は、操舵角センサ１６による検知結果に基づいて、車両左側の操舵輪５８を転舵する角度を算出し、この角度に対応した長さだけ第２ラックシャフト５３を移動させるように第２モータ３４ｂの駆動を制御する。こうして第２モータ３４ｂが駆動され、第２ラックシャフト５３が軸方向に移動することにより、車両左側の操舵輪５８の独立した操舵制御を実現されることになる。

第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂの各々には、内部に図示しない回転センサが設けられている。回転センサの検知結果はＥＣＵ１００に入力され、ＥＣＵ１００は、この回転センサによる検知結果に基づいて、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂの回転数や異常の発生を判断する。

第１モータ３４ａと第２モータ３４ｂとの間には、差動機構４０が設けられている。差動機構４０は、２組の遊星ギヤ機構により構成されており、第１太陽ギヤ４１ａ、第１遊星ギヤ４２ａ、第１内歯ギヤ４３ａ、第２太陽ギヤ４１ｂ、第２遊星ギヤ４２ｂ、第２内歯ギヤ４３ｂ、支持板４６などにより構成される。

第１太陽ギヤ４１ａ、第２太陽ギヤ４１ｂ、第１内歯ギヤ４３ａは、ラックハウジング５１に対して第１ロータ３１ａおよび第２ロータ３１ｂと同軸かつ回転可能に支持されている。

第１ロータ３１ａの端部には、第１太陽ギヤ４１ａが第１伝達軸４５ａを介して連結されている。第１太陽ギヤ４１ａの径方向外側には、第１内歯ギヤ４３ａが設けられ、第１太陽ギヤ４１ａの外歯と第１内歯ギヤ４３ａの内歯には、第１遊星ギヤ４２ａが噛合している。第１内歯ギヤ４３ａは、ベアリング４４により、ラックハウジング５１に対して回転可能に支持されている。また、第２ロータ３１ｂの端部には、第２太陽ギヤ４１ｂが第２伝達軸４５ｂを介して連結されている。第２太陽ギヤ４１ｂの径方向外側には、第２内歯ギヤ４３ｂが設けられ、第２太陽ギヤ４１ｂの外歯と第２内歯ギヤ４３ｂの内歯には、第２遊星ギヤ４２ｂが噛合している。第２内歯ギヤ４３ｂの外周はラックハウジング５１に固定されており、第２内歯ギヤ４３ｂはラックハウジング５１に対して回転不能になっている。

第１遊星ギヤ４２ａは、それぞれ対応する第２遊星ギヤ４２ｂに、図示しないベアリングを介して相互に回転可能な第３伝達軸４７により連結されている。これら第３伝達軸４７は、支持板４６の貫通孔に挿通され、３本の第３伝達軸４７同士の相互の移動が規制された状態で支持される。

第１太陽ギヤ４１ａと第２太陽ギヤ４１ｂとでは、外周のギヤ部のピッチ円半径やピッチ、歯数などのギヤの諸元がすべて同一となっている。また、第１遊星ギヤ４２ａと第２遊星ギヤ４２ｂ、第１内歯ギヤ４３ａと第２内歯ギヤ４３ｂにおいても同様にギヤの諸元はすべて同一となっている。

ラックハウジング５１の内部であって、差動機構４０の近傍には、差動機構４０の差動をロックするロック機構６０が設けられている。ロック機構６０は、ラックハウジング５１に固定され、第１内歯ギヤ４３ａに設けられた溝に向かって図示しないソレノイドやリターンスプリングによりロックピンを進退させる。こうしてロックピンが溝に係合されることで、第１内歯ギヤ４３ａがラックハウジング５１に固定され、回転が規制される。

以上の構成により、ロック機構６０によるロックが解除され、第１内歯ギヤ４３ａが回転可能となっている場合には、この第１内歯ギヤ４３ａが回転することにより、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂとの間に差動を発生させることができる。ロック機構６０により第１内歯ギヤ４３ａの回転が規制されている場合には、差動機構４０により第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂとに与えられていた差動は規制される。この場合、第１ロータ３１ａ側の遊星ギヤ機構と第２ロータ３１ｂ側の遊星ギヤ機構との各ギヤの諸元は同一であることから、第１太陽ギヤ４１ａの回転を入力、第２太陽ギヤ４１ｂの回転を出力とした場合に、入力：出力は１：１となる。したがって、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂは差動機構４０を介して結合された状態となる。

第１ロータ３１ａの、内径および内周部に形成されたボールネジナット部の形状は第２ロータ３１ｂと同一になっている。また第１ラックシャフト５２の、外径および外周部に形成された第１転動路５２ａの形状は、第２ラックシャフト５３の外径および第２転動路５３ａの形状と同一となっている。このため、差動機構４０を介して、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂが相互に連結して回転することにより、第１ラックシャフト５２と第２ラックシャフト５３は同一の方向に同一の長さだけ移動する。

ＥＣＵ１００は、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂに設けられた回転センサの検知結果に基づいて、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂのいずれか一方、または両方に異常があると判断した場合には、ロック機構６０のソレノイドをオフし、リターンスプリングにより差動機構４０の差動をロックする。これにより、第１ロータ３１ａと第２ロータ３１ｂとは差動機構４０を介して結合され、第１ラックシャフト５２と第２ラックシャフト５３は同一の方向に同一の長さだけ移動する。この結果、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂのいずれか一方、または両方に異常が発生した場合においても、ステアリングホイール１２の操作により操舵輪の転舵を適切に行うことができる。

さらに、ＥＣＵ１００は、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂの一方に異常があると判断した場合には、前述のようにロック機構６０により差動機構４０の差動をロックし、また、異常がないと判断された他方のモータを作動させることにより、操舵操作のアシストを実行させる。これにより、第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂのいずれか一方に異常があると認められた場合であっても、運転者の操舵操作のアシストを行うことができる。

上述したように、路面摩擦推定装置２００は、第１モータ３４ａ、第２モータ３４ｂをそれぞれ独立的に動作させることにより、左右の操舵輪５８を個別に転舵調節することができる。本実施形態では、この特性を利用して車両の直進走行中に路面摩擦係数μの推定を行う。例えば、路面摩擦係数μが低ければ操舵輪５８が操舵されても路面との摩擦が低いため、操舵輪５８に生じる作用力、つまり軸力（正確には、操舵輪５８に連なるタイロッド５４などに発生する軸力）が大きくならない。また、所望の軸力を得るためには、操舵角を大きくしなければならない。逆に路面摩擦係数μが高い場合、僅かに転舵した場合でも操舵輪５８の軸力が上昇する。このとき、図２に示すように、もし左右の操舵輪５８が接地している路面の路面摩擦係数μが等しければ、左右の操舵輪５８の操舵角、すなわちトー角ΘＲ、ΘＬは等しくなる。また、左右の操舵輪５８に発生している軸力も等しくなる。逆に、路面摩擦係数μが左右で異なる場合、左右の軸力を等しくした場合、左右の操舵輪５８のトー角ΘＲ、ΘＬが異なることになる。例えば、左の操舵輪５８が接地している路面の路面摩擦係数μが右に比べ小さい場合、右の操舵輪５８で発生する軸力と左の操舵輪５８で発生する軸力を一致させて車両を直進させるために左の操舵輪５８のトー角ΘＬを右のトー角ΘＲより大きくする必要がある。このように、路面摩擦係数μに応じてトー角が変化するので、このトー角変化量とその時の軸力の変化量に基づき、路面摩擦係数μを逆に推定することができる。なお、走行中左右の操舵輪５８の軸力が等しくなるように制御し続ければ、トー角を変化させても車両は直進することになる。

図３は、ＥＣＵ１００において、特に路面摩擦係数μを推定するために利用する機能構成を示す機能ブロック図である。ＥＣＵ１００は、直進状態検出部１０２と、軸力取得部１０４と、操舵制御部１０６と、記憶部１０８と、路面摩擦推定部１１０と、を含む。直進状態検出部１０２は、操舵角センサ１６や車速センサ２４、ヨーレートセンサ２６などからの情報に基づき車両が現在所定速度以上で直進走行を行っているか否かを検出する。なお、直進状態検出部１０２は車速が所定速度以上になった時点で直進判定を行う。これは、低速域、例えば４０ｋｍ／ｈ以下ではヨーレート検出値が安定しないことや、低速の場合、操舵角がニュートラル状態から±１０°程度転舵されていても、移動距離が短いため、直進状態か旋回状態かの判定精度が低下する場合があるためである。

軸力取得部１０４は、例えば、タイロッド５４に発生している作用力、つまり軸力の取得を行う。軸力取得部１０４は、タイロッド５４に配置された軸力センサから直接軸力を取得してもよい。また、本実施形態の構成の場合、図１に示すように、第１モータ３４ａ、第２モータ３４ｂの駆動状態によってタイロッド５４の軸力が決まるので、第１モータ３４ａ、第２モータ３４ｂに流れる電流値からタイロッド５４で発生している軸力を推定取得してもよい。なお、車両（車種、グレード、操舵輪の種類）毎に、車速に対して発生する標準的な軸力を予め測定しておくことができる。したがって、標準的な軸力が必要な場合には、記憶部１０８に記憶された車速と軸力の関係を示すマップに基づいて、軸力を取得することができる。

操舵制御部１０６は、直進状態検出部１０２からの検出結果を監視し、車両の直進状態を維持するように操舵角制御を行う。つまり、操舵制御部１０６は、軸力取得部１０４の取得する左右の操舵輪５８の実際の軸力の差がなくなり等しくなるように、第１モータ３４ａ、第２モータ３４ｂを制御して、操舵輪５８の操舵角、つまり操舵輪５８のトー角を調整する。前述したように、操舵輪５８のトー角を変化させたときに発生する軸力は路面摩擦係数μに応じて変化する。したがって、路面摩擦推定部１１０は、左右の操舵輪５８の軸力差がなくなるようにして車両を直進状態に維持したときの、トー角の変化に伴う軸力を変化に基づき、路面摩擦係数μを逆に推定する。記憶部１０８には、このとき使用する軸力変化量とトー角変化量と路面摩擦係数μとの関係を示すマップや、軸力取得部１０４で車速から軸力を取得する場合に用いるマップなどの情報が記憶されている。

なお、ＥＣＵ１００は、路面摩擦係数μの推定処理に必要な情報を取得するために、操舵角センサ１６や車速センサ２４、ヨーレートセンサ２６などが接続されている。また、ＥＣＵ１００は、操舵手段として機能する第１モータ３４ａ、第２モータ３４ｂに必要な制御信号を出力したり、図示しない制動装置用ＥＣＵやエンジンＥＣＵなどに路面摩擦推定部１１０が推定した路面摩擦係数μを提供するように構成されている。

以上のように構成される路面摩擦推定装置２００およびＥＣＵ１００を用いた路面摩擦係数μの推定手順を図４のフローチャートを用いて説明する。

まず、ＥＣＵ１００の直進状態検出部１０２は、操舵角センサ１６、車速センサ２４、ヨーレートセンサ２６から直進判定に必要なデータの取得を行い（Ｓ１００）、車両が直進状態であるか否かの判定を行う（Ｓ１０２のＹまたはＮ）。直進状態検出部１０２は、例えば現在車速が４０ｋｍ／ｈ以上で、ヨーレートが所定値以下（実質的にゼロ）、操舵角が所定値以下（実質的にニュートラル状態）の場合に、車両は直進中であると判断する（Ｓ１０２のＹ）。また、いずれかの値がその条件を満たさない場合は、Ｓ１００に戻り、直進判定データの再取得を行う（Ｓ１０２のＮ）。

直進状態検出部１０２が現在車両は直進状態であると判断した場合（Ｓ１０２のＹ）、軸力取得部１０４は、現在の車速を車速センサ２４から改めて取得する（Ｓ１０４）。そして、軸力取得部１０４は、例えば、記憶部１０８に記憶されている車速とその車速に対する標準的な軸力との関係を示すマップを用いて、現在の車速で操舵輪５８に発生しているはずの標準軸力を取得し、さらに、その標準軸力を基準に目標軸力Ｆ0を取得する（Ｓ１０６）。ここで、目標軸力Ｆ0は、例えば標準軸力に対し＋２０％とする。前述したように、本実施形態では、左右の軸力が等しい状態を維持しつつ左右の操舵輪５８のトー角を変化させることにより、そのときのトー角の変化量と軸力の変化量の関係に基づいて、路面摩擦係数μの推定を行う。なお、本実施形態は、左右の操舵輪５８で独立的にトー角制御を行うので、軸力取得部１０４は、車速に基づき設定した目標軸力Ｆ0から右操舵輪５８用の目標軸力ＦＲ0と左操舵輪５８用の目標軸力ＦＬ0を取得する（Ｓ１０８）。この場合、車速より求めた標準軸力に基づいた目標軸力Ｆ0なので、Ｆ0＝ＦＲ0＝ＦＬ0となる。

続いて、操舵制御部１０６は、軸力取得部１０４が取得した目標軸力ＦＲ0と目標軸力ＦＬ0と、標準路面摩擦係数μ0とに基づき、路面摩擦係数が標準の場合に目標軸力ＦＲ0と目標軸力ＦＬ0とを発生させるために必要となる右操舵輪５８用の目標トー角ΘＲ0と左操舵輪５８用の目標トー角ΘＬ0を算出する（Ｓ１１０）。目標トー角ΘＲ0および目標トー角ΘＬ0は、図５に示すような、標準路面摩擦係数μ0における軸力の変化量ΔＦＲ（ΔＦＬ）とトー角の変化量ΔΘＲ（ΔΘＬ）との関係を示すマップを用いて取得することができる。図５に示すようなマップは、予め操舵輪５８を装着した車両毎に計測、解析を行うことにより作成できる操舵輪５８固有のマップで、記憶部１０８に記憶しておくことができる。

さらに、操舵制御部１０６は、目標軸力ＦＲ0と目標軸力ＦＬ0を得るために操舵輪５８を操舵する場合の右操舵輪５８用の目標トー角変化量θＲ0と左操舵輪５８用の目標トー角変化量θＬ0を取得する（Ｓ１１２）。この目標トー角変化量θＲ0、θＬ0は、走行中の車両のトー角を変化させても車両に振動などの挙動変動を発生させないように、微小量とすることが好ましく、例えば、１．０°と設定することができる。すなわち、目標トー角変化量θＲ0、θＬ0は、トー角制御の単位制御量といえる。もちろん、この微小量は車両のサスペンションの設定状態や操舵輪５８の性能によって振動の発生程度が変化するので、試験などを行い適宜変更することが好ましい。

そして、操舵制御部１０６は、目標トー角変化量θＲ0、θＬ0に基づいて、左右の操舵輪５８のに対して、左右独立舵角制御を開始してトー角を変化させる（Ｓ１１４）。例えば、目標トー角変化量θＲ0、θＬ0＝１．０°の場合、左右の操舵輪５８のトー角がそれぞれトーイン方向に変更されるように、第１モータ３４ａ、第２モータ３４ｂを回転制御する。なお、第１ラックシャフト５２とステアリングシャフト１４が直結されている場合、第１モータ３４ａの駆動によるトー角の変化がステアリングシャフト１４の回転としてドライバーに伝達されてしまう。つまり。ドライバーは、路面摩擦係数μの推定時に意図しないステアリングシャフト１４の回転や振動を認識してしまい違和感を感じる虞がある。しかし、本実施形態の場合、路面摩擦推定装置２００は伝達抑制手段として機能する伝達比可変装置２０を備えているので、第１ラックシャフト５２の駆動に伴う出力軸１４ｂの回転を減速機構２０ａにより相殺し入力軸１４ａを非回転とすることができる。その結果、車両路面摩擦係数μの推定のために、路面摩擦推定装置２００側でトー角を変化する制御を行ってもドライバーにその制御を認識させることはなく、快適な直進走行を提供することができる。

前述したように、トー角を変化させると操舵輪５８に作用する軸力が変化する。また、その時発生する軸力は、路面摩擦係数μに応じて変化する。例えば、左右の操舵輪５８が接地している路面の路面摩擦係数μが同じ場合、左右の操舵輪５８の軸力はほぼ同様に変化する。このとき、トー角が大きくなることにより軸力は上昇する。しかし、左右の操舵輪５８が接地している路面の路面摩擦係数μが異なる場合、例えば、右の操舵輪５８の接地路面の路面摩擦係数μが左に対して小さい場合、右の操舵輪５８の軸力は左より小さくなる。そこで、軸力取得部１０４は、トー角変化後に実際に発生している軸力をそれぞれ取得する。この場合、軸力取得部１０４は第１モータ３４ａおよび第２モータ３４ｂに流れる電流値に基づき取得することができる。すなわち、モータに流れる電流に対し発生軸力は比例するので、電流値に所定の定数を乗算すれば発生軸力を得ることができる。なお、発生する軸力は、モータ温度や周囲温度、モータの効率などの外部要因により変化する。したがって、この外部要因を考慮した、電流値と軸力との関係を示すマップを記憶部１０８に記憶しておき、利用することが望ましい。このマップは、予め試験、解析を行うことにより求めておくことができる。また、タイロッド５４などに軸力センサが配置されている場合には、軸力取得部１０４は、この軸力センサの検出値により軸力を直接的に取得してもよい。

操舵制御部１０６は、軸力取得部１０４から実際の軸力ＦＲと軸力ＦＬを取得すると、両者を比較し、ＦＲ＝ＦＬか否かの判断を行う（Ｓ１１６のＹまたはＮ）。前述したように、左右の操舵輪５８で接地している路面の路面摩擦係数μが異なる場合、トー角を同量の目標トー角変化量θＲ0、θＬ0で変更すると、発生する軸力に差が生じる。つまり、ＦＲ＝ＦＬとならない（Ｓ１１６のＮ）。この場合、操舵制御部１０６は、目標トー角変化量の補正値を取得する（Ｓ１１８）。具体的には、軸力ＦＲと軸力ＦＬの差分を変数とする演算式（Δθ＝ｆ（｜ＦＬ−ＦＲ｜））により補正値の算出を行う。この場合、軸力が大きい方、例えばＦＲ＞ＦＬの場合、軸力ＦＲを基準に軸力ＦＬが大きくなるようにトー角の補正値の算出を行う。演算の結果、例えばΔθ＝０．２°となった場合、補正後目標トー角変化量は、θＲ1＝１．０、θＬ1＝１．２に決定される（Ｓ１２０）。そして、操舵制御部１０６は、Ｓ１１４の処理に戻り、補正後目標トー角変化量θＲ1、θＬ1を用いて、左右独立舵角制御を実施する。

Ｓ１１４、Ｓ１１６の処理、または、Ｓ１１８、Ｓ１２０を含む処理により、操舵制御部１０６がＦＲ＝ＦＬであると判断した場合（Ｓ１１６のＹ）、現在の軸力がＳ１０６で取得した目標軸力Ｆ0に達しているか否か、つまりＦ0＝ＦＲ（または＝ＦＬ）か否かの判断を行う（Ｓ１２２のＹまたはＮ）。例えば、左右の操舵輪５８が接地している路面摩擦係数μが異なる場合でも、僅かにトー角を変化させただけで、軸力ＦＲ、ＦＬが同じになってしまう場合がある。前述したように、実際の路面摩擦係数μは、車両の直進状態で発生した軸力変化量と、その時のトー角変化量により推定するため、トー角の変化量および軸力の変化量が小さいと路面摩擦係数μの推定精度が不安定になる。そのため、本実施形態では、左右の軸力が等しい状態を維持しつつ、つまり、車両の直進走行状態を維持したまま、ある程度軸力を大きく変化させている。そこで、操舵制御部１０６は、ＦＲ＝ＦＬでない場合（Ｓ１２２のＮ）、現実の軸力が目標軸力Ｆ0に等しくなるように、目標トー角の補正値を取得する（Ｓ１２４）。具体的には、目標軸力Ｆ0と軸力ＦＲ（または、軸力ＦＬ）の差分を変数とする演算式（ΔΘ＝ｆ（｜Ｆ0−ＦＲ｜））により補正値の算出を行い、補正後目標トー角ΘＲ1、ΘＬ1を決定し（Ｓ１２６）、Ｓ１１２に移行する。そして、改めて目標トー角変化量θＲ0、θＬ0を取得する。このときの目標トー角変化量θＲ0、θＬ0も、走行中の車両のトー角を変化させても車両に振動などの挙動変動を発生させないように、微小量とすることが好ましく、例えば、１．０°と設定する。つまり、左右の操舵輪５８に発生している軸力が等しい状態で再度左右の操舵輪５８の軸力を増加方向に修正し、最終的にＦ0＝ＦＲ（または＝ＦＬ）に軸力が収束するようにトー角の変化制御を継続する。もちろん、Ｓ１２４、Ｓ１２６を経由する処理の間にＦＲ＝ＦＬでなくなった場合には、Ｓ１１８、Ｓ１２０の処理が行われ、ＦＲ＝ＦＬが維持されるように制御される。なお、Ｓ１２４、Ｓ１２６の処理により、Ｆ0＜ＦＲ（または、ＦＬ）となった場合には、操舵輪５８の軸力を減少させる方向にトー角を修正する場合もある。

Ｓ１２２において、Ｆ0＝ＦＲ（または＝ＦＬ）であると判断した場合（Ｓ１２２のＹ）、路面摩擦推定部１１０は、補正後の目標トー角ΘＲ1、ΘＬ1にトー角を変化した場合に、操舵輪５８に発生している軸力ＦＲ、軸力ＦＬがどの程度変化したかの情報を取得している。したがって、摩擦推定部１１０は、このトー角変化量と軸力変化量の関係を実現するために必要となる路面摩擦係数μの推定が可能になる。この路面摩擦係数μの推定は、図６に示すように、路面摩擦係数μ毎に求められている軸力変化量とトー角変化量の関係が示されたマップを用いて行うことができる（Ｓ１２８）。図６に示すように、Ｆ0＝ＦＲ（または＝ＦＬ）になった時の軸力変化量ΔＦＲ（ΔＦＬ）に対し、補正後目標トー角ΘＲ1（ΘＬ1）の変化量ΔΘＲ（ΔΘＬ）との交点で示される路面摩擦係数μを取得する。なお、図６の場合、図の簡略化のため、路面摩擦係数μを示す曲線は３本のみ示しているが、路面摩擦係数μ毎の複数の曲線が存在し、軸力変化量とトー角変化量の交点が載る曲線が選択され、路面摩擦係数μが決定されるようになっている。

路面摩擦推定部１１０は路面摩擦係数μの推定が完了すると、他のＥＣＵ例えば、ブレーキ制御を行うＥＣＵやエンジン出力の制御を行うＥＣＵへ推定した路面摩擦係数μを提供し、操舵輪５８がスリップや空転などを起こさないようにするための制御に利用される。

このように、本実施形態によれば、路面摩擦係数μの推定を車両に対し制動動作や旋回動作を行うことなく、直進走行時に行うことができる。その結果、直進走行後にドライバーから要求される制動制御や旋回制御時に推定した路面摩擦係数μを直ちに利用することが可能になり、スムーズかつ更生後の制御を実施することができる。

なお、上述した実施形態は、例示であり、操舵輪の操舵角、すなわちトー角を左右の操舵輪で個々に変化できる機能を備えた車両において、直進走行時に左右の操舵輪で発生している軸力が等しい状態を維持しつつ、左右の操舵輪のトー角を積極的に調整し、変化した軸力の変化量とトー角の変化量に基づいて、路面摩擦係数を推定する構成であれば、各構成要素およびプロセスは適宜変更可能であり、本実施形態と同様な効果を得ることができる。例えば、上述した実施形態では、軸力を増加する方向にトー角を制御する例を示したが、軸力が減少する方向にトー角を制御しても本実施形態と同様に路面摩擦係数μの推定を行うことができる。また、トー角をトーイン側に制御して路面摩擦係数μの推定を行った後に、直後または所定時間経過後に、トー角を元の状態に戻すために、トー角をトーアウト側に制御する場合にも同様に、路面摩擦係数μの推定を行うことができる。

また、本実施形態では、必要な軸力や路面摩擦係数を得るために、トー角や軸力や路面摩擦係数の関連を予め解析したマップを用いた例を示したが、演算式を作成しておき、取得したデータに基づき演算して、所望の値を取得してもよい。

本実施形態に係る路面摩擦推定装置のハード構成を説明する説明図である。 本実施形態に係る路面摩擦推定装置によりトー角の変化状態を説明する説明図である。 本実施形態に係る路面摩擦推定装置のＥＣＵの構成を説明するブロック図である。 本実施形態に係る路面摩擦推定装置による路面摩擦係数の推定手順を説明するフローチャートである。 本実施形態に係る路面摩擦推定装置において、目標軸力から目標トー角を取得する時に利用するマップの一例である。 本実施形態に係る路面摩擦推定装置において、発生軸力とその時のトー角から路面摩擦係数を推定する時に利用するマップの一例である。

符号の説明

１６ 操舵角センサ、 ２０ 伝達比可変装置、 ２４ 車速センサ、 ２６ ヨーレートセンサ、 ３４ａ 第１モータ、 ３４ｂ 第２モータ、 １００ ＥＣＵ、 １０２ 直進状態検出部、 １０４ 軸力取得部、 １０６ 操舵制御部、 １０８ 記憶部、 １１０ 路面摩擦推定部、 ２００ 路面摩擦推定装置。

Claims (5)

1. 左右の操舵輪を独立に操舵可能な操舵手段と、
   車両が直進状態であるか否かを検出する直進状態検出手段と、
   前記左右の操舵輪にそれぞれ作用している作用力を取得する作用力取得手段と、
   前記直進状態検出手段により直進状態が検出されている場合に、前記左右の操舵輪のそれぞれに作用している作用力の差がない状態で、作用力の大きさが変化するように、前記操舵手段を制御する操舵制御手段と、
   前記操舵制御手段が前記操舵手段を制御したときの、作用力の変化量と操舵角の変化量とに基づき、左右の操舵輪が接地している路面摩擦係数を推定する路面摩擦推定手段と、
   を含むことを特徴とする路面摩擦推定装置。
2. 前記左右の操舵手段の一方側に接続されたステアリングホールとの間に配置され、前記操舵輪の操舵角の変化を前記ステアリングホイールに非伝達とする伝達抑制手段を含むことを特徴とする請求項１記載の路面摩擦推定装置。
3. 前記作用力取得手段は、前記操舵手段を駆動するアクチュエータの駆動電流に基づき作用力を取得することを特徴とする請求項１または請求項２記載の路面摩擦推定装置。
4. 前記作用力取得手段は、前記操舵輪を操舵する軸に生じる軸力に基づき操舵輪に作用する作用力を取得することを特徴とする請求項１または請求項２記載の路面摩擦推定装置。
5. 前記操舵制御手段は、前記操舵手段を所定値以下の微小変化量で制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の路面摩擦推定装置。

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