車両接地面摩擦状態推定装置及びその方法
【課題】タイヤの摩擦限界に対する余裕度をより適切に推定する。
【解決手段】車両状態推定装置は、接地面において前記車輪のセルフアライニングトルクと前記車輪のスリップ度との比である入力を設定するためのタイヤスリップ角演算部４３、セルフアライニングトルク演算部４５及びセルフアライニングトルク−スリップ角比演算部４６と、その入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決めるためのトルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９を備える。
【解決手段】車両状態推定装置は、接地面において前記車輪のセルフアライニングトルクと前記車輪のスリップ度との比である入力を設定するためのタイヤスリップ角演算部４３、セルフアライニングトルク演算部４５及びセルフアライニングトルク−スリップ角比演算部４６と、その入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決めるためのトルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪接地面の摩擦状態或いは車輪の路面グリップ状態、又は摩擦限界に対する余裕度を推定するための装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、横軸が車輪のスリップ率に対応し且つ縦軸が路面の摩擦係数に対応する２次元マップに実際の車輪のスリップ率と路面の摩擦係数とに対応する点をプロットし、プロットした点と原点とを通る直線の傾きから夕イヤ摩擦状態を推定するものがある（特許文献１参照）。この推定したタイヤ摩擦状態に基づいて、車輪の制駆動力を制御している。
【特許文献１】特開２００６−３４０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の従来の技術にあっては、タイヤの摩擦限界を把握することができないため、タイヤ摩擦限界までの余裕度がわからない。
本発明の課題は、タイヤの摩擦限界に対する余裕度をより適切に推定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するために、本発明は、入力部が、接地面において車輪のセルフアライニングトルクと車輪のスリップ度との比である入力を設定する。また、出力部が、入力部で設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、車輪のセルフアライニングトルクと車輪のスリップ度がわかれば、その比を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータを取得できる。この車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータを基に、車輪のグリップ力が限界領域にあるときにも、タイヤ摩擦状態を適切に推定できるため、タイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（実施形態の前提となる技術）
先ず、本実施形態の前提となる技術を説明する。
（１）車輪のスリップ角と車輪の横力との関係
図１はタイヤの特性曲線を示す。このタイヤの特性曲線は、車輪のスリップ角βｔと車輪の横力Ｆｙとの間に成立する一般的な関係を示す。例えば、タイヤモデルを実験データを基にチューニングすることで、前後輪それぞれで二輪分の等価特性図（タイヤの特性曲線）を得る。ここで、例えば、マジックフォーミュラ（MagicFormula）を基にタイヤモデルを構築している。横力Ｆｙは、コーナリングフォースやサイドフォースに代表される値である。この実施形態では、横力が接地面において車輪に作用する車輪力に相当し、車輪のスリップ角が車輪のスリップ度に相当する。
【０００７】
図１に示すように、タイヤの特性曲線では、スリップ角βｔと横力Ｆｙとの関係が、スリップ角βｔの絶対値が増加するに従い線形から非線形に遷移する。すなわち、スリップ角βｔが零から所定の範囲内にある場合には、スリップ角βｔと横力Ｆｙとの間に線形関係が成り立つ。そして、スリップ角βｔ（絶対値）がある程度大きくなると、スリップ角βｔと横力Ｆｙとの関係が非線形関係になる。従って、タイヤの特性曲線は、線形部分と非線形部分とを有する。
【０００８】
このような線形関係から非線形関係への遷移は、タイヤの特性曲線の接線の傾き（勾配）に着目すれば一目瞭然である。ここでいうタイヤの特性曲線の接線の傾きとは、スリップ角βｔの変化量と横力Ｆｙの変化量との比、すなわち、横力Ｆｙのスリップ角βｔに関する偏微分係数で示される値である。このように示されるタイヤの特性曲線の接線の傾きは、該タイヤの特性曲線に対して交わる任意の直線ａ，ｂ，ｃ，…との交点（図１中に○印で示す交点）におけるタイヤの特性曲線の接線の傾きとみることもできる。そして、このようなタイヤの特性曲線上における位置、すなわちスリップ角βｔ及び横力Ｆｙがわかれば、タイヤの摩擦状態の推定が可能になる。例えば、図１に示すように、タイヤの特性曲線上で、非線形域でも線形域に近い位置ｘ０にあれば、タイヤの摩擦状態が安定状態にあると推定できる。タイヤの摩擦状態が安定状態であれば、例えばタイヤがその能力を発揮できるレベルにあると推定できる。又は車両が安定状態にあると推定できる。
【０００９】
図２は、各種路面μのタイヤの特性曲線と摩擦円を示す。図２（ａ）は、各種路面μのタイヤの特性曲線を示す。図２（ｂ）〜（ｄ）は、各路面μの摩擦円を示す。路面μは例えば０．２、０．５、１．０である。図２（ａ）に示すように、タイヤの特性曲線は、各路面μで定性的に同様な傾向を示す。また、図２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、路面μが小さくなるほど、摩擦円が小さくなる。すなわち、路面μが小さくなるほど、タイヤが許容できる横力が小さくなる。このように、タイヤ特性は、路面摩擦係数をパラメータとした特性である。よって、図２に示すように、路面摩擦係数の値に応じて、低摩擦の場合のタイヤの特性曲線、中摩擦の場合のタイヤの特性曲線、及び高摩擦の場合のタイヤの特性曲線等を得ることができる。
【００１０】
図３は、各種路面μのタイヤの特性曲線と原点を通る任意の直線ａ，ｂ，ｃとの関係を示す。図３に示すように、前記図１と同様に、各種路面μのタイヤの特性曲線について、任意の直線ａ，ｂ，ｃとの交点で接線の傾きを得る。すなわち、各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線ａとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線ｂとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線ｃとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。その結果、同一の直線との交点で得られる各種路面μのタイヤの特性曲線上の接線の傾きが同一となる結果を得ることができる。
【００１１】
例えば、図４では、前記図３に示した直線ｃに着目している。図４に示すように、同一の直線ｃとの交点で得られる各種路面μのタイヤの特性曲線上の接線の傾きは同一となる。すなわち、路面μがμ＝０．２のタイヤの特性曲線上での交点ｘ１を得る横力Ｆｙ１とスリップ角βｔ１との比（Ｆｙ１／βｔ１）、路面μがμ＝０．５のタイヤの特性曲線上での交点ｘ２を得る横力Ｆｙ２とスリップ角βｔ２との比（Ｆｙ２／βｔ２）、及び路面μがμ＝１．０のタイヤの特性曲線上での交点ｘ３を得る横力Ｆｙ３とスリップ角βｔ３との比（Ｆｙ３／βｔ３）が同一値となる。そして、それら各路面μのタイヤの特性曲線上で得られる各交点ｘ１，ｘ２，ｘ３での接線の傾きが同一となる。
【００１２】
図５は、任意の直線とタイヤの特性曲線との交点を示す横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）と、該交点でのタイヤの特性曲線上の接線の傾き（∂Ｆｙ／∂βｔ）との関係を示す。図５に示すように、どの各路面μ（例えばμ＝０．２、０．５、１．０）でも、このように、横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとが一定の関係を示している。そのため、例えば乾燥アスファルト路面や凍結路面等、路面μが異なる路面であっても、この図５に示す特性曲線が成立する。すなわち、この図５に示すタイヤ特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。そして、このタイヤ特性曲線において、その傾きは、路面μの影響を受けない点に特徴がある。つまり、路面状態の情報を取得又は推定を必要をすることなく、その傾きを特定できる特徴がある。ここで、図５の特性曲線は、図１と同様に、タイヤの特性曲線を示していると言える。しかし、図１と区別して、図５の特性曲線を例えばグリップ特性曲線と呼ぶこともできる。
【００１３】
図５に示す特性曲線は、横力Ｆｙとスリップ角βｔの比（Ｆｙ／βｔ）が小さい領域（小レシオ領域）では、タイヤの特性曲線上の接線の傾き（グリップ特性パラメータに相当）が負値となる。そして、この領域では、その比（Ｆｙ／βｔ）が大きくなるに従い、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが一旦減少してから増加に転じる。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が負値であることを示す。
【００１４】
また、横力Ｆｙとスリップ角βｔの比（Ｆｙ／βｔ）が大きい領域（大レシオ領域）では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値になる。そして、この領域では、その比（Ｆｙ／βｔ）が大きくなると、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが増加する。横力Ｆｙとスリップ角βｔの比（Ｆｙ／βｔ）が大きい領域では、図５の特性曲線は単調増加関数の形をしている。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が正値であることを示す。また、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが最大となることは、該接線の傾きがタイヤの特性曲線の線形領域のものであることを示す。なお、線形領域では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きは、横力Ｆｙとスリップ角βｔの比にかかわらず、常に一定の値を示す。
【００１５】
このようにして得ることができるタイヤの特性曲線上の接線の傾きは、グリップ特性パラメータ、タイヤのグリップ状態を表す変数又はタイヤが横方向に出せる力の飽和状態を表すパラメータとなる。具体的には、正値の領域の場合、スリップ角βｔを増やすことでさらに強い横力Ｆｙ（コーナリングフォース等）を発生させることができることを示す。そして、零又は負値の領域の場合、スリップ角βｔを増加させても横力Ｆｙ（コーナリングフォース等）が増えることはなく、逆に低下する恐れがあることを示す。
【００１６】
本願発明者は、以上に述べたように、各路面μのタイヤの特性曲線について、そのタイヤの特性曲線の原点を通る任意の一の直線とタイヤの特性曲線との交点で、接線の傾きが同一となる点を発見した。これにより、本願発明者は、路面μにかかわらず、横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係がある特性曲線（グリップ特性曲線）として表せる結果を得た（図５）。これにより、横力Ｆｙとスリップ角βｔとがわかれば、特性曲線（グリップ特性曲線）を基に、路面μの情報を必要とすることなく、タイヤの摩擦状態の情報を得ることができる。タイヤの摩擦状態の情報を得る手順を図６を用いて説明する。
【００１７】
先ず、横力Ｆｙとスリップ角βｔとを検出する。そして、図６（ａ）に示す特性曲線（前記図５と同様の特性曲線）を用いることで、検出した横力Ｆｙ及びスリップ角βｔに対応（Ｆｙ／βｔに対応）するタイヤの特性曲線上の接線の傾きを特定できる。例えば、図６（ａ）に示すように、タイヤの特性曲線上の接線の傾きＩｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３，Ｉｄ４，Ｉｄ５を得る。このタイヤの特性曲線上の接線の傾きから、図６（ｂ）に示すように、ある路面μのタイヤの特性曲線上の位置を特定できる。例えば、タイヤの特性曲線上の接線の傾きＩｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３，Ｉｄ４，Ｉｄ５に対応する位置ｘｉｄ１，ｘｉｄ２，ｘｉｄ３，ｘｉｄ４，ｘｉｄ５を特定できる。ここで、タイヤの特性曲線上における位置は、そのタイヤの特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を示すものとなる。このようなことから、図６（ｂ）に示すようにタイヤの特性曲線上の位置を特定できることで、そのタイヤの特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力（例えばグリップの能力）を知ることができる。例えば、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値又は零近傍である場合（例えばＩｄ４やＩｄ５）、それから特定できるタイヤの特性曲線上の位置（例えばｘｉｄ４やｘｉｄ５）に基づき、タイヤの横力が限界領域にあることがわかる。
【００１８】
以上のような手順により、横力Ｆｙ及びスリップ角βｔさえわかれば、特性曲線（グリップ特性曲線）を用いることで、その横力Ｆｙ及びスリップ角βｔを得た路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を知ることができる。
図７は、さらに摩擦円との関係を示す。図７（ａ）は、横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を示す（前記図５と同様）。図７（ｂ）は、タイヤの特性曲線を示す。図７（ｃ）は、摩擦円を示す。これらの関係において、先ず、横力Ｆｙ及びスリップ角βｔに対応（Ｆｙ／βｔに対応）するタイヤの特性曲線上の接線の傾きＩｄを得る（図７（ａ））。これにより、タイヤの特性曲線上の位置を特定できる（図７（ｂ））。さらに、摩擦円における横力の相対的な値を知ることができる。すなわち、タイヤが許容できる横力に対するマージンＭを知ることができる。また、タイヤの特性曲線上の接線の傾き自体は、スリップ角βｔの変化に対する横力Ｆｙの変化割合を示すものとなる。よって、図７（ａ）に示す特性曲線の縦軸の値（タイヤの特性曲線上の接線の傾き）は、いわば車両挙動の変化速度を示すものであるとも言える。
【００１９】
また、輪荷重を変化させたときの横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を得ている。前述と同様な手順によりその関係を得ている。図８は、その関係を示す。ここで、輪荷重の初期値Ｆｚ（変動がないときの輪荷重の値）に対して、０．６、０．８、１．２、…倍することで輪荷重を変化させている。１．０倍の場合は輪荷重の初期値Ｆｚになる。図８に示すように、タイヤの輪荷重が小さくなると、各輪荷重で得られるタイヤの特性曲線上の接線の傾きが小さくなる。このとき、各輪荷重で得たタイヤの特性曲線上の接線の傾きの最大値（線形領域の値）が、図８に示す特性図の原点を通る直線上を移動するようになる。さらに、横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を示す特性曲線は、その形を維持して大きさが異なるものとなる。すなわち相似形で大きさが異なるものとなる。このような輪荷重との関係も本願発明者は発見した。
【００２０】
（２）車輪のスリップ角と車輪のセルフアライニングトルクとの関係
図９はタイヤの特性曲線を示す。このタイヤの特性曲線は、車輪のスリップ角βｔと車輪のセルフアライニングトルクＭｚとの間に成立する関係を示す。例えば、タイヤモデルを実験データを基にチューニングすることで、前後輪それぞれで二輪分の等価特性図（タイヤの特性曲線）を得る。ここで、例えば、マジックフォーミュラ（MagicFormula）を基にタイヤモデルを構築している。また、セルフアライニングトルクは、ステアリングを中立位置に戻すトルクである。
【００２１】
図９に示すように、タイヤの特性曲線では、スリップ角βｔとセルフアライニングトルクＭｚとの関係が、スリップ角βｔの絶対値が増加するに従い線形から非線形に遷移する。すなわち、スリップ角βｔが零から所定の範囲内にある場合には、スリップ角βｔとセルフアライニングトルクＭｚとの間に線形関係が成り立つ。そして、スリップ角βｔ（絶対値）がある程度大きくなると、スリップ角βｔとセルフアライニングトルクＭｚとの関係が非線形関係になる。従って、タイヤの特性曲線は、線形部分と非線形部分とを有する。
【００２２】
このような線形関係から非線形関係への遷移は、タイヤの特性曲線の接線の傾き（勾配）に着目すれば一目瞭然である。ここでいうタイヤの特性曲線の接線の傾きとは、スリップ角βｔの変化量とセルフアライニングトルクＭｚの変化量との比、すなわち、セルフアライニングトルクＭｚのスリップ角βｔに関する偏微分係数で示される値である。このように示されるタイヤの特性曲線の接線の傾きは、該タイヤの特性曲線に対して交わる任意の直線ａ，ｂ，ｃ，…との交点（図９中に○印で示す交点）におけるタイヤの特性曲線の接線の傾きとみることもできる。そして、このようなタイヤの特性曲線上における位置、すなわちスリップ角βｔ及びセルフアライニングトルクＭｚがわかれば、タイヤの摩擦状態の推定が可能になる。例えば、図９に示すように、タイヤの特性曲線上で、非線形域でも線形域に近い位置ｘ０にあれば、タイヤの摩擦状態が安定状態にあると推定できる。タイヤの摩擦状態が安定状態であれば、例えばタイヤがその能力を発揮できるレベルにあると推定できる。又は車両が安定状態にあると推定できる。
【００２３】
図１０は、各種路面μのタイヤの特性曲線と原点を通る任意の直線ａ，ｂ，ｃとの関係を示す。図１０に示すように、前記図９と同様に、各種路面μのタイヤの特性曲線について、任意の直線ａ，ｂ，ｃとの交点で接線の傾きを得る。すなわち、各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線ａとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線ｂとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線ｃとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。その結果、同一の直線との交点で得られる各種路面μのタイヤの特性曲線上の接線の傾きが同一となる結果を得ることができる。
【００２４】
例えば、図１１では、前記図１０に示した直線ｃに着目している。図１１に示すように、同一の直線ｃとの交点で得られる各種路面μのタイヤの特性曲線上の接線の傾きは同一となる。すなわち、路面μがμ＝０．３のタイヤの特性曲線上での交点ｘ１を得るセルフアライニングトルクＭｚ１とスリップ角βｔ１との比（Ｍｚ１／βｔ１）、路面μがμ＝０．６のタイヤの特性曲線上での交点ｘ２を得るセルフアライニングトルクＭｚ２とスリップ角βｔ２との比（Ｍｚ２／βｔ２）、及び路面μがμ＝１．０のタイヤの特性曲線上での交点ｘ３を得るセルフアライニングトルクＭｚ３とスリップ角βｔ３との比（Ｍｚ３／βｔ３）が同一値となる。そして、それら各路面μのタイヤの特性曲線上で得られる各交点ｘ１，ｘ２，ｘ３での接線の傾きが同一となる。
【００２５】
図１２は、任意の直線とタイヤの特性曲線との交点を示すセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）と、該交点でのタイヤの特性曲線上の接線の傾き（∂Ｍｚ／∂βｔ）との関係を示す。図１２に示すように、どの各路面μ（例えばμ＝０．３、０．６、１．０）でも、このように、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとが一定の関係を示している。そのため、例えば乾燥アスファルト路面や凍結路面等、路面μが異なる路面であっても、この図１２に示す特性曲線が成立する。すなわち、この図１２に示すタイヤの特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。そして、このタイヤの特性曲線において、その傾きは、路面μの影響を受けない点に特徴がある。つまり、路面状態の情報を取得又は推定を必要とすることなく、その傾きを特定できる特徴がある。ここで、図１２の特性曲線は、図１と同様に、タイヤの特性曲線を示していると言える。しかし、図１と区別して、図１２の特性曲線を例えばグリップ特性曲線と呼ぶこともできる。
【００２６】
図１２に示す特性曲線は、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔの比（Ｍｚ／βｔ）が小さい領域（小レシオ領域）では、タイヤの特性曲線上の接線の傾き（グリップ特性パラメータに相当）が負値となる。そして、この領域では、その比（Ｍｚ／βｔ）が大きくなるに従い、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが一旦減少してから増加に転じる。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が負値であることを示す。
【００２７】
また、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔの比（Ｍｚ／βｔ）が大きい領域（大レシオ領域）では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値になる。そして、この領域では、その比（Ｍｚ／βｔ）が大きくなると、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが増加する。セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔの比（Ｍｚ／βｔ）が大きい領域では、図５の特性曲線は単調増加関数の形をしている。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が正値であることを示す。また、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが最大となることは、該接線の傾きがタイヤの特性曲線の線形領域のものであることを示す。なお、線形領域では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きは、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔの比にかかわらず、常に一定の値を示す。
【００２８】
このようにして得ることができるタイヤの特性曲線上の接線の傾きは、グリップ特性パラメータ、タイヤのグリップ状態を表す変数又はタイヤが横方向に出せる力の飽和状態を表すパラメータとなる。そして、横力Ｆｙの場合と同様に、正値の領域の場合、スリップ角βｔを増やすことでさらに強いセルフアライニングトルクＭｚを発生させることができることを示す。一方、零又は負値の領域の場合、スリップ角βｔを増加させてもセルフアライニングトルクＭｚが増えることはなく、逆に低下する恐れがあることを示す。
【００２９】
本願発明者は、以上に述べたように、各路面μのタイヤの特性曲線について、そのタイヤの特性曲線の原点を通る任意の一の直線とタイヤの特性曲線との交点で、接線の傾きが同一となる点を発見した。これにより、本願発明者は、路面μにかかわらず、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係がある特性曲線（グリップ特性曲線）として表せる結果を得た（図１２）。これにより、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとがわかれば、特性曲線（グリップ特性曲線）を基に、路面μの情報を必要とすることなく、タイヤの摩擦状態の情報を得ることができる。タイヤの摩擦状態の情報を得る手順を図１３を用いて説明する。
【００３０】
先ず、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとを検出する。そして、図１３（ａ）に示す特性曲線（前記図１２と同様の特性曲線）を用いることで、検出したセルフアライニングトルクＭｚ及びスリップ角βｔに対応（Ｍｚ／βｔに対応）するタイヤの特性曲線上の接線の傾きを特定できる。例えば、図１３（ａ）に示すように、タイヤの特性曲線上の接線の傾きＩｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３，Ｉｄ４を得る。このタイヤの特性曲線上の接線の傾きから、図１３（ｂ）に示すように、ある路面μのタイヤの特性曲線上の位置を特定できる。例えば、タイヤの特性曲線上の接線の傾きＩｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３，Ｉｄ４に対応する位置ｘｉｄ１，ｘｉｄ２，ｘｉｄ３，ｘｉｄ４を特定できる。ここで、タイヤの特性曲線上における位置は、そのタイヤの特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を示すものとなる。このようなことから、図１３（ｂ）に示すようにタイヤの特性曲線上の位置を特定できることで、そのタイヤの特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力（例えばグリップの能力）を知ることができる。例えば、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値又は零近傍である場合（例えばＩｄ３やＩｄ４）、それから特定できるタイヤの特性曲線上の位置（例えばｘｉｄ３やｘｉｄ４）に基づき、タイヤのセルフアライニングトルクが限界領域にあることがわかる。
【００３１】
以上のような手順により、セルフアライニングトルクＭｚ及びスリップ角βｔさえわかれば、特性曲線（グリップ特性曲線）を用いることで、そのセルフアライニングトルクＭｚ及びスリップ角βｔを得た路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を知ることができる。
また、輪荷重を変化させたときのセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を得ている。前述と同様な手順によりその関係を得ている。図１４は、その関係を示す。ここで、輪荷重の初期値Ｆｚ（変動がないときの輪荷重の値）に対して、０．６、０．８、１．２、…倍することで輪荷重を変化させている。１．０倍の場合は輪荷重の初期値Ｆｚになる。図１４に示すように、タイヤの輪荷重が小さくなると、各輪荷重で得られるタイヤの特性曲線上の接線の傾きが小さくなる。このとき、各輪荷重で得たタイヤの特性曲線上の接線の傾きの最大値（線形領域の値）が、図１４に示す特性図の原点を通る直線上を移動するようになる。さらに、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を示す特性曲線は、その形を維持して大きさが異なるものとなる。すなわち相似形で大きさが異なるものとなる。このような輪荷重との関係も本願発明者は発見した。
【００３２】
（３）車輪の横力と車輪のセルフアライニングトルクとの関係
図１５は、スリップ角βｔに対する、横力ＦｙとセルフアライニングトルクＭｚとの関係を示す。例えば、スリップ角βｔと横力Ｆｙとの関係は、前記図１に示した関係である。また、スリップ角βｔとセルフアライニングトルクＭｚとの関係は、前記図９に示した関係である。この図１と図９とを重ね合わせると、図１５に示すようになる。この図１５に示すように、横力Ｆｙ及びセルフアライニングトルクＭｚともに、スリップ角βｔの増加に対して、増加傾向から減少傾向に転じる特性を示す。このとき、セルフアライニングトルクＭｚが先に増加傾向から減少傾向に転じ、その後、横力Ｆｙが増加傾向から減少傾向に転じる。
【００３３】
図１６は、前記図１５に示す関係を各種路面μについて示したものである。前述のように、スリップ角βｔと横力Ｆｙとのタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線ともいう。）では、同一の直線との交点で得られる各種路面μのそのタイヤの特性曲線上の接線の傾き（μ勾配又は横方向μ勾配、以下、μ勾配ともいう。）が同一となる結果を得ることができる。また、前述のように、スリップ角βｔ及びセルフアライニングトルクＭｚとのタイヤの特性曲線（Ｍｚ−βｔ特性曲線ともいう。）でも、同様な特性として、同一の直線との交点で得られる各種路面μのそのタイヤの特性曲線上の接線の傾き（以下、トルク勾配ともいう。）が同一となる結果を得ることができる。すなわち、Ｆｙ−βｔ特性曲線とＭｚ−βｔ特性曲線では、βｔ軸に対する位置関係が、路面μ変化がなければ一意に定まる。又は、路面μが変化すると、Ｆｙ−βｔ特性曲線とＭｚ−βｔ特性曲線はともに、路面μに比例して（縦横比を維持して）拡大又は縮小された形状となる。すなわち、Ｆｙ−βｔ特性曲線とＭｚ−βｔ特性曲線とは、路面μ変化によらず相対的な関係性を維持している。
【００３４】
以上のような関係から、図１６に示すように、ある路面μのＭｚ−βｔ特性曲線上のセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）から、対応する路面μのＦｙ−βｔ特性曲線上の接線の傾き（μ勾配）を特定できる。
図１７は、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）と、タイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）上の接線の傾き（∂Ｆｙ／∂βｔ、μ勾配）との関係を示す。図１７は、前記図５と横軸が異なるだけで、同じ特性となる。すなわち、図１７に示すように、どの各路面μでも、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）上の接線の傾き（μ勾配）とが一定の関係を示す。すなわち、この図１７に示すタイヤの特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。そして、このタイヤの特性曲線において、その傾きは、路面μの影響を受けない点に特徴がある。つまり、路面状態の情報を取得又は推定を必要とすることなく、その傾きを特定できる特徴がある。ここで、図１７の特性曲線を例えばグリップ特性曲線と呼ぶこともできる。
【００３５】
そして、図１７に示す特性曲線は、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）が小さい領域（小レシオ領域）では、タイヤの特性曲線上の接線の傾き（グリップ特性パラメータに相当）が負値となる。また、この領域では、その比（Ｍｚ／βｔ）が大きくなるに従い、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが一旦減少してから増加に転じる。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が負値であることを示す。また、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）が大きい領域（大レシオ領域）では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値になる。そして、この領域では、その比（Ｍｚ／βｔ）が大きくなると、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが増加する。セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）が大きい領域では、図１７の特性曲線は単調増加関数の形をしている。
【００３６】
このようにして得たμ勾配は、動的なコーナリングパワとして用いることができ、車両特性を推定したり車両挙動の限界を予測したりする上でとても重要なパラメータとなる。
また、輪荷重を変化させたときのセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）上の接線の傾きとの関係を得ている。前述と同様な手順によりその関係を得ている。図１８は、その関係を示す。ここで、輪荷重の初期値Ｆｚ（変動がないときの輪荷重の値）に対して、０．６、０．８、１．２、…倍することで輪荷重を変化させている。１．０倍の場合は輪荷重の初期値Ｆｚになる。図１８に示すように、タイヤの輪荷重が小さくなると、各輪荷重で得られるタイヤの特性曲線上の接線の傾きが小さくなる。このとき、各輪荷重で得たタイヤの特性曲線上の接線の傾きの最大値（線形領域の値）が、図１８に示す特性図の原点を通る直線上を移動するようになる。さらに、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を示す特性曲線は、その形を維持して大きさが異なるものとなる。すなわち相似形で大きさが異なるものとなる。
【００３７】
（実施形態）
以上の技術の採用により実現した実施形態を次に説明する。
（第１の実施形態）
（構成）
図１９は、第１の実施形態の車両の概略構成を示す。図１９に示すように、車両は、操舵角センサ２１、ヨーレイトセンサ２２、横加速度センサ２３、前後加速度センサ２４、車輪速センサ２５、ＥＰＳＥＣＵ（ElectricPower Steering Electronic Control Unit）２６、操舵トルクセンサ３５、ブレーキＥＣＵ３６、ＥＰＳ（ElectricPower Steering）モータ２７及び車両走行状態推定装置２８を備える。車両走行状態推定装置２８は、本発明に係る車両接地面摩擦状態推定装置を実現している。
【００３８】
操舵角センサ２１は、ステアリングホイール２９と一体に回転するステアリングシャフト３０の回転角を検出する。操舵角センサ２１は、その検出結果（操舵角）を車両走行状態推定装置２８に出力する。ヨーレイトセンサ２２は、車両のヨーレイトを検出する。ヨーレイトセンサ２２は、その検出結果を車両走行状態推定装置２８に出力する。横加速度センサ２３は、車両の横加速度を検出する。横加速度センサ２３は、その検出結果を車両走行状態推定装置２８に出力する。前後加速度センサ２４は、車両の前後加速度を検出する。前後加速度センサ２４は、その検出結果を車両走行状態推定装置２８に出力する。車輪速センサ２５は、車体に設けられた各車輪３１ＦＬ〜３１ＲＲの車輪速を検出する。車輪速センサ２５は、その検出結果を車両走行状態推定装置２８に出力する。
【００３９】
ＥＰＳＥＣＵ２６は、操舵角センサ２１が検出した操舵角を基に、操舵アシスト指令をＥＰＳモータ２７に出力する。ここでいう操舵アシスト指令は、操舵力アシストを行うための指令信号である。また、ＥＰＳＥＣＵ２６は、車両走行状態推定装置２８が出力する指令値（不安定挙動抑制アシスト指令）を基に、操舵アシスト指令をＥＰＳモータ２７に出力する。ここでいう操舵アシスト指令は、車両の不安定挙動を抑制するための指令信号である。
【００４０】
操舵トルクセンサ３５は、運転者からの入力トルクとなる操舵トルクを検出する。操舵トルクセンサ３５は、検出した操舵トルクを車両走行状態推定装置２８に出力する。
ＥＰＳモータ２７は、ＥＰＳＥＣＵ２６が出力する操舵アシスト指令を基に、ステアリングシャフト３０に回転トルクを付与する。これにより、ＥＰＳモータ２７は、ステアリングシャフト３０に連結されているラック・アンド・ピニオン機構（ピニオン３２、ラック３３）、タイロッド３４及びナックルアームを介して左右の前輪３１ＦＬ，３１ＦＲの転舵を補助する。
【００４１】
ブレーキＥＣＵ３６は、車輪の制動力を制御する。ブレーキＥＣＵ３６は、車両走行状態推定装置２８が出力する指令値（不安定挙動抑制アシスト指令）を基に、車輪の制動力を制御する。
車両走行状態推定装置２８は、操舵角センサ２１、ヨーレイトセンサ２２、横加速度センサ２３、前後加速度センサ２４、車輪速センサ２５及び操舵トルクセンサ３５の検出結果を基に、車両の走行状態を推定する。車両走行状態推定装置２８は、その推定結果を基に、指令値（不安定挙動抑制アシスト指令）をＥＰＳＥＣＵ２６及びブレーキＥＣＵ３６に出力する。ここでいう指令値は、車両の不安定挙動を抑制するようにＥＰＳモータ２７や制動力を制御するための指令信号である。
【００４２】
図２０は、車両走行状態推定装置２８の内部構成を示す。図２０に示すように、車両走行状態推定装置２８は、車体速度演算部４１、車体スリップ角推定部４２、タイヤスリップ角演算部４３、ＥＰＳアシストトルク演算部４４、セルフアライニングトルク演算部４５、セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部（以下、Ｍｚ／βｔ演算部という。）４６、輪荷重変化量演算部４７、トルク勾配演算部４８、μ勾配演算部４９及び不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０を備える。
【００４３】
車体速度演算部４１は、車輪速センサ２５が検出した車輪速及び前後加速度センサ２４が検出した前後加速度を基に、車体速度を推定する。車体速度演算部４１は、その推定結果を車体スリップ角推定部４２及びタイヤスリップ角演算部４３に出力する。具体的には、車体速度演算部４１は、従動輪３１ＲＬ，３１ＲＲの車輪速の平均値、又は各車輪３１ＦＬ〜３１ＲＲの車輪速の平均値を算出して、その算出値を車体速度の基本値としている。車体速度演算部４１は、その基本値を前後加速度により補正する。具体的には、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を除くように補正をする。車体速度演算部４１は、その補正した値を車体速度の推定結果とする。
【００４４】
車体スリップ角推定部４２は、操舵角センサ２１が検出した操舵角（タイヤ舵角δ）、ヨーレイトセンサ２２が検出したヨーレイトγ、横加速度センサ２３が検出した横加速度、前後加速度センサ２４が検出した前後加速度及び車体速度演算部４１が算出した車体速度Ｖを基に、車両の横滑り角（スリップ角)を推定する。
図２１は、車体スリップ角推定部４２の構成例を示す。図２１に示すように、車体スリップ角推定部４２は、車両の状態量（車両の横滑り角β、スリップ角β）を推定する線形２入力オブザーバ６１を備える。これにより、車体スリップ角推定部４２は、車両の横滑り角（スリップ角）βを推定する。ここで、車両の２輪モデルを基に線形２入力オブザーバ６１を構築している。その車両の２輪モデルを、車両の横方向の力とモーメントの釣り合いより、下記（１）式で表すことができる。
【００４５】
【数１】
【００４６】
ここで、図２１に示すＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは車両の線形２輪モデルによって決まる行列である。また、タイヤ舵角を入力ｕとし、ヨーレイトと横加速度とを出力ｙとすると、前記（１）式の状態方程式（出力方程式）は、下記（２）式のようになる。
【００４７】
【数２】
【００４８】
ここで、ｍは車両質量である。Ｉはヨー慣性モーメントである。ｌｆは車両重心点と前車軸間の距離である。ｌｒは車両重心点と後車軸間の距離である。Ｃpｆは前輪コーナリングパワー(左右輪合計値)である。Ｃpｒは後輪コーナリングパワー(左右輪合計値)である。Ｖは車体速度である。βは車両の横滑り角である。γはヨーレイトである。Ｇｙは横加速度である。ａ１１，ａ１２，ｂ１は行列Ａ、Ｂの各要素である。
【００４９】
そして、この状態方程式を基に、ヨーレイトと横加速度とを入力とし、オブザーバゲインＫ１として、線形２入力オブザーバ６１を作成する。ここで、オブザーバゲインＫ１は、モデル化誤差の影響を受けにくく且つ安定した推定を行えるように設定した値である。
また、線形２入力オブザーバ６１は、積分器６２の入力を補正するβ推定補償器６３を備える。これにより、線形２入力オブザーバ６１は、限界領域においても推定精度を確保することができる。すなわち、β推定補償器６３を備えることで、車両の２輪モデルの設計時に想定した路面状況で且つタイヤの横滑り角が非線形特性とはならない線形域だけでなく、路面μ変化時や限界走行時にあっても横滑り角βを精度よく推定できる。
【００５０】
図２２は、車体横滑り角βで走行している旋回中の車両を示す。図２２に示すように、車体に働く場の力、つまり旋回中心から外側に向かって働く遠心力も、車幅方向から横滑り角β分ずれた方向に発生する。そのため、β推定補償器６３は、下記（３）式に従って場の力のずれ分β２を算出する。このずれ分β２は、線形２入力オブザーバ６１が推定した車両の横滑り角βに補正をかけるときの基準値(目標値)Ｇとなる。
【００５１】
【数３】
【００５２】
ここで、Ｇｘは前後加速度である。また、図２３に示すように、速度変化による力の釣り合いも考慮する。これにより、旋回によるもののみを抽出すると、前記（３）式を、下記（４）式として表すことができる。
【００５３】
【数４】
【００５４】
そして、β推定補償器６３は、その目標値β２を線形２入力オブザーバ６１が推定した横滑り角βから減算する。さらに、β推定補償器６３は、その減算結果に、図２４の制御マップによって設定した補償ゲインＫ２を乗算する。そして、β推定補償器６３は、その乗算結果を積分器６２の入力としている。
図２４の制御マップでは、車両の横方向加速度Ｇｙの絶対値（｜Ｇｙ｜）が第１しきい値以下である場合、補償ゲインＫ２が零となる。また、車両の横方向加速度Ｇｙの絶対値が第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上の場合、補償ゲインＫ２が比較的大きい一定値となる。また、車両の横方向加速度Ｇｙの絶対値が第１しきい値と第２しきい値との間にある場合、横方向加速度Ｇｙの絶対値が大きくなるほど、補償ゲインＫ２が大きくなる。
【００５５】
このように、図２４の制御マップでは、横方向加速度Ｇｙの絶対値が第１しきい値以下で零近傍の値となる場合、補償ゲインＫ２を零としている。これにより、直進時のように旋回Ｇが発生しない状況下では補正をする必要がないことから、誤って補正が行われないようにしている。また、図２４の制御マップでは、横方向加速度Ｇｙの絶対値が増加して第１しきい値より大きくなると（例えば、０．１Ｇより大きくなると）、横方向加速度Ｇｙの絶対値に比例してフィードバックゲイン（補償ゲイン）Ｋ２を増大させていき、横方向加速度Ｇｙの絶対値が第２しきい値以上になると（例えば０．５Ｇ以上になると）、補償ゲインＫ２を制御の安定する一定値としている。このようにすることで、横滑り角βの推定精度を向上させている。
【００５６】
タイヤスリップ角演算部４３は、操舵角センサ２１が検出した操舵角（タイヤ舵角δ）、ヨーレイトセンサ２２が検出したヨーレイトγ、車体速度演算部４１が算出した車体速度Ｖ、及び車体スリップ角推定部４２が算出した車両の横滑り角（車両のスリップ角）βを基に、下記（５）式に従って前後輪それぞれのスリップ角βｆ，βｒ（車輪のスリップ角βｔ）を算出する。
【００５７】
【数５】
【００５８】
タイヤスリップ角演算部４３は、算出した前輪のスリップ角βｆ（βｔ）をＭｚ／βｔ演算部４６に出力する。本実施形態では、前輪操舵車両のＥＰＳユニットの構成、すなわち操舵角センサ２１及び操舵トルクセンサ３５を用いて路面μ（例えば最大路面μ）を推定する構成である。そのため、路面μの推定に必要となるのは、操舵輪である前輪のスリップ角βｆだけであり、後輪スリップ角βｒは不要となる。
【００５９】
なお、前輪と後輪とでそれぞれ別個に路面μ（例えば最大路面μ）を推定する場合は、後輪スリップ角βｒも必要となる。その場合、後輪についてセルフアライニングトルク演算部又は検出部が必要となる。本実施形態で述べる前輪２輪をひとつにまとめて路面μを推定する手法と、前後輪別々に路面μを推定する手法や４輪それぞれで路面μを推定する手法とは、基本的な考え方は同様であるため、ここではその説明は省略する。
【００６０】
セルフアライニングトルク演算部４５は、前述のようなタイヤスリップ角演算部４３によるタイヤスリップ角の算出と同時に、セルフアライニングトルクを算出する。そのため、ＥＰＳアシストトルク演算部４４では、操舵アシストトルクを算出している。具体的には、ＥＰＳアシストトルク演算部４４は、下記（６）式により、アシストトルクＴＥＰＳを算出する。
【００６１】
【数６】
【００６２】
ここで、ＥＰＳモータ２７は、電流Ｉに比例したトルクを発生する。その比例係数をＫＭＴＲとする。また、モータ角をθＭＴＲとしたとき、そのモータ角θＭＴＲについての角加速度及び角速度に比例したトルク損失と摩擦によるトルク損失とがあるので、これらトルク損失を補正する。このとき、慣性に相当するゲインをＩＭＴＲ、粘性（逆起電力含む）に相当するゲインをＣＭＴＲ、摩擦をＲＭＴＲとし、これらパラメータは事前に同定しておく。
【００６３】
セルフアライニングトルク演算部４５は、ＥＰＳアシストトルク演算部４４が算出したアシストトルク、運転者からの入力トルク（操舵トルク）及び操舵角情報（操舵角）を用いて、セルフアライニングトルクを算出する。具体的には、下記（７）式により、セルフアライニングトルクＳＡＴを算出する。
【００６４】
【数７】
【００６５】
ここで、ＴＳＴＲは、操舵トルクセンサ３５で検出した運転者のからの入力トルクである。θＳＴＲは、操舵角センサ２１が検出した操舵角である。この（７）式によれば、運転者からの入力トルクＴＳＴＲとアシストトルクＴＥＰＳの合計が、路面から入力されるセルフアライニングトルクＳＡＴとなる。
なお、ここでもＥＰＳアシストトルク演算部４４におけるアシストトルクの演算同様に、操舵系の摩擦等によるトルク損失分を補正する。具体的には、操舵角θＳＴＲについての角加速度及び角速度に比例したトルク損失と、摩擦によるトルク損失とがあるので、これらトルク損失を補正する。このとき、慣性に相当するゲインをＩＳＴＲ、粘性に相当するゲインをＣＳＴＲ、摩擦をＲＳＴＲとし、これらパラメータも事前に同定しておく。セルフアライニングトルク演算部４５は、算出した操舵輪（前輪）のセルフアライニングトルクＳＡＴ（Ｍｚ）をＭｚ／βｔ演算部４６に出力する。
【００６６】
Ｍｚ／βｔ演算部４６は、セルフアライニングトルク演算部４５及びタイヤスリップ角演算部４３が算出した前輪のセルフアライニングトルクＭｚ及びスリップ角βｔを基に、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）を算出する。Ｍｚ／βｔ演算部４６は、その算出結果をトルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９に出力する。
また、輪荷重変化量演算部４７は、横加速度センサ２３及び前後加速度センサ２４が検出した横Ｇ・前後Ｇを基に、車輪の輪荷重変化量を算出する。具体的には、横Ｇ・前後Ｇに応じた車輪の輪荷重変化量を算出する。輪荷重変化量演算部４７は、その算出結果をトルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９に出力する。
【００６７】
トルク勾配演算部４８は、Ｍｚ／βｔ演算部４６が算出したセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）を基に、スリップ角βｔ（βｆ）の変化量とセルフアライニングトルクＭｚの変化量との比を推定する。すなわち、トルク勾配を推定する。そのため、トルク勾配演算部４８は、前記図１２に示した特性図をトルク勾配特性マップとして有する。本実施形態では、前輪全体（前輪２輪合計）のトルク勾配特性マップを有する。例えば、メモリ等の記憶媒体にトルク勾配特性マップを記憶し、保持している。これにより、トルク勾配演算部４８は、トルク勾配特性マップを参照して、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）に対応するトルク勾配を推定値として得る。
【００６８】
また、トルク勾配演算部４８は、輪荷重変化量演算部４７が算出した輪荷重変化量を基に、トルク勾配特性マップを補正する。前記図１４を用いて説明したように、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とトルク勾配との関係を示す特性曲線は、輪荷重に応じて変化する。具体的には、輪荷重に応じて大きさの異なる相似形の特性曲線となる。このようなことから、トルク勾配演算部４８は、トルク勾配特性マップ（図１２のマップ）を、その横軸（Ｍｚ／βｔ）と縦軸（トルク勾配）との比を保ちつつ補正する。例えば、輪荷重変化量演算部４７が算出した輪荷重変化量が輪荷重の初期値を減少させるものであれば、その輪荷重に応じて小さくした相似形の特性曲線にする補正をする。
【００６９】
また、トルク勾配演算部４８は、荷重変化補正関数に従ってトルク勾配特性マップの縮尺比を算出し、縮尺比で補正をすることもできる。荷重変化補正関数は、変動がないときの輪荷重（初期値）を輪荷重変化量演算部４７が算出した輪荷重変化量に加算し、その加算値を前記初期値で除し、その除算値からトルク勾配特性マップの縮尺比を算出する関数である。これにより、トルク勾配特性マップをその横軸（Ｍｚ／βｔ）と縦軸（トルク勾配）との比を保ちつつ、その算出した縮尺比を乗算する（倍にする）ことで補正をする。
トルク勾配演算部４８は、以上にようにした得た結果（トルク勾配又はその補正値）を不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０に出力する。
【００７０】
μ勾配演算部４９は、Ｍｚ／βｔ演算部４６が算出したセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）を基に、スリップ角βｔ（βｆ）の変化量とタイヤ横力Ｆｙ（Ｆｙｆ）の変化量との比を推定する。すなわち、μ勾配を推定する。そのため、μ勾配演算部４９は、前記図１７に示した特性図をμ勾配特性マップとして有する。本実施形態では、前輪全体（前輪２輪合計）のμ勾配特性マップを有する。例えば、メモリ等の記憶媒体にμ勾配特性マップを記憶し、保持している。これにより、μ勾配演算部４９は、μ勾配特性マップを参照して、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）に対応するμ勾配を推定値として得る。
【００７１】
また、μ勾配演算部４９は、輪荷重変化量演算部４７が算出した輪荷重変化量を基に、μ勾配特性マップを補正する。前記図１８を用いて説明したように、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とμ勾配との関係を示す特性曲線は、輪荷重に応じて変化する。具体的には、輪荷重に応じて大きさの異なる相似形の特性曲線となる。このようなことから、μ勾配演算部４９は、μ勾配特性マップ（図１７のマップ）を、その横軸（Ｍｚ／βｔ）と縦軸（μ勾配）との比を保ちつつ補正する。例えば、輪荷重変化量演算部４７が算出した輪荷重変化量が輪荷重の初期値を減少させるものであれば、その輪荷重に応じて小さくした相似形の特性曲線にする補正をする。
【００７２】
また、μ勾配演算部４９は、荷重変化補正関数に従ってμ勾配特性マップの縮尺比を算出し、縮尺比で補正をすることもできる。荷重変化補正関数は、変動がないときの輪荷重（初期値）を輪荷重変化量演算部４７が算出した輪荷重変化量に加算し、その加算値を前記初期値で除し、その除算値からμ勾配特性マップの縮尺比を算出する関数である。これにより、μ勾配特性マップをその横軸（Ｍｚ／βｔ）と縦軸（μ勾配）との比を保ちつつ、その算出した縮尺比を乗算する（倍にする）ことで補正をする。
【００７３】
μ勾配演算部４９は、以上にようにした得た結果（μ勾配又はその補正値）を不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０に出力する。
なお、事前に旋回走行実験を行い、そのデータを基にトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを作成している。具体的には、実車での旋回実験（旋回半径一定の加速円旋回が良い）によりセルフアライニングトルク、横力及びスリップ角の実計測を行う。直接計測ができない場合は、他の物理量を計測することもできる。例えば、前後のタイヤ横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒを得るときには、横加速度Ｇｙ、ヨーレイトγを計測して、これと車両パラメータからなる下記（８）式を連立すれば良い（図２５参照）。
【００７４】
【数８】
【００７５】
不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０は、μ勾配演算部４９及びトルク勾配演算部４８が算出（推定）したμ勾配及びトルク勾配を基に、車両の不安定挙動を抑制する処理を行う。そのため、μ勾配及びトルク勾配を基に、車両挙動が不安定になりそうなとき、又は不安定状態であると判定したときにＥＰＳＥＣＵ２６及びブレーキＥＣＵ３６にアシスト指令値を出力する。本実施形態では、前輪操舵車両の操舵輪に本発明を適用する例を示しているため、前輪のグリップ状態を基に、車両のドリフトアウトを防止する処理を説明する。ここでいう車両のドリフトアウトは、前輪のグリップ状態が飽和して、前輪が横力を失った場合の車両挙動である。
【００７６】
図２６は、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０の処理手順を示す。図２６に示すように、先ずステップＳ２１において、トルク勾配が負値か否かを判定する。トルク勾配が負値の場合（トルク勾配＜０）、ステップＳ２２に進む。また、トルク勾配が正値の場合（トルク勾配≧０）、該図２６の処理を終了する。
ステップＳ２２では、μ勾配が負値か否かを判定する。μ勾配が正値の場合（μ勾配≧０）、ステップＳ２３に進む。また、μ勾配が負値の場合（μ勾配＜０）、ステップＳ２４に進む。
【００７７】
ステップＳ２３では、ＥＰＳＥＣＵ２６に指令値（不安定挙動抑制アシスト指令）を出力する。ここでは、運転者によるステアリングホイール２９の切り増しを抑制する方向に操舵反力を付加する指令値を出力する。そして、該図２６の処理を終了する。
ステップＳ２４では、ＥＰＳＥＣＵ２６に指令値（不安定挙動抑制アシスト指令）を出力する。ここでは、運転者によるステアリングホイール２９の切り戻しを促す方向に操舵反力を付加する指令値を出力する。そして、ステップＳ２５に進む。
【００７８】
ステップＳ２５では、制動中か否かを判定する。制動中であれば、ステップＳ２６に進む。制動中でなければ、該図２６の処理を終了する。
ステップＳ２６では、ブレーキＥＣＵ３６に指令値（不安定挙動抑制アシスト指令）を出力する。ここでは、μ勾配が低下している車輪となるμ勾配低下輪の制動力を弱めるように指令値を出力する。そして、該図２６の処理を終了する。
【００７９】
以上のように不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０は、車両の不安定挙動を抑制する処理を行う。
（動作及び作用）
図２７は、車体走行状態推定装置２８での演算処理手順の一例を示す。車体走行状態推定装置２８は、この演算処理を車両走行中に実行する。
【００８０】
先ず、車体走行状態推定装置２８は、車輪速センサ２５が検出した車輪速及び前後加速度センサ２４が検出した前後加速度を基に、車体速度を推定する（ステップＳ１１）。そして、車体走行状態推定装置２８は、操舵角センサ２１が検出した操舵角、ヨーレイトセンサ２２が検出したヨーレイト、横加速度センサ２３が検出した横加速度、前後加速度センサ２４が検出した前後加速度及び車体速度演算部４１が算出した車体速度を基に、スリップ角βｆ（車輪のスリップ角βｔ）を算出する（ステップＳ１２）。
【００８１】
また、車体走行状態推定装置２８は、ＥＰＳ電流（電流Ｉ）及びモータ回転速度等を基に、ＥＰＳアシストトルク（アシストトルクＴＥＰＳ）を算出する（ステップＳ１３）。そして、車体走行状態推定装置２８は、算出したＥＰＳアシストトルク、操舵角及び操舵トルクを基に、セルフアライニングトルクＭｚを算出する（ステップＳ１４）。車体走行状態推定装置２８は、そのように算出したセルフアライニングトルクＭｚ及びスリップ角βｔを基に、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）を算出する（ステップＳ１５）。
【００８２】
そして、車体走行状態推定装置２８は、μ勾配特性マップを参照してセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）に対応するμ勾配（横方向μ勾配）を算出する（ステップＳ１６）。また、車体走行状態推定装置２８は、トルク勾配特性マップを参照してセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）に対応するトルク勾配を算出する（ステップＳ１７）。
【００８３】
それから、車体走行状態推定装置２８は、前記図２６の処理を行う。すなわち、トルク勾配が正値であれば（トルク勾配≧０）、該図２７の処理を終了する（前記ステップＳ２１）。すなわち、操舵反力を付加する制御等を行わずに終了する。また、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が正値であれば（トルク勾配＜０かつμ勾配≧０）、運転者によるステアリングホイール２９の切り増しを抑制する方向に操舵反力を付加する指令値を出力する（前記ステップＳ２１→ステップＳ２２→ステップＳ２３）。また、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が負値であれば（トルク勾配＜０かつμ勾配＜０）、運転者によるステアリングホイール２９の切り戻しを促す方向に操舵反力を付加する指令値を出力する（前記ステップＳ２１→ステップＳ２２→ステップＳ２４）。このとき、さらに、制動中であれば、μ勾配低下輪の制動力を弱めるように指令値を出力する（前記ステップＳ２５→ステップＳ２６）。
【００８４】
以上の処理による得られる車両挙動を説明する。図２８を用いて説明する。
前述のように、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が正値であるとき（トルク勾配＜０かつμ勾配≧０）、運転者によるステアリングホイール２９の切り増しを抑制する方向に操舵反力を付加する指令値を出力している（前記ステップＳ２１→ステップＳ２２→ステップＳ２３）。図２８に示すように、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が正値であるとき、注意領域の制御をしている。
【００８５】
注意領域とは、セルフアライニングトルクが飽和（トルク勾配が負値）しているものの横力が未だ飽和前（μ勾配が正値）にある領域である。この注意領域では、ステアリングホイールを切り増すことで、ヨーレイトを増やすことができる。一方、不用意にステアリングホイールを切りすぎると横力Ｆｙが飽和してしまう。このようなことから、注意領域の制御として、ステアリングホイールの切り増しを抑制する方向に操舵アシストするようにＥＰＳＥＣＵ２６に指令値を出力している。例えば、これを、通常アシスト電流に所定値Ｉ１（Ａ）の電流（以下、加算アシスト電流という。）を矩形波状に加算することで実現している。これにより、注意領域では、操舵反力の低下により、運転者がステアリングホイールを回し過ぎてしまうのを防止できる。すなわち例えば、セルフアライニングトルクが飽和し、操舵反力が低下したときに、ステアリングホイールが急に軽くなり、運転技量の低い運転者がついステアリングホイールを回し過ぎてしまうのを防止できる。
【００８６】
なお、本実施形態では、トルク勾配やμ勾配をリアルタイムで定量的にかつ連続的に推定できる。そのため、切り増し操舵を抑制する方向であれば、指令値（加算アシスト電流）を、安定状態のトルク勾配やμ勾配からの低下量に比例した値にすることができる。ただし、セルフアライニングトルク低下分をキャンセルする指令値を滑らかにしまうと、熟練した運転者にタイヤグリップ力に余裕があるものと誤解させてしまう可能性がある。このようなことから、指令値に振動成分を載せたり（アシスト電流を振動させたり）、音や表示（ブザー、ランプ等）で運転者に知らせる等のインフォメーションの機能を追加することもできる。
【００８７】
また、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が負値であるとき（トルク勾配＜０かつμ勾配＜０）、運転者によるステアリングホイール２９の切り戻しを促す方向に操舵反力を付加する指令値を出力している（前記ステップＳ２１→ステップＳ２２→ステップＳ２４）。図２８に示すように、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が負値であるとき、飽和領域の制御をしている。
【００８８】
飽和領域とは、ステアリングホイールを切り増しても横力（コーナリングフォース）を増やすことはできず、むしろステアリングホイールを切り増すと横力が低下する領域である。すなわち、車両挙動としてドリフトアウトが起きてしまっている領域である。飽和領域（飽和状態）が発生する要因としては様々考えられる。例えば、操舵輪のスリップ角をつけすぎ（ステアリングホイールを切り過ぎ）ていたり、旋回中に強いブレーキをかけすぎていたりすることが挙げられる。
【００８９】
この飽和領域の制御では、運転者によるステアリングホイール２９の切り戻しを促す方向に操舵反力を付加する指令値を出力している。例えば、これを、通常アシスト電流に所定値Ｉ２（Ａ）（＞Ｉ１）の指令値（加算アシスト電流）を矩形波状に加算することで実現している。これにより、運転者にステアリングホイールを切り戻すことを促し、グリップ力又は横力を確保することができるようになる。その結果、ドリフトアウトを抑制する等の車両挙動を安定化方向に遷移させることができる。
【００９０】
さらに、この飽和領域で、制動をかけているとき、μ勾配低下輪の制動力を弱めるように指令値を出力している（前記ステップＳ２５→ステップＳ２６）。すなわち、操舵輪のグリップを回復させるために操舵輪の制動力を弱めるよう指令値を出力している。ここで、左右輪の制動力を独立して制御できる車両であれば、旋回外輪の制動力を特に弱めることもできる。これにより、グリップ力の回復と同時に、左右輪の制動力差により旋回モーメントを発生させて、適切な旋回挙動を確保することができる。
なお、μ勾配が正値であるときには、安定領域の制御として、通常のアシスト制御を行っている。すなわち、指令値（加算アシスト電流）を付加することなく、通常アシスト電流でのみ、アシスト制御を行っている。
【００９１】
以上のように、横力が飽和するより先にトルク勾配が飽和し、トルク勾配が低下し始めることを利用して、トルク勾配及びμ勾配を監視することで、セルフアライニングトルク及び横力の飽和状態を予測している。すなわち、トルク勾配及びμ勾配の低下を、前輪の横力が飽和に近付く状態を示す定量的な指標としている。そして、そのようなセルフアライニングトルク及び横力の飽和状態、さらには制動の有無に応じて、ＥＰＳ反力制御（操舵反力制御）とブレーキ制御を行っている。
【００９２】
（第１の実施形態の変形例）
（１）この第１の実施形態では、操舵反力制御によりステアリングホイールを戻す方向に電流を付加している。これに対して、ドリフトアウトを抑制するという目的であれば、単純に操舵アシストを減らしてマニュアルハンドルに近い状態にすることもできる。このように操舵アシストを減らすことで、操舵反力が重くなり、結果として、運転者がステアリングホイールを切り増すような操舵操作を抑制することができる。
【００９３】
（２）この第１の実施形態では、入力変数となるセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）から出力変数となるグリップ特性パラメータ（トルク勾配、μ勾配）を決める際のそれらの間の非線形関係が特性マップ又は特性図といった形になっている。これに対して、そのような非線形関係を数式の形とすることもできる。また、可能であれば、非線形関係とせずに、線形関係に簡略化することもできる。
【００９４】
（３）この第１の実施形態では、前輪全体（前輪２輪合計）のトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを持っている。これに対して、前輪の各輪毎に個別のトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを持つこともできる。この場合、前輪の各輪毎にセルフアライニングトルク及びスリップ角を検出、計測又は推定できる構成を備えることで、前輪の各輪毎に個別のトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを取得する。例えば、タイヤスリップ角演算部４３、セルフアライニングトルク演算部４５、セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部４６、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９に相当する構成（車両接地面摩擦状態推定装置相当の構成）を、車両の右輪と左輪とに備えることで実現できる。
【００９５】
このように前輪の各輪毎に個別のトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを持つことで、左右輪それぞれについてのセルフアライニングトルクＭｚ及びスリップ角βｔの検出結果（推定結果）を基に、左右輪それぞれについてのトルク勾配やμ勾配を得ることができる。これにより、左右輪のトルク勾配（又はμ勾配）の違いから、走行中を含む路面状態の左右差を検出することもできる。これにより、左右輪のグリップ特性の違いを検出できる。例えば、路面μの差分、すなわちスプリットμ状態を検出できる。さらには、スプリットμ状態に起因した車両挙動又は車両特性を検出することができる。
【００９６】
なお、この第１の実施形態では、タイヤスリップ角演算部４３、セルフアライニングトルク演算部４５及びセルフアライニングトルク−スリップ角比演算部４６は、接地面において前記車輪のステアリングを中立位置に戻すトルクであるセルフアライニングトルクと前記車輪のスリップ度との比である入力を設定する入力部を実現している。また、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９は、前記入力部で設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力部を実現している。すなわち、タイヤスリップ角演算部４３、セルフアライニングトルク演算部４５、セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部４６、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９は、車両接地面摩擦状態推定装置を実現している。
【００９７】
また、この第１の実施形態では、トルク勾配演算部４８（トルク勾配特性マップ）及びμ勾配演算部４９（μ勾配特性マップ）は、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからグリップ特性パラメータを決めるように構成されている。又は、トルク勾配演算部４８（トルク勾配特性マップ）及びμ勾配演算部４９（μ勾配特性マップ）は、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成されている。或いは、トルク勾配演算部４８（トルク勾配特性マップ）及びμ勾配演算部４９（μ勾配特性マップ）は、入力部で求めたセルフアライニングトルクとスリップ度との比の現在値からグリップ特性パラメータの現在値を決定し、かつセルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値に対応する高摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値と前記セルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値に対応する低摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値とが同じでグリップ特性パラメータの現在値に等しいと設定するよう構成されている。
【００９８】
また、この第１の実施形態では、トルク勾配特性マップの特性曲線（図１２）及びμ勾配特性マップの特性曲線（図１７）は、路面摩擦係数に依存するタイヤ特性を表わす特性曲線になる。これにより、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９は、路面摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成されている。
【００９９】
また、この第１の実施形態では、トルク勾配特性マップの特性曲線（図１２）及びμ勾配特性マップの特性曲線（図１７）において、グリップ特性パラメータ（トルク勾配、μ勾配）は、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値から増大するときに増大する関数になる。クリティカルレシオ値は、トルク勾配が零又はμ勾配が零になる値に相当する。そして、トルク勾配特性マップの特性曲線（図１２）及びμ勾配特性マップの特性曲線（図１７）では、クリティカルレシオ値よりも大の大レシオ領域において、セルフアライニングトルクとスリップ度との比が増大すると、セルフアライニングトルクとスリップ度との比の増加に対するグリップ特性パラメータの増加の割合が増加するようにグリップ特性パラメータが非線形に増大している。また、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しいとき、グリップ特性パラメータは、クリティカルパラメータ値に等しく、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値から減少すると、前記グリップ特性パラメータは、クリティカルパラメータ値から減少し、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値から増大すると、グリップ特性パラメータは、クリティカルパラメータ値から増大する。
【０１００】
また、この第１の実施形態では、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０は、制御部を実現している。すなわち、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０による飽和領域の制御は、グリップ特性パラメータ（μ勾配）がクリティカルパラメータ値以下（μ勾配＜０）のクリティカル領域（飽和領域）において、グリップ特性パラメータ（μ勾配）をクリティカルパラメータ値より増大させるグリップリカバリー制御を実現している。また、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０による注意領域の制御は、グリップ特性パラメータ（μ勾配）が所定のクリティカルレパラメータ値より大きい（μ勾配＞０）がクリティカルパラメータ値より大の所定の第１パラメータ閾値（トルク勾配＜０のときのμ勾配相当値）より小のマージナル領域（注意領域）において、グリップ特性パラメータ（μ勾配）をクリティカルパラメータ値に向かって減少することを防止するグリップ低下予防制御を実現している。
【０１０１】
また、この第１の実施形態では、輪荷重変化量演算部４７は、前記車輪の輪荷重を求める輪荷重検出部を実現している。また、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９における輪荷重変化量に基づく特性マップの補正は、前記輪荷重検出部が求めた輪荷重を基に、入力と出力の関係を補正する補正部の機能により実現している。
また、この第１の実施形態では、トルク勾配特性マップの特性曲線（図１２）及びμ勾配特性マップの特性曲線（図１７）は、セルフアライニングトルクとスリップ度との比を表す第１軸とグリップ特性パラメータを表す第２軸とを有する平面座標系におけるグリップ特性曲線であり、グリップ特性曲線は、第１軸とクロスオーバ点で交差し、該クロスオーバ点では、セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しく、かつグリップ特性パラメータがクリティカルパラメータ値に等しく、グリップ特性曲線は、クロスオーバ点からエンド点まで伸び、エンド点では、グリップ特性パラメータが最大パラメータ値に等しい。そして、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９における輪荷重変化量に基づく特性マップの補正は、車輪荷重の変化に応じて、エンド点を第１軸と第２軸の交点である原点を通る直線上で移動させることを実現している。又は、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９における輪荷重変化量に基づく特性マップの補正は、クリティカルレシオ値より大きい領域において、互いに交差することなく互いに沿って曲線状に伸びる曲線族を形成するように、輪荷重に応じてグリップ特性曲線を修正することを実現している。さらに、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９における輪荷重変化量に基づく特性マップの補正は、車輪荷重の増大に応じて、エンド点を第１軸と第２軸との交点である原点を通る直線上で原点から離れる方向に移動させ、クロスオーバ点を第１軸上で原点から離れる方向に移動させるように関数関係を補正することを実現している。ここで、トルク勾配特性マップの特性曲線（図１２）及びμ勾配特性マップの特性曲線（図１７）でトルク勾配やμ勾配が零となる座標が、クロスオーバ点に相当する。また、トルク勾配特性マップの特性曲線（図１２）及びμ勾配特性マップの特性曲線（図１７）でトルク勾配やμ勾配が最大となる座標が、エンド点に相当する。
【０１０２】
（第１の実施形態における効果）
（１）入力部が、接地面において車輪のセルフアライニングトルクと車輪のスリップ度との比である入力を設定している。また、出力部が、入力部で設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決めている。よって、車輪のセルフアライニングトルクと車輪のスリップ度がわかれば、その比を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータを取得できる。
これにより、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータを基に、タイヤ摩擦状態、グリップ状態を適切に推定できる。そして、車輪のグリップ力が限界領域にあるときにも、タイヤ摩擦状態をより適切に推定できるため、タイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１０３】
よって、実際の横加速度やヨーレイトを基にタイヤ摩擦状態を推定する方法（従来方法）と異なり、車両挙動の急変時にも、タイヤ摩擦状態を適切に推定できる。また、従来方法では、凍結路面等で発生する車両挙動変化の速度が遅いスロースピンや４輪ドリフト状態となった場合、横加速やヨーレイトの値が小さいため、ノイズの影響を受けてしまい、横加速度やヨーレイトの検出値自体の精度が悪化して、タイヤ摩擦状態の推定精度が悪かった。これに対して、本実施形態では、車両挙動変化の速度が遅い場合でも、横加速度やヨーレイトと比較して値が大きいスリップ度（例えばスリップ角）を利用して推定できるため、タイヤ摩擦状態を適切に推定できる。
【０１０４】
（２）グリップ特性パラメータを、スリップ度の変化量に対する車輪に作用する車輪力の変化率（μ勾配）にしている。これは、セルフアライニングトルクと車輪力（例えば横力）とスリップ度（例えばスリップ角）とが、同じように路面μの影響を受けることを利用したもので、セルフアライニングトルクとスリップ度との比から、スリップ度の変化量に対する車輪に作用する車輪力の変化率を得ている。すなわち、セルフアライニングトルクとスリップ度との比から多くの情報を得ることを実現している。これにより、例えば、車輪力センサ等の検出手段で車輪力を得ることができなくても、スリップ度の変化量に対する車輪に作用する車輪力の変化率を得ることができる。
【０１０５】
（３）グリップ特性パラメータを、スリップ度の変化量に対するセルフアライニングトルクの変化率（トルク勾配）にしている。これにより、スリップ度の変化量に対するセルフアライニングトルクの変化率（トルク勾配）を基に、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度をより適切に推定できる。
（４）出力部が、グリップ特性パラメータとして、スリップ度の変化量に対する車輪力の変化率（μ勾配）、及びスリップ度の変化量に対するセルフアライニングトルクの変化率（トルク勾配）を出力している。すなわち、セルフアライニングトルクとスリップ度との比から、スリップ度の変化量に対するセルフアライニングトルクの変化率（トルク勾配）を得て、さらには、スリップ度の変化量に対する車輪力の変化率（μ勾配）を得ている。これにより、セルフアライニングトルクとスリップ度との比から得た複数のパラメータ（トルク勾配、μ勾配）を用いることで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１０６】
（５）スリップ度を、車輪のスリップ角としている。ここで、車輪のスリップ角の情報は、通常、車両において容易に取得できる情報である。これにより、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を容易に推定できる。
（６）出力部を、入力により表される入力変数と出力により表される出力変数との間の所定の非線形の関係に応じて、セルフアライニングトルクとスリップ度との比からグリップ特性パラメータを決めるように構成している。そして、入力変数と出力変数との間の所定の非線形関係を、特性曲線又は数式の形としている。このように出力部を簡単な構成にすることで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１０７】
（７）グリップ特性パラメータを、車輪のグリップ状態を表わす変数としている。そして、出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからグリップ特性パラメータを決めるように構成している。このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１０８】
（８）グリップ特性パラメータが、スリップ度に対する車輪力のタイヤ特性曲線の勾配、スリップ度に対するセルフアライニングトルクのタイヤ特性曲線の勾配、又はこれら２つの勾配を表している。そして、出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成している。このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１０９】
（９）スリップ度に対する車輪力のタイヤ特性曲線又はスリップ度に対するセルフアライニングトルクのタイヤ特性曲線が、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。また、グリップ特性パラメータが、高摩擦タイヤ特性曲線及び低摩擦タイヤ特性曲線うちの少なくとも一つの勾配を表している。そして、入力部が、セルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値からセルフアライニングトルクとスリップ度との比の現在値を求めている。また、出力部を、入力部で求めたセルフアライニングトルクとスリップ度との比の現在値からグリップ特性パラメータの現在値を決定し、セルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値に対応する高摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値とセルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値に対応する低摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値とが同じでグリップ特性パラメータの現在値に等しいと設定するよう構成している。すなわち、タイヤ特性曲線が、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含む、といった地面の摩擦係数を必要としない構成を実現している。加えて、タイヤ特性曲線が、セルフアライニングトルクの現在値及びスリップ度の現在値を基に、グリップ特性パラメータの現在値を得る構成を実現している。これにより、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１１０】
（１０）タイヤ特性曲線が、路面摩擦係数に依存するタイヤ特性を表わす特性曲線になっている。そして、出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成している。このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１１１】
（１１）グリップ特性パラメータを、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値から増大するとき増大する関数としている。このようにグリップ特性パラメータを関数として表現したことで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
（１２）クリティカルレシオ値よりも大の大レシオ領域において、セルフアライニングトルクとスリップ度との比が増大すると、セルフアライニングトルクとスリップ度との比の増加に対するグリップ特性パラメータの増加の割合が増加するようにグリップ特性パラメータが非線形に増大している。このようにグリップ特性パラメータを所定の特性を有するものして表現したことで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１１２】
（１３）セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しいとき、グリップ特性パラメータが、クリティカルパラメータ値に等しくなる。また、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値より下に減少すると、グリップ特性パラメータが、クリティカルパラメータ値より下に減少する。そして、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値より上に増大すると、グリップ特性パラメータが、クリティカルパラメータ値より上に増大する。このようにグリップ特性パラメータを所定の特性でより明確化したことで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１１３】
（１４）制御部が、グリップ特性パラメータがクリティカルパラメータ値以下のクリティカル領域においては、グリップ特性パラメータをクリティカルパラメータ値より増大させるグリップリカバリー制御を行っている。さらに、制御部が、グリップ特性パラメータが所定のクリティカルレパラメータ値より大きいがクリティカルパラメータ値より大の所定の第１パラメータ閾値より小のマージナル領域においては、グリップ特性パラメータをクリティカルパラメータ値に向かって減少することを防止するグリップ低下予防制御を行っている。これにより、グリップリカバリー制御では、運転者にステアリングホイールの切り戻しを促す等して、グリップ力を確保することができる。さらに、グリップ低下予防制御では、運転者によるステアリングホイールの切り増し過ぎを防止し、グリップ力の低下を防止することができる。
【０１１４】
（１５）車両接地面摩擦状態推定装置を少なくとも２つ備え、その２つの装置を車両の右輪と左輪とに備えている。これにより、左右輪のグリップ特性の違いを検出することができるようになる。
（１６）右輪についてのグリップ特性パラメータと左輪についてのグリップ特性パラメータとを比較して、地面の路面状態の左右差を検出している。これにより、路面状態の左右差として、例えば、路面μの差分、すなわちスプリットμ状態を検出できる。
【０１１５】
（１７）輪荷重検出部が、車輪の輪荷重を求め、補正部が、輪荷重検出部が求めた輪荷重を基に、入力と出力の関係（トルク勾配特性マップ、μ勾配特性マップ）を補正している。これにより、輪荷重に影響されず、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。
（１８）入力と出力の関係が、セルフアライニングトルクとスリップ度との比を表す第１軸とグリップ特性パラメータを表す第２軸とを有する平面座標系におけるグリップ特性曲線として表わせる関数関係になっている。また、グリップ特性曲線が、第１軸とクロスオーバ点で交差し、該クロスオーバ点では、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しく、かつグリップ特性パラメータがクリティカルパラメータ値に等しくなっている。さらに、グリップ特性曲線が、クロスオーバ点からエンド点まで伸び、エンド点では、グリップ特性パラメータが最大パラメータ値に等しくなっている。そして、補正部が、車輪荷重の変化に応じて、エンド点を第１軸と第２軸の交点である原点を通る直線上で移動させている。すなわち、グリップ特性曲線が輪荷重に応じて変化するときの特性（相似形状で変化するような特性）を利用し、補正している。これにより、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。
【０１１６】
（１９）クリティカルレシオ値より大きい領域において、互いに交差することなく互いに沿って曲線状に伸びる曲線族を形成するように補正部が輪荷重に応じてグリップ特性曲線を修正している。すなわち、グリップ特性曲線が輪荷重に応じて変化するときの特性（相似形状で変化するような特性）を利用し、補正している。これにより、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。
【０１１７】
（２０）補正部が、車輪荷重の増大に応じて、エンド点を第１軸と第２軸との交点である原点を通る直線上で原点から離れる方向に移動させ、クロスオーバ点を第１軸上で原点から離れる方向に移動させるように関数関係を補正している。すなわち、グリップ特性曲線が輪荷重に応じて変化するときの特性（相似形状で変化するような特性）を利用し、補正している。これにより、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。
【０１１８】
（２１）操舵角検出手段が操舵角を検出している。また、操舵トルク検出手段が、運転者が操舵するときの操舵トルクを検出している。そして、セルフアライニングトルク算出手段が、操舵角検出手段が検出した操舵角及び操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクを基に、セルフアライニングトルクを算出している。これにより、簡単にセルフアライニングトルクを得ることができる。
【０１１９】
（第２の実施形態）
（構成）
第２の実施形態では、車体走行状態推定装置２８が前後輪のμ勾配を基に、車両挙動を特定し、その特定した車両挙動に応じてアシスト制御している。
図２９は、第２の実施形態における車体走行状態推定装置２８の構成を示す。図２９に示すように、車体走行状態推定装置２８は、スタビリティファクタ演算部６１及び車両挙動推定部６２を備える。また、第２の実施形態では、前後輪それぞれについてμ勾配を検出する構成を備えている。具体的には、タイヤスリップ角演算部４３、セルフアライニングトルク演算部４５、セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部４６、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９に相当する構成（車両接地面摩擦状態推定装置相当の構成）を、車両の前輪と後輪とに対応させて備えている。
【０１２０】
図３０は、スタビリティファクタ演算部６１及び車両挙動推定部６２による処理手順を示す。この処理手順に沿って、スタビリティファクタ演算部６１及び車両挙動推定部６２における処理内容を説明する。
図３０に示すように、先ずステップＳ３１において、スタビリティファクタ演算部６１は、スタティックマージンＳＭを算出する。具体的には、スタビリティファクタ演算部６１は、前後輪のμ勾配演算部４９が算出（推定）した前後輪のμ勾配Ｋｆ，Ｋｒを基に、下記（９）式に従ってスタティックマージンＳＭを算出する。
【０１２１】
【数９】
【０１２２】
スタティックマージンＳＭは、ドリフトアウトやスピンの発生し易さを示す値となる。又は、スタティックマージンＳＭは、タイヤ横力の飽和状態を示す値となる。例えば、スタティックマージンＳＭは、前輪３１ＦＬ，３１ＦＲのグリップ状態が限界に達し（タイヤ横力が飽和し）、前輪のμ勾配Ｋｆが零又は負値になると、小さくなる。つまり、前輪でスリップ角が大きくなっても横力が増大しない状態（横力が飽和した状態）になり、ドリフトアウトが発生し易い状態となると、スタティックマージンＳＭは小さくなる。スタビリティファクタ演算部６１は、このような特性を有するスタティックマージンＳＭを車両挙動推定部６２に出力する。
【０１２３】
続いてステップＳ３２以降で、車両挙動推定部６２は、スタビリティファクタ演算部６１が算出したスタティックマージンＳＭを基に、旋回特性がアンダーステア傾向、オーバステア傾向及びニュートラルステア傾向の何れかであるかを判定する。具体的には、先ずステップＳ３２において、車両挙動推定部６２は、スタティックマージンＳＭが零か否かを判定する。ここで、車両挙動推定部６２は、スタティックマージンＳＭが零の場合（ＳＭ＝０）、ステップＳ３３に進む。また、車両挙動推定部６２は、スタティックマージンＳＭが零でない場合（ＳＭ≠０）、ステップＳ３４に進む。なお、スタティックマージンＳＭが零を含む所定の範囲内にある場合に、スタティックマージンＳＭが零であると判定することもできる。
【０１２４】
ステップＳ３４では、スタティックマージンＳＭが正値か否かを判定する。ここで、車両挙動推定部６２は、スタティックマージンＳＭが正値の場合（ＳＭ＞０）、ステップＳ３５に進む。また、車両挙動推定部６２は、そうでない場合（ＳＭ＜０）、ステップＳ３６に進む。
ステップＳ３３では、車両挙動推定部６２は、車両の旋回特性がニュートラルステア傾向にあると判定する。また、ステップＳ３５では、車両挙動推定部６２は、車両の旋回特性がアンダーステア傾向にあると判定する。さらに、ステップＳ３６では、車両挙動推定部６２は、車両の旋回特性がオーバステア傾向にあると判定する。車両挙動推定部６２は、その判定結果を、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０に出力する。
【０１２５】
不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０は、車両挙動推定部６２から入力される判定結果を基に、不安定挙動抑制アシスト指令をＥＰＳＥＣＵ２６に出力する。具体的には、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０は、車両挙動推定部６２がアンダーステア傾向にあると判定している場合（ＳＭ＞０）、不安定挙動抑制アシスト指令をＥＰＳＥＣＵ２６に出力する。ここで出力する不安定挙動抑制アシスト指令は、ＥＰＳモータ２７の出力を低減させるための指令信号である。これにより、アンダーステア傾向にあり、ドリフトアウトが発生し易いとき、ＥＰＳモータ２７による操舵力アシストトルクを低減している。
【０１２６】
また、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０は、車両挙動推定部６２がオーバステア傾向にあると判定している場合（ＳＭ＜０）、不安定挙動抑制アシスト指令をＥＰＳＥＣＵ２６に出力する。ここで出力する安定挙動抑制アシスト指令は、ＥＰＳモータ２７の出力を低減させないようにしている。すなわち、操舵力アシストトルクの低減を抑制している。４輪ドリフト状態やスピン挙動が発生した場合には素早くカウンタステア（復帰操舵）を当てる必要がある。このため、単に前輪のグリップ低下に合わせてアシスト量を減らす制御だけでは、カウンタステアを当てにくくなる。このようなことから、操舵力アシストトルクを低減しないことで、オーバステア傾向にあり、スピンが発生し易い状況下で、素早いカウンタステアを当てることができ、車両挙動を安定化させることができる。
【０１２７】
そして、前記第１の実施形態のように、μ勾配及びトルク勾配を基に、注意領域（トルク勾配＜０かつμ勾配≧０）及び飽和領域（トルク勾配＜０かつμ勾配＜０）を特定して、その領域に対応させて安定挙動抑制アシスト指令を出力することもできる。これにより、注意領域及び飽和領域に対応させて、ドリフトアウトを防止したり、スピンの発生を防止したりすることもできる。
【０１２８】
（第２の実施形態における効果）
（１）車両接地面摩擦状態推定装置を少なくとも２つ備え、その２つの装置を車両の前輪と後輪とにそれぞれ備えている。これにより、前後輪のグリップ特性の違いを検出することができるようになる。
（２）前輪についてのグリップ特性パラメータと後輪についてのグリップ特性パラメータとを比較して、車両特性の変動を推定している。これにより、車両特性の変動として、例えば、オーバステア傾向やアンダーステア傾向を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】前提となる技術を説明するために使用した図であり、車輪のスリップ角βｔと車輪の横力Ｆｙとの間に成立するタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）を示す特性図である。
【図２】前提となる技術を説明するために使用した図であり、各路面μのタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）及び摩擦円を示す特性図である。
【図３】前提となる技術を説明するために使用した図であり、各路面μのタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）について、該タイヤの特性曲線の原点を通る直線との交点での接線の傾きを示す特性図である。
【図４】前提となる技術を説明するために使用した図であり、各路面μのタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）について、該タイヤの特性曲線の原点を通る直線との交点での接線の傾きを示す他の特性図である。
【図５】前提となる技術を説明するために使用した図であり、任意の直線とタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）との交点を示す横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）と、該交点でのタイヤの特性曲線上の接線の傾き（μ勾配）との関係（μ勾配特性マップ）を示す特性図である。
【図６】前提となる技術を説明するために使用した図であり、横力Ｆｙ及びスリップ角βｔから、タイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）上の接線の傾きを得る手順の説明に使用した図である。
【図７】前提となる技術を説明するために使用した図であり、特性曲線（μ勾配特性マップ）、タイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）及び摩擦円の関係を示す図である。
【図８】前提となる技術を説明するために使用した図であり、輪荷重を変化させたときの横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）とタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）上の接線の傾きとの関係を示す特性図である。
【図９】前提となる技術を説明するために使用した図であり、車輪のスリップ角βｔと車輪のセルフアライニングトルクＭｚとの間に成立するタイヤの特性曲線（Ｍｚ−βｔ特性曲線）を示す特性図である。
【図１０】前提となる技術を説明するために使用した図であり、各路面μのタイヤの特性曲線（Ｍｚ−βｔ特性曲線）について、該タイヤの特性曲線の原点を通る直線との交点での接線の傾きを示す特性図である。
【図１１】前提となる技術を説明するために使用した図であり、各路面μのタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）について、該タイヤの特性曲線の原点を通る直線との交点での接線の傾きを示す他の特性図である。
【図１２】前提となる技術を説明するために使用した図であり、任意の直線とタイヤの特性曲線（Ｍｚ−βｔ特性曲線）との交点を示すセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）と、該交点でのタイヤの特性曲線上の接線の傾き（トルク勾配）との関係（トルク勾配特性マップ）を示す特性図である。
【図１３】前提となる技術を説明するために使用した図であり、セルフアライニングトルクＭｚ及びスリップ角βｔから、タイヤの特性曲線（Ｍｚ−βｔ特性曲線）上の接線の傾きを得る手順の説明に使用した図である。
【図１４】前提となる技術を説明するために使用した図であり、輪荷重を変化させたときのセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線（Ｍｚ−βｔ特性曲線）上の接線の傾きとの関係を示す特性図である。
【図１５】前提となる技術を説明するために使用した図であり、スリップ角βｔに対する、横力ＦｙとセルフアライニングトルクＭｚとの関係を示す特性図である。
【図１６】前提となる技術を説明するために使用した図であり、図１５に示す関係を各種路面μについて示す特性図である。
【図１７】前提となる技術を説明するために使用した図であり、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）と、タイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）上の接線の傾き（μ勾配）との関係（μ勾配特性マップ）を示す特性図である。
【図１８】前提となる技術を説明するために使用した図であり、輪荷重を変化させたときのセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）上の接線の傾きとの関係を示す特性図である。
【図１９】本発明の第１の実施形態である車両の概略構成を示す図である。
【図２０】車両走行状態推定装置の内部構成を示すブロック図である。
【図２１】車体スリップ角推定部の内部構成を示すブロック図である。
【図２２】旋回中の車体に働く場の力を説明するために使用した図である。
【図２３】旋回中の車体に働く場の力を説明するために使用した図である。
【図２４】補償ゲインを設定するための制御マップを説明するために使用した特性図である。
【図２５】車両の線形２輪モデルを説明するために使用した図である。
【図２６】不安定挙動抑制アシスト指令値演算部の処理手順を示すフローチャートであえる。
【図２７】車体走行状態推定装置での演算処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２８】安全領域（トルク勾配≧０かつμ勾配≧０）、注意領域（トルク勾配＜０かつμ勾配≧０）及び飽和領域（トルク勾配＜０かつμ勾配＜０）での制御の説明に使用した図である。
【図２９】第２の実施形態における車両走行状態推定装置の内部構成を示すブロック図である。
【図３０】第２の実施形態における車両走行状態推定装置の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３０】
２１ 操舵角センサ、２２ ヨーレイトセンサ、２３ 横加速度センサ、２４ 前後加速度センサ、２５ 車輪速センサ、２６ ＥＰＳＣＰＵ、２７ ＥＰＳモータ、２８ 車体走行状態推定装置（車両接地面摩擦状態推定装置）、２９ ステアリングホイール、３０ ステアリングシャフト、３１ＦＬ〜３１ＲＲ 車輪、３２ ピニオン、３３ ラック、３４ タイロッド、３５ 操舵トルクセンサ、３６ ブレーキＥＣＵ、４１ 車体速度演算部、４２ 車体スリップ角推定部、４３ タイヤスリップ角演算部、４４ ＥＰＳアシストトルク演算部、４５ セルフアライニングトルク演算部、４６ セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部、４７ 輪荷重変化量演算部、４８ トルク勾配演算部、４９ μ勾配演算部、５０ 不安定挙動抑制アシスト指令値演算部、６１ スタビリティファクタ演算部、６２ 車両挙動推定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪接地面の摩擦状態或いは車輪の路面グリップ状態、又は摩擦限界に対する余裕度を推定するための装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、横軸が車輪のスリップ率に対応し且つ縦軸が路面の摩擦係数に対応する２次元マップに実際の車輪のスリップ率と路面の摩擦係数とに対応する点をプロットし、プロットした点と原点とを通る直線の傾きから夕イヤ摩擦状態を推定するものがある（特許文献１参照）。この推定したタイヤ摩擦状態に基づいて、車輪の制駆動力を制御している。
【特許文献１】特開２００６−３４０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の従来の技術にあっては、タイヤの摩擦限界を把握することができないため、タイヤ摩擦限界までの余裕度がわからない。
本発明の課題は、タイヤの摩擦限界に対する余裕度をより適切に推定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するために、本発明は、入力部が、接地面において車輪のセルフアライニングトルクと車輪のスリップ度との比である入力を設定する。また、出力部が、入力部で設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、車輪のセルフアライニングトルクと車輪のスリップ度がわかれば、その比を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータを取得できる。この車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータを基に、車輪のグリップ力が限界領域にあるときにも、タイヤ摩擦状態を適切に推定できるため、タイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（実施形態の前提となる技術）
先ず、本実施形態の前提となる技術を説明する。
（１）車輪のスリップ角と車輪の横力との関係
図１はタイヤの特性曲線を示す。このタイヤの特性曲線は、車輪のスリップ角βｔと車輪の横力Ｆｙとの間に成立する一般的な関係を示す。例えば、タイヤモデルを実験データを基にチューニングすることで、前後輪それぞれで二輪分の等価特性図（タイヤの特性曲線）を得る。ここで、例えば、マジックフォーミュラ（MagicFormula）を基にタイヤモデルを構築している。横力Ｆｙは、コーナリングフォースやサイドフォースに代表される値である。この実施形態では、横力が接地面において車輪に作用する車輪力に相当し、車輪のスリップ角が車輪のスリップ度に相当する。
【０００７】
図１に示すように、タイヤの特性曲線では、スリップ角βｔと横力Ｆｙとの関係が、スリップ角βｔの絶対値が増加するに従い線形から非線形に遷移する。すなわち、スリップ角βｔが零から所定の範囲内にある場合には、スリップ角βｔと横力Ｆｙとの間に線形関係が成り立つ。そして、スリップ角βｔ（絶対値）がある程度大きくなると、スリップ角βｔと横力Ｆｙとの関係が非線形関係になる。従って、タイヤの特性曲線は、線形部分と非線形部分とを有する。
【０００８】
このような線形関係から非線形関係への遷移は、タイヤの特性曲線の接線の傾き（勾配）に着目すれば一目瞭然である。ここでいうタイヤの特性曲線の接線の傾きとは、スリップ角βｔの変化量と横力Ｆｙの変化量との比、すなわち、横力Ｆｙのスリップ角βｔに関する偏微分係数で示される値である。このように示されるタイヤの特性曲線の接線の傾きは、該タイヤの特性曲線に対して交わる任意の直線ａ，ｂ，ｃ，…との交点（図１中に○印で示す交点）におけるタイヤの特性曲線の接線の傾きとみることもできる。そして、このようなタイヤの特性曲線上における位置、すなわちスリップ角βｔ及び横力Ｆｙがわかれば、タイヤの摩擦状態の推定が可能になる。例えば、図１に示すように、タイヤの特性曲線上で、非線形域でも線形域に近い位置ｘ０にあれば、タイヤの摩擦状態が安定状態にあると推定できる。タイヤの摩擦状態が安定状態であれば、例えばタイヤがその能力を発揮できるレベルにあると推定できる。又は車両が安定状態にあると推定できる。
【０００９】
図２は、各種路面μのタイヤの特性曲線と摩擦円を示す。図２（ａ）は、各種路面μのタイヤの特性曲線を示す。図２（ｂ）〜（ｄ）は、各路面μの摩擦円を示す。路面μは例えば０．２、０．５、１．０である。図２（ａ）に示すように、タイヤの特性曲線は、各路面μで定性的に同様な傾向を示す。また、図２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、路面μが小さくなるほど、摩擦円が小さくなる。すなわち、路面μが小さくなるほど、タイヤが許容できる横力が小さくなる。このように、タイヤ特性は、路面摩擦係数をパラメータとした特性である。よって、図２に示すように、路面摩擦係数の値に応じて、低摩擦の場合のタイヤの特性曲線、中摩擦の場合のタイヤの特性曲線、及び高摩擦の場合のタイヤの特性曲線等を得ることができる。
【００１０】
図３は、各種路面μのタイヤの特性曲線と原点を通る任意の直線ａ，ｂ，ｃとの関係を示す。図３に示すように、前記図１と同様に、各種路面μのタイヤの特性曲線について、任意の直線ａ，ｂ，ｃとの交点で接線の傾きを得る。すなわち、各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線ａとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線ｂとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線ｃとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。その結果、同一の直線との交点で得られる各種路面μのタイヤの特性曲線上の接線の傾きが同一となる結果を得ることができる。
【００１１】
例えば、図４では、前記図３に示した直線ｃに着目している。図４に示すように、同一の直線ｃとの交点で得られる各種路面μのタイヤの特性曲線上の接線の傾きは同一となる。すなわち、路面μがμ＝０．２のタイヤの特性曲線上での交点ｘ１を得る横力Ｆｙ１とスリップ角βｔ１との比（Ｆｙ１／βｔ１）、路面μがμ＝０．５のタイヤの特性曲線上での交点ｘ２を得る横力Ｆｙ２とスリップ角βｔ２との比（Ｆｙ２／βｔ２）、及び路面μがμ＝１．０のタイヤの特性曲線上での交点ｘ３を得る横力Ｆｙ３とスリップ角βｔ３との比（Ｆｙ３／βｔ３）が同一値となる。そして、それら各路面μのタイヤの特性曲線上で得られる各交点ｘ１，ｘ２，ｘ３での接線の傾きが同一となる。
【００１２】
図５は、任意の直線とタイヤの特性曲線との交点を示す横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）と、該交点でのタイヤの特性曲線上の接線の傾き（∂Ｆｙ／∂βｔ）との関係を示す。図５に示すように、どの各路面μ（例えばμ＝０．２、０．５、１．０）でも、このように、横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとが一定の関係を示している。そのため、例えば乾燥アスファルト路面や凍結路面等、路面μが異なる路面であっても、この図５に示す特性曲線が成立する。すなわち、この図５に示すタイヤ特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。そして、このタイヤ特性曲線において、その傾きは、路面μの影響を受けない点に特徴がある。つまり、路面状態の情報を取得又は推定を必要をすることなく、その傾きを特定できる特徴がある。ここで、図５の特性曲線は、図１と同様に、タイヤの特性曲線を示していると言える。しかし、図１と区別して、図５の特性曲線を例えばグリップ特性曲線と呼ぶこともできる。
【００１３】
図５に示す特性曲線は、横力Ｆｙとスリップ角βｔの比（Ｆｙ／βｔ）が小さい領域（小レシオ領域）では、タイヤの特性曲線上の接線の傾き（グリップ特性パラメータに相当）が負値となる。そして、この領域では、その比（Ｆｙ／βｔ）が大きくなるに従い、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが一旦減少してから増加に転じる。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が負値であることを示す。
【００１４】
また、横力Ｆｙとスリップ角βｔの比（Ｆｙ／βｔ）が大きい領域（大レシオ領域）では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値になる。そして、この領域では、その比（Ｆｙ／βｔ）が大きくなると、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが増加する。横力Ｆｙとスリップ角βｔの比（Ｆｙ／βｔ）が大きい領域では、図５の特性曲線は単調増加関数の形をしている。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が正値であることを示す。また、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが最大となることは、該接線の傾きがタイヤの特性曲線の線形領域のものであることを示す。なお、線形領域では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きは、横力Ｆｙとスリップ角βｔの比にかかわらず、常に一定の値を示す。
【００１５】
このようにして得ることができるタイヤの特性曲線上の接線の傾きは、グリップ特性パラメータ、タイヤのグリップ状態を表す変数又はタイヤが横方向に出せる力の飽和状態を表すパラメータとなる。具体的には、正値の領域の場合、スリップ角βｔを増やすことでさらに強い横力Ｆｙ（コーナリングフォース等）を発生させることができることを示す。そして、零又は負値の領域の場合、スリップ角βｔを増加させても横力Ｆｙ（コーナリングフォース等）が増えることはなく、逆に低下する恐れがあることを示す。
【００１６】
本願発明者は、以上に述べたように、各路面μのタイヤの特性曲線について、そのタイヤの特性曲線の原点を通る任意の一の直線とタイヤの特性曲線との交点で、接線の傾きが同一となる点を発見した。これにより、本願発明者は、路面μにかかわらず、横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係がある特性曲線（グリップ特性曲線）として表せる結果を得た（図５）。これにより、横力Ｆｙとスリップ角βｔとがわかれば、特性曲線（グリップ特性曲線）を基に、路面μの情報を必要とすることなく、タイヤの摩擦状態の情報を得ることができる。タイヤの摩擦状態の情報を得る手順を図６を用いて説明する。
【００１７】
先ず、横力Ｆｙとスリップ角βｔとを検出する。そして、図６（ａ）に示す特性曲線（前記図５と同様の特性曲線）を用いることで、検出した横力Ｆｙ及びスリップ角βｔに対応（Ｆｙ／βｔに対応）するタイヤの特性曲線上の接線の傾きを特定できる。例えば、図６（ａ）に示すように、タイヤの特性曲線上の接線の傾きＩｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３，Ｉｄ４，Ｉｄ５を得る。このタイヤの特性曲線上の接線の傾きから、図６（ｂ）に示すように、ある路面μのタイヤの特性曲線上の位置を特定できる。例えば、タイヤの特性曲線上の接線の傾きＩｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３，Ｉｄ４，Ｉｄ５に対応する位置ｘｉｄ１，ｘｉｄ２，ｘｉｄ３，ｘｉｄ４，ｘｉｄ５を特定できる。ここで、タイヤの特性曲線上における位置は、そのタイヤの特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を示すものとなる。このようなことから、図６（ｂ）に示すようにタイヤの特性曲線上の位置を特定できることで、そのタイヤの特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力（例えばグリップの能力）を知ることができる。例えば、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値又は零近傍である場合（例えばＩｄ４やＩｄ５）、それから特定できるタイヤの特性曲線上の位置（例えばｘｉｄ４やｘｉｄ５）に基づき、タイヤの横力が限界領域にあることがわかる。
【００１８】
以上のような手順により、横力Ｆｙ及びスリップ角βｔさえわかれば、特性曲線（グリップ特性曲線）を用いることで、その横力Ｆｙ及びスリップ角βｔを得た路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を知ることができる。
図７は、さらに摩擦円との関係を示す。図７（ａ）は、横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を示す（前記図５と同様）。図７（ｂ）は、タイヤの特性曲線を示す。図７（ｃ）は、摩擦円を示す。これらの関係において、先ず、横力Ｆｙ及びスリップ角βｔに対応（Ｆｙ／βｔに対応）するタイヤの特性曲線上の接線の傾きＩｄを得る（図７（ａ））。これにより、タイヤの特性曲線上の位置を特定できる（図７（ｂ））。さらに、摩擦円における横力の相対的な値を知ることができる。すなわち、タイヤが許容できる横力に対するマージンＭを知ることができる。また、タイヤの特性曲線上の接線の傾き自体は、スリップ角βｔの変化に対する横力Ｆｙの変化割合を示すものとなる。よって、図７（ａ）に示す特性曲線の縦軸の値（タイヤの特性曲線上の接線の傾き）は、いわば車両挙動の変化速度を示すものであるとも言える。
【００１９】
また、輪荷重を変化させたときの横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を得ている。前述と同様な手順によりその関係を得ている。図８は、その関係を示す。ここで、輪荷重の初期値Ｆｚ（変動がないときの輪荷重の値）に対して、０．６、０．８、１．２、…倍することで輪荷重を変化させている。１．０倍の場合は輪荷重の初期値Ｆｚになる。図８に示すように、タイヤの輪荷重が小さくなると、各輪荷重で得られるタイヤの特性曲線上の接線の傾きが小さくなる。このとき、各輪荷重で得たタイヤの特性曲線上の接線の傾きの最大値（線形領域の値）が、図８に示す特性図の原点を通る直線上を移動するようになる。さらに、横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を示す特性曲線は、その形を維持して大きさが異なるものとなる。すなわち相似形で大きさが異なるものとなる。このような輪荷重との関係も本願発明者は発見した。
【００２０】
（２）車輪のスリップ角と車輪のセルフアライニングトルクとの関係
図９はタイヤの特性曲線を示す。このタイヤの特性曲線は、車輪のスリップ角βｔと車輪のセルフアライニングトルクＭｚとの間に成立する関係を示す。例えば、タイヤモデルを実験データを基にチューニングすることで、前後輪それぞれで二輪分の等価特性図（タイヤの特性曲線）を得る。ここで、例えば、マジックフォーミュラ（MagicFormula）を基にタイヤモデルを構築している。また、セルフアライニングトルクは、ステアリングを中立位置に戻すトルクである。
【００２１】
図９に示すように、タイヤの特性曲線では、スリップ角βｔとセルフアライニングトルクＭｚとの関係が、スリップ角βｔの絶対値が増加するに従い線形から非線形に遷移する。すなわち、スリップ角βｔが零から所定の範囲内にある場合には、スリップ角βｔとセルフアライニングトルクＭｚとの間に線形関係が成り立つ。そして、スリップ角βｔ（絶対値）がある程度大きくなると、スリップ角βｔとセルフアライニングトルクＭｚとの関係が非線形関係になる。従って、タイヤの特性曲線は、線形部分と非線形部分とを有する。
【００２２】
このような線形関係から非線形関係への遷移は、タイヤの特性曲線の接線の傾き（勾配）に着目すれば一目瞭然である。ここでいうタイヤの特性曲線の接線の傾きとは、スリップ角βｔの変化量とセルフアライニングトルクＭｚの変化量との比、すなわち、セルフアライニングトルクＭｚのスリップ角βｔに関する偏微分係数で示される値である。このように示されるタイヤの特性曲線の接線の傾きは、該タイヤの特性曲線に対して交わる任意の直線ａ，ｂ，ｃ，…との交点（図９中に○印で示す交点）におけるタイヤの特性曲線の接線の傾きとみることもできる。そして、このようなタイヤの特性曲線上における位置、すなわちスリップ角βｔ及びセルフアライニングトルクＭｚがわかれば、タイヤの摩擦状態の推定が可能になる。例えば、図９に示すように、タイヤの特性曲線上で、非線形域でも線形域に近い位置ｘ０にあれば、タイヤの摩擦状態が安定状態にあると推定できる。タイヤの摩擦状態が安定状態であれば、例えばタイヤがその能力を発揮できるレベルにあると推定できる。又は車両が安定状態にあると推定できる。
【００２３】
図１０は、各種路面μのタイヤの特性曲線と原点を通る任意の直線ａ，ｂ，ｃとの関係を示す。図１０に示すように、前記図９と同様に、各種路面μのタイヤの特性曲線について、任意の直線ａ，ｂ，ｃとの交点で接線の傾きを得る。すなわち、各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線ａとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線ｂとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線ｃとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。その結果、同一の直線との交点で得られる各種路面μのタイヤの特性曲線上の接線の傾きが同一となる結果を得ることができる。
【００２４】
例えば、図１１では、前記図１０に示した直線ｃに着目している。図１１に示すように、同一の直線ｃとの交点で得られる各種路面μのタイヤの特性曲線上の接線の傾きは同一となる。すなわち、路面μがμ＝０．３のタイヤの特性曲線上での交点ｘ１を得るセルフアライニングトルクＭｚ１とスリップ角βｔ１との比（Ｍｚ１／βｔ１）、路面μがμ＝０．６のタイヤの特性曲線上での交点ｘ２を得るセルフアライニングトルクＭｚ２とスリップ角βｔ２との比（Ｍｚ２／βｔ２）、及び路面μがμ＝１．０のタイヤの特性曲線上での交点ｘ３を得るセルフアライニングトルクＭｚ３とスリップ角βｔ３との比（Ｍｚ３／βｔ３）が同一値となる。そして、それら各路面μのタイヤの特性曲線上で得られる各交点ｘ１，ｘ２，ｘ３での接線の傾きが同一となる。
【００２５】
図１２は、任意の直線とタイヤの特性曲線との交点を示すセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）と、該交点でのタイヤの特性曲線上の接線の傾き（∂Ｍｚ／∂βｔ）との関係を示す。図１２に示すように、どの各路面μ（例えばμ＝０．３、０．６、１．０）でも、このように、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとが一定の関係を示している。そのため、例えば乾燥アスファルト路面や凍結路面等、路面μが異なる路面であっても、この図１２に示す特性曲線が成立する。すなわち、この図１２に示すタイヤの特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。そして、このタイヤの特性曲線において、その傾きは、路面μの影響を受けない点に特徴がある。つまり、路面状態の情報を取得又は推定を必要とすることなく、その傾きを特定できる特徴がある。ここで、図１２の特性曲線は、図１と同様に、タイヤの特性曲線を示していると言える。しかし、図１と区別して、図１２の特性曲線を例えばグリップ特性曲線と呼ぶこともできる。
【００２６】
図１２に示す特性曲線は、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔの比（Ｍｚ／βｔ）が小さい領域（小レシオ領域）では、タイヤの特性曲線上の接線の傾き（グリップ特性パラメータに相当）が負値となる。そして、この領域では、その比（Ｍｚ／βｔ）が大きくなるに従い、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが一旦減少してから増加に転じる。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が負値であることを示す。
【００２７】
また、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔの比（Ｍｚ／βｔ）が大きい領域（大レシオ領域）では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値になる。そして、この領域では、その比（Ｍｚ／βｔ）が大きくなると、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが増加する。セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔの比（Ｍｚ／βｔ）が大きい領域では、図５の特性曲線は単調増加関数の形をしている。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が正値であることを示す。また、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが最大となることは、該接線の傾きがタイヤの特性曲線の線形領域のものであることを示す。なお、線形領域では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きは、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔの比にかかわらず、常に一定の値を示す。
【００２８】
このようにして得ることができるタイヤの特性曲線上の接線の傾きは、グリップ特性パラメータ、タイヤのグリップ状態を表す変数又はタイヤが横方向に出せる力の飽和状態を表すパラメータとなる。そして、横力Ｆｙの場合と同様に、正値の領域の場合、スリップ角βｔを増やすことでさらに強いセルフアライニングトルクＭｚを発生させることができることを示す。一方、零又は負値の領域の場合、スリップ角βｔを増加させてもセルフアライニングトルクＭｚが増えることはなく、逆に低下する恐れがあることを示す。
【００２９】
本願発明者は、以上に述べたように、各路面μのタイヤの特性曲線について、そのタイヤの特性曲線の原点を通る任意の一の直線とタイヤの特性曲線との交点で、接線の傾きが同一となる点を発見した。これにより、本願発明者は、路面μにかかわらず、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係がある特性曲線（グリップ特性曲線）として表せる結果を得た（図１２）。これにより、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとがわかれば、特性曲線（グリップ特性曲線）を基に、路面μの情報を必要とすることなく、タイヤの摩擦状態の情報を得ることができる。タイヤの摩擦状態の情報を得る手順を図１３を用いて説明する。
【００３０】
先ず、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとを検出する。そして、図１３（ａ）に示す特性曲線（前記図１２と同様の特性曲線）を用いることで、検出したセルフアライニングトルクＭｚ及びスリップ角βｔに対応（Ｍｚ／βｔに対応）するタイヤの特性曲線上の接線の傾きを特定できる。例えば、図１３（ａ）に示すように、タイヤの特性曲線上の接線の傾きＩｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３，Ｉｄ４を得る。このタイヤの特性曲線上の接線の傾きから、図１３（ｂ）に示すように、ある路面μのタイヤの特性曲線上の位置を特定できる。例えば、タイヤの特性曲線上の接線の傾きＩｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３，Ｉｄ４に対応する位置ｘｉｄ１，ｘｉｄ２，ｘｉｄ３，ｘｉｄ４を特定できる。ここで、タイヤの特性曲線上における位置は、そのタイヤの特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を示すものとなる。このようなことから、図１３（ｂ）に示すようにタイヤの特性曲線上の位置を特定できることで、そのタイヤの特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力（例えばグリップの能力）を知ることができる。例えば、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値又は零近傍である場合（例えばＩｄ３やＩｄ４）、それから特定できるタイヤの特性曲線上の位置（例えばｘｉｄ３やｘｉｄ４）に基づき、タイヤのセルフアライニングトルクが限界領域にあることがわかる。
【００３１】
以上のような手順により、セルフアライニングトルクＭｚ及びスリップ角βｔさえわかれば、特性曲線（グリップ特性曲線）を用いることで、そのセルフアライニングトルクＭｚ及びスリップ角βｔを得た路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を知ることができる。
また、輪荷重を変化させたときのセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を得ている。前述と同様な手順によりその関係を得ている。図１４は、その関係を示す。ここで、輪荷重の初期値Ｆｚ（変動がないときの輪荷重の値）に対して、０．６、０．８、１．２、…倍することで輪荷重を変化させている。１．０倍の場合は輪荷重の初期値Ｆｚになる。図１４に示すように、タイヤの輪荷重が小さくなると、各輪荷重で得られるタイヤの特性曲線上の接線の傾きが小さくなる。このとき、各輪荷重で得たタイヤの特性曲線上の接線の傾きの最大値（線形領域の値）が、図１４に示す特性図の原点を通る直線上を移動するようになる。さらに、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を示す特性曲線は、その形を維持して大きさが異なるものとなる。すなわち相似形で大きさが異なるものとなる。このような輪荷重との関係も本願発明者は発見した。
【００３２】
（３）車輪の横力と車輪のセルフアライニングトルクとの関係
図１５は、スリップ角βｔに対する、横力ＦｙとセルフアライニングトルクＭｚとの関係を示す。例えば、スリップ角βｔと横力Ｆｙとの関係は、前記図１に示した関係である。また、スリップ角βｔとセルフアライニングトルクＭｚとの関係は、前記図９に示した関係である。この図１と図９とを重ね合わせると、図１５に示すようになる。この図１５に示すように、横力Ｆｙ及びセルフアライニングトルクＭｚともに、スリップ角βｔの増加に対して、増加傾向から減少傾向に転じる特性を示す。このとき、セルフアライニングトルクＭｚが先に増加傾向から減少傾向に転じ、その後、横力Ｆｙが増加傾向から減少傾向に転じる。
【００３３】
図１６は、前記図１５に示す関係を各種路面μについて示したものである。前述のように、スリップ角βｔと横力Ｆｙとのタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線ともいう。）では、同一の直線との交点で得られる各種路面μのそのタイヤの特性曲線上の接線の傾き（μ勾配又は横方向μ勾配、以下、μ勾配ともいう。）が同一となる結果を得ることができる。また、前述のように、スリップ角βｔ及びセルフアライニングトルクＭｚとのタイヤの特性曲線（Ｍｚ−βｔ特性曲線ともいう。）でも、同様な特性として、同一の直線との交点で得られる各種路面μのそのタイヤの特性曲線上の接線の傾き（以下、トルク勾配ともいう。）が同一となる結果を得ることができる。すなわち、Ｆｙ−βｔ特性曲線とＭｚ−βｔ特性曲線では、βｔ軸に対する位置関係が、路面μ変化がなければ一意に定まる。又は、路面μが変化すると、Ｆｙ−βｔ特性曲線とＭｚ−βｔ特性曲線はともに、路面μに比例して（縦横比を維持して）拡大又は縮小された形状となる。すなわち、Ｆｙ−βｔ特性曲線とＭｚ−βｔ特性曲線とは、路面μ変化によらず相対的な関係性を維持している。
【００３４】
以上のような関係から、図１６に示すように、ある路面μのＭｚ−βｔ特性曲線上のセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）から、対応する路面μのＦｙ−βｔ特性曲線上の接線の傾き（μ勾配）を特定できる。
図１７は、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）と、タイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）上の接線の傾き（∂Ｆｙ／∂βｔ、μ勾配）との関係を示す。図１７は、前記図５と横軸が異なるだけで、同じ特性となる。すなわち、図１７に示すように、どの各路面μでも、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）上の接線の傾き（μ勾配）とが一定の関係を示す。すなわち、この図１７に示すタイヤの特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。そして、このタイヤの特性曲線において、その傾きは、路面μの影響を受けない点に特徴がある。つまり、路面状態の情報を取得又は推定を必要とすることなく、その傾きを特定できる特徴がある。ここで、図１７の特性曲線を例えばグリップ特性曲線と呼ぶこともできる。
【００３５】
そして、図１７に示す特性曲線は、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）が小さい領域（小レシオ領域）では、タイヤの特性曲線上の接線の傾き（グリップ特性パラメータに相当）が負値となる。また、この領域では、その比（Ｍｚ／βｔ）が大きくなるに従い、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが一旦減少してから増加に転じる。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が負値であることを示す。また、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）が大きい領域（大レシオ領域）では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値になる。そして、この領域では、その比（Ｍｚ／βｔ）が大きくなると、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが増加する。セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）が大きい領域では、図１７の特性曲線は単調増加関数の形をしている。
【００３６】
このようにして得たμ勾配は、動的なコーナリングパワとして用いることができ、車両特性を推定したり車両挙動の限界を予測したりする上でとても重要なパラメータとなる。
また、輪荷重を変化させたときのセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）上の接線の傾きとの関係を得ている。前述と同様な手順によりその関係を得ている。図１８は、その関係を示す。ここで、輪荷重の初期値Ｆｚ（変動がないときの輪荷重の値）に対して、０．６、０．８、１．２、…倍することで輪荷重を変化させている。１．０倍の場合は輪荷重の初期値Ｆｚになる。図１８に示すように、タイヤの輪荷重が小さくなると、各輪荷重で得られるタイヤの特性曲線上の接線の傾きが小さくなる。このとき、各輪荷重で得たタイヤの特性曲線上の接線の傾きの最大値（線形領域の値）が、図１８に示す特性図の原点を通る直線上を移動するようになる。さらに、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を示す特性曲線は、その形を維持して大きさが異なるものとなる。すなわち相似形で大きさが異なるものとなる。
【００３７】
（実施形態）
以上の技術の採用により実現した実施形態を次に説明する。
（第１の実施形態）
（構成）
図１９は、第１の実施形態の車両の概略構成を示す。図１９に示すように、車両は、操舵角センサ２１、ヨーレイトセンサ２２、横加速度センサ２３、前後加速度センサ２４、車輪速センサ２５、ＥＰＳＥＣＵ（ElectricPower Steering Electronic Control Unit）２６、操舵トルクセンサ３５、ブレーキＥＣＵ３６、ＥＰＳ（ElectricPower Steering）モータ２７及び車両走行状態推定装置２８を備える。車両走行状態推定装置２８は、本発明に係る車両接地面摩擦状態推定装置を実現している。
【００３８】
操舵角センサ２１は、ステアリングホイール２９と一体に回転するステアリングシャフト３０の回転角を検出する。操舵角センサ２１は、その検出結果（操舵角）を車両走行状態推定装置２８に出力する。ヨーレイトセンサ２２は、車両のヨーレイトを検出する。ヨーレイトセンサ２２は、その検出結果を車両走行状態推定装置２８に出力する。横加速度センサ２３は、車両の横加速度を検出する。横加速度センサ２３は、その検出結果を車両走行状態推定装置２８に出力する。前後加速度センサ２４は、車両の前後加速度を検出する。前後加速度センサ２４は、その検出結果を車両走行状態推定装置２８に出力する。車輪速センサ２５は、車体に設けられた各車輪３１ＦＬ〜３１ＲＲの車輪速を検出する。車輪速センサ２５は、その検出結果を車両走行状態推定装置２８に出力する。
【００３９】
ＥＰＳＥＣＵ２６は、操舵角センサ２１が検出した操舵角を基に、操舵アシスト指令をＥＰＳモータ２７に出力する。ここでいう操舵アシスト指令は、操舵力アシストを行うための指令信号である。また、ＥＰＳＥＣＵ２６は、車両走行状態推定装置２８が出力する指令値（不安定挙動抑制アシスト指令）を基に、操舵アシスト指令をＥＰＳモータ２７に出力する。ここでいう操舵アシスト指令は、車両の不安定挙動を抑制するための指令信号である。
【００４０】
操舵トルクセンサ３５は、運転者からの入力トルクとなる操舵トルクを検出する。操舵トルクセンサ３５は、検出した操舵トルクを車両走行状態推定装置２８に出力する。
ＥＰＳモータ２７は、ＥＰＳＥＣＵ２６が出力する操舵アシスト指令を基に、ステアリングシャフト３０に回転トルクを付与する。これにより、ＥＰＳモータ２７は、ステアリングシャフト３０に連結されているラック・アンド・ピニオン機構（ピニオン３２、ラック３３）、タイロッド３４及びナックルアームを介して左右の前輪３１ＦＬ，３１ＦＲの転舵を補助する。
【００４１】
ブレーキＥＣＵ３６は、車輪の制動力を制御する。ブレーキＥＣＵ３６は、車両走行状態推定装置２８が出力する指令値（不安定挙動抑制アシスト指令）を基に、車輪の制動力を制御する。
車両走行状態推定装置２８は、操舵角センサ２１、ヨーレイトセンサ２２、横加速度センサ２３、前後加速度センサ２４、車輪速センサ２５及び操舵トルクセンサ３５の検出結果を基に、車両の走行状態を推定する。車両走行状態推定装置２８は、その推定結果を基に、指令値（不安定挙動抑制アシスト指令）をＥＰＳＥＣＵ２６及びブレーキＥＣＵ３６に出力する。ここでいう指令値は、車両の不安定挙動を抑制するようにＥＰＳモータ２７や制動力を制御するための指令信号である。
【００４２】
図２０は、車両走行状態推定装置２８の内部構成を示す。図２０に示すように、車両走行状態推定装置２８は、車体速度演算部４１、車体スリップ角推定部４２、タイヤスリップ角演算部４３、ＥＰＳアシストトルク演算部４４、セルフアライニングトルク演算部４５、セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部（以下、Ｍｚ／βｔ演算部という。）４６、輪荷重変化量演算部４７、トルク勾配演算部４８、μ勾配演算部４９及び不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０を備える。
【００４３】
車体速度演算部４１は、車輪速センサ２５が検出した車輪速及び前後加速度センサ２４が検出した前後加速度を基に、車体速度を推定する。車体速度演算部４１は、その推定結果を車体スリップ角推定部４２及びタイヤスリップ角演算部４３に出力する。具体的には、車体速度演算部４１は、従動輪３１ＲＬ，３１ＲＲの車輪速の平均値、又は各車輪３１ＦＬ〜３１ＲＲの車輪速の平均値を算出して、その算出値を車体速度の基本値としている。車体速度演算部４１は、その基本値を前後加速度により補正する。具体的には、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を除くように補正をする。車体速度演算部４１は、その補正した値を車体速度の推定結果とする。
【００４４】
車体スリップ角推定部４２は、操舵角センサ２１が検出した操舵角（タイヤ舵角δ）、ヨーレイトセンサ２２が検出したヨーレイトγ、横加速度センサ２３が検出した横加速度、前後加速度センサ２４が検出した前後加速度及び車体速度演算部４１が算出した車体速度Ｖを基に、車両の横滑り角（スリップ角)を推定する。
図２１は、車体スリップ角推定部４２の構成例を示す。図２１に示すように、車体スリップ角推定部４２は、車両の状態量（車両の横滑り角β、スリップ角β）を推定する線形２入力オブザーバ６１を備える。これにより、車体スリップ角推定部４２は、車両の横滑り角（スリップ角）βを推定する。ここで、車両の２輪モデルを基に線形２入力オブザーバ６１を構築している。その車両の２輪モデルを、車両の横方向の力とモーメントの釣り合いより、下記（１）式で表すことができる。
【００４５】
【数１】
【００４６】
ここで、図２１に示すＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは車両の線形２輪モデルによって決まる行列である。また、タイヤ舵角を入力ｕとし、ヨーレイトと横加速度とを出力ｙとすると、前記（１）式の状態方程式（出力方程式）は、下記（２）式のようになる。
【００４７】
【数２】
【００４８】
ここで、ｍは車両質量である。Ｉはヨー慣性モーメントである。ｌｆは車両重心点と前車軸間の距離である。ｌｒは車両重心点と後車軸間の距離である。Ｃpｆは前輪コーナリングパワー(左右輪合計値)である。Ｃpｒは後輪コーナリングパワー(左右輪合計値)である。Ｖは車体速度である。βは車両の横滑り角である。γはヨーレイトである。Ｇｙは横加速度である。ａ１１，ａ１２，ｂ１は行列Ａ、Ｂの各要素である。
【００４９】
そして、この状態方程式を基に、ヨーレイトと横加速度とを入力とし、オブザーバゲインＫ１として、線形２入力オブザーバ６１を作成する。ここで、オブザーバゲインＫ１は、モデル化誤差の影響を受けにくく且つ安定した推定を行えるように設定した値である。
また、線形２入力オブザーバ６１は、積分器６２の入力を補正するβ推定補償器６３を備える。これにより、線形２入力オブザーバ６１は、限界領域においても推定精度を確保することができる。すなわち、β推定補償器６３を備えることで、車両の２輪モデルの設計時に想定した路面状況で且つタイヤの横滑り角が非線形特性とはならない線形域だけでなく、路面μ変化時や限界走行時にあっても横滑り角βを精度よく推定できる。
【００５０】
図２２は、車体横滑り角βで走行している旋回中の車両を示す。図２２に示すように、車体に働く場の力、つまり旋回中心から外側に向かって働く遠心力も、車幅方向から横滑り角β分ずれた方向に発生する。そのため、β推定補償器６３は、下記（３）式に従って場の力のずれ分β２を算出する。このずれ分β２は、線形２入力オブザーバ６１が推定した車両の横滑り角βに補正をかけるときの基準値(目標値)Ｇとなる。
【００５１】
【数３】
【００５２】
ここで、Ｇｘは前後加速度である。また、図２３に示すように、速度変化による力の釣り合いも考慮する。これにより、旋回によるもののみを抽出すると、前記（３）式を、下記（４）式として表すことができる。
【００５３】
【数４】
【００５４】
そして、β推定補償器６３は、その目標値β２を線形２入力オブザーバ６１が推定した横滑り角βから減算する。さらに、β推定補償器６３は、その減算結果に、図２４の制御マップによって設定した補償ゲインＫ２を乗算する。そして、β推定補償器６３は、その乗算結果を積分器６２の入力としている。
図２４の制御マップでは、車両の横方向加速度Ｇｙの絶対値（｜Ｇｙ｜）が第１しきい値以下である場合、補償ゲインＫ２が零となる。また、車両の横方向加速度Ｇｙの絶対値が第１しきい値よりも大きい第２しきい値以上の場合、補償ゲインＫ２が比較的大きい一定値となる。また、車両の横方向加速度Ｇｙの絶対値が第１しきい値と第２しきい値との間にある場合、横方向加速度Ｇｙの絶対値が大きくなるほど、補償ゲインＫ２が大きくなる。
【００５５】
このように、図２４の制御マップでは、横方向加速度Ｇｙの絶対値が第１しきい値以下で零近傍の値となる場合、補償ゲインＫ２を零としている。これにより、直進時のように旋回Ｇが発生しない状況下では補正をする必要がないことから、誤って補正が行われないようにしている。また、図２４の制御マップでは、横方向加速度Ｇｙの絶対値が増加して第１しきい値より大きくなると（例えば、０．１Ｇより大きくなると）、横方向加速度Ｇｙの絶対値に比例してフィードバックゲイン（補償ゲイン）Ｋ２を増大させていき、横方向加速度Ｇｙの絶対値が第２しきい値以上になると（例えば０．５Ｇ以上になると）、補償ゲインＫ２を制御の安定する一定値としている。このようにすることで、横滑り角βの推定精度を向上させている。
【００５６】
タイヤスリップ角演算部４３は、操舵角センサ２１が検出した操舵角（タイヤ舵角δ）、ヨーレイトセンサ２２が検出したヨーレイトγ、車体速度演算部４１が算出した車体速度Ｖ、及び車体スリップ角推定部４２が算出した車両の横滑り角（車両のスリップ角）βを基に、下記（５）式に従って前後輪それぞれのスリップ角βｆ，βｒ（車輪のスリップ角βｔ）を算出する。
【００５７】
【数５】
【００５８】
タイヤスリップ角演算部４３は、算出した前輪のスリップ角βｆ（βｔ）をＭｚ／βｔ演算部４６に出力する。本実施形態では、前輪操舵車両のＥＰＳユニットの構成、すなわち操舵角センサ２１及び操舵トルクセンサ３５を用いて路面μ（例えば最大路面μ）を推定する構成である。そのため、路面μの推定に必要となるのは、操舵輪である前輪のスリップ角βｆだけであり、後輪スリップ角βｒは不要となる。
【００５９】
なお、前輪と後輪とでそれぞれ別個に路面μ（例えば最大路面μ）を推定する場合は、後輪スリップ角βｒも必要となる。その場合、後輪についてセルフアライニングトルク演算部又は検出部が必要となる。本実施形態で述べる前輪２輪をひとつにまとめて路面μを推定する手法と、前後輪別々に路面μを推定する手法や４輪それぞれで路面μを推定する手法とは、基本的な考え方は同様であるため、ここではその説明は省略する。
【００６０】
セルフアライニングトルク演算部４５は、前述のようなタイヤスリップ角演算部４３によるタイヤスリップ角の算出と同時に、セルフアライニングトルクを算出する。そのため、ＥＰＳアシストトルク演算部４４では、操舵アシストトルクを算出している。具体的には、ＥＰＳアシストトルク演算部４４は、下記（６）式により、アシストトルクＴＥＰＳを算出する。
【００６１】
【数６】
【００６２】
ここで、ＥＰＳモータ２７は、電流Ｉに比例したトルクを発生する。その比例係数をＫＭＴＲとする。また、モータ角をθＭＴＲとしたとき、そのモータ角θＭＴＲについての角加速度及び角速度に比例したトルク損失と摩擦によるトルク損失とがあるので、これらトルク損失を補正する。このとき、慣性に相当するゲインをＩＭＴＲ、粘性（逆起電力含む）に相当するゲインをＣＭＴＲ、摩擦をＲＭＴＲとし、これらパラメータは事前に同定しておく。
【００６３】
セルフアライニングトルク演算部４５は、ＥＰＳアシストトルク演算部４４が算出したアシストトルク、運転者からの入力トルク（操舵トルク）及び操舵角情報（操舵角）を用いて、セルフアライニングトルクを算出する。具体的には、下記（７）式により、セルフアライニングトルクＳＡＴを算出する。
【００６４】
【数７】
【００６５】
ここで、ＴＳＴＲは、操舵トルクセンサ３５で検出した運転者のからの入力トルクである。θＳＴＲは、操舵角センサ２１が検出した操舵角である。この（７）式によれば、運転者からの入力トルクＴＳＴＲとアシストトルクＴＥＰＳの合計が、路面から入力されるセルフアライニングトルクＳＡＴとなる。
なお、ここでもＥＰＳアシストトルク演算部４４におけるアシストトルクの演算同様に、操舵系の摩擦等によるトルク損失分を補正する。具体的には、操舵角θＳＴＲについての角加速度及び角速度に比例したトルク損失と、摩擦によるトルク損失とがあるので、これらトルク損失を補正する。このとき、慣性に相当するゲインをＩＳＴＲ、粘性に相当するゲインをＣＳＴＲ、摩擦をＲＳＴＲとし、これらパラメータも事前に同定しておく。セルフアライニングトルク演算部４５は、算出した操舵輪（前輪）のセルフアライニングトルクＳＡＴ（Ｍｚ）をＭｚ／βｔ演算部４６に出力する。
【００６６】
Ｍｚ／βｔ演算部４６は、セルフアライニングトルク演算部４５及びタイヤスリップ角演算部４３が算出した前輪のセルフアライニングトルクＭｚ及びスリップ角βｔを基に、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）を算出する。Ｍｚ／βｔ演算部４６は、その算出結果をトルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９に出力する。
また、輪荷重変化量演算部４７は、横加速度センサ２３及び前後加速度センサ２４が検出した横Ｇ・前後Ｇを基に、車輪の輪荷重変化量を算出する。具体的には、横Ｇ・前後Ｇに応じた車輪の輪荷重変化量を算出する。輪荷重変化量演算部４７は、その算出結果をトルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９に出力する。
【００６７】
トルク勾配演算部４８は、Ｍｚ／βｔ演算部４６が算出したセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）を基に、スリップ角βｔ（βｆ）の変化量とセルフアライニングトルクＭｚの変化量との比を推定する。すなわち、トルク勾配を推定する。そのため、トルク勾配演算部４８は、前記図１２に示した特性図をトルク勾配特性マップとして有する。本実施形態では、前輪全体（前輪２輪合計）のトルク勾配特性マップを有する。例えば、メモリ等の記憶媒体にトルク勾配特性マップを記憶し、保持している。これにより、トルク勾配演算部４８は、トルク勾配特性マップを参照して、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）に対応するトルク勾配を推定値として得る。
【００６８】
また、トルク勾配演算部４８は、輪荷重変化量演算部４７が算出した輪荷重変化量を基に、トルク勾配特性マップを補正する。前記図１４を用いて説明したように、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とトルク勾配との関係を示す特性曲線は、輪荷重に応じて変化する。具体的には、輪荷重に応じて大きさの異なる相似形の特性曲線となる。このようなことから、トルク勾配演算部４８は、トルク勾配特性マップ（図１２のマップ）を、その横軸（Ｍｚ／βｔ）と縦軸（トルク勾配）との比を保ちつつ補正する。例えば、輪荷重変化量演算部４７が算出した輪荷重変化量が輪荷重の初期値を減少させるものであれば、その輪荷重に応じて小さくした相似形の特性曲線にする補正をする。
【００６９】
また、トルク勾配演算部４８は、荷重変化補正関数に従ってトルク勾配特性マップの縮尺比を算出し、縮尺比で補正をすることもできる。荷重変化補正関数は、変動がないときの輪荷重（初期値）を輪荷重変化量演算部４７が算出した輪荷重変化量に加算し、その加算値を前記初期値で除し、その除算値からトルク勾配特性マップの縮尺比を算出する関数である。これにより、トルク勾配特性マップをその横軸（Ｍｚ／βｔ）と縦軸（トルク勾配）との比を保ちつつ、その算出した縮尺比を乗算する（倍にする）ことで補正をする。
トルク勾配演算部４８は、以上にようにした得た結果（トルク勾配又はその補正値）を不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０に出力する。
【００７０】
μ勾配演算部４９は、Ｍｚ／βｔ演算部４６が算出したセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）を基に、スリップ角βｔ（βｆ）の変化量とタイヤ横力Ｆｙ（Ｆｙｆ）の変化量との比を推定する。すなわち、μ勾配を推定する。そのため、μ勾配演算部４９は、前記図１７に示した特性図をμ勾配特性マップとして有する。本実施形態では、前輪全体（前輪２輪合計）のμ勾配特性マップを有する。例えば、メモリ等の記憶媒体にμ勾配特性マップを記憶し、保持している。これにより、μ勾配演算部４９は、μ勾配特性マップを参照して、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）に対応するμ勾配を推定値として得る。
【００７１】
また、μ勾配演算部４９は、輪荷重変化量演算部４７が算出した輪荷重変化量を基に、μ勾配特性マップを補正する。前記図１８を用いて説明したように、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とμ勾配との関係を示す特性曲線は、輪荷重に応じて変化する。具体的には、輪荷重に応じて大きさの異なる相似形の特性曲線となる。このようなことから、μ勾配演算部４９は、μ勾配特性マップ（図１７のマップ）を、その横軸（Ｍｚ／βｔ）と縦軸（μ勾配）との比を保ちつつ補正する。例えば、輪荷重変化量演算部４７が算出した輪荷重変化量が輪荷重の初期値を減少させるものであれば、その輪荷重に応じて小さくした相似形の特性曲線にする補正をする。
【００７２】
また、μ勾配演算部４９は、荷重変化補正関数に従ってμ勾配特性マップの縮尺比を算出し、縮尺比で補正をすることもできる。荷重変化補正関数は、変動がないときの輪荷重（初期値）を輪荷重変化量演算部４７が算出した輪荷重変化量に加算し、その加算値を前記初期値で除し、その除算値からμ勾配特性マップの縮尺比を算出する関数である。これにより、μ勾配特性マップをその横軸（Ｍｚ／βｔ）と縦軸（μ勾配）との比を保ちつつ、その算出した縮尺比を乗算する（倍にする）ことで補正をする。
【００７３】
μ勾配演算部４９は、以上にようにした得た結果（μ勾配又はその補正値）を不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０に出力する。
なお、事前に旋回走行実験を行い、そのデータを基にトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを作成している。具体的には、実車での旋回実験（旋回半径一定の加速円旋回が良い）によりセルフアライニングトルク、横力及びスリップ角の実計測を行う。直接計測ができない場合は、他の物理量を計測することもできる。例えば、前後のタイヤ横力Ｆｙｆ，Ｆｙｒを得るときには、横加速度Ｇｙ、ヨーレイトγを計測して、これと車両パラメータからなる下記（８）式を連立すれば良い（図２５参照）。
【００７４】
【数８】
【００７５】
不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０は、μ勾配演算部４９及びトルク勾配演算部４８が算出（推定）したμ勾配及びトルク勾配を基に、車両の不安定挙動を抑制する処理を行う。そのため、μ勾配及びトルク勾配を基に、車両挙動が不安定になりそうなとき、又は不安定状態であると判定したときにＥＰＳＥＣＵ２６及びブレーキＥＣＵ３６にアシスト指令値を出力する。本実施形態では、前輪操舵車両の操舵輪に本発明を適用する例を示しているため、前輪のグリップ状態を基に、車両のドリフトアウトを防止する処理を説明する。ここでいう車両のドリフトアウトは、前輪のグリップ状態が飽和して、前輪が横力を失った場合の車両挙動である。
【００７６】
図２６は、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０の処理手順を示す。図２６に示すように、先ずステップＳ２１において、トルク勾配が負値か否かを判定する。トルク勾配が負値の場合（トルク勾配＜０）、ステップＳ２２に進む。また、トルク勾配が正値の場合（トルク勾配≧０）、該図２６の処理を終了する。
ステップＳ２２では、μ勾配が負値か否かを判定する。μ勾配が正値の場合（μ勾配≧０）、ステップＳ２３に進む。また、μ勾配が負値の場合（μ勾配＜０）、ステップＳ２４に進む。
【００７７】
ステップＳ２３では、ＥＰＳＥＣＵ２６に指令値（不安定挙動抑制アシスト指令）を出力する。ここでは、運転者によるステアリングホイール２９の切り増しを抑制する方向に操舵反力を付加する指令値を出力する。そして、該図２６の処理を終了する。
ステップＳ２４では、ＥＰＳＥＣＵ２６に指令値（不安定挙動抑制アシスト指令）を出力する。ここでは、運転者によるステアリングホイール２９の切り戻しを促す方向に操舵反力を付加する指令値を出力する。そして、ステップＳ２５に進む。
【００７８】
ステップＳ２５では、制動中か否かを判定する。制動中であれば、ステップＳ２６に進む。制動中でなければ、該図２６の処理を終了する。
ステップＳ２６では、ブレーキＥＣＵ３６に指令値（不安定挙動抑制アシスト指令）を出力する。ここでは、μ勾配が低下している車輪となるμ勾配低下輪の制動力を弱めるように指令値を出力する。そして、該図２６の処理を終了する。
【００７９】
以上のように不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０は、車両の不安定挙動を抑制する処理を行う。
（動作及び作用）
図２７は、車体走行状態推定装置２８での演算処理手順の一例を示す。車体走行状態推定装置２８は、この演算処理を車両走行中に実行する。
【００８０】
先ず、車体走行状態推定装置２８は、車輪速センサ２５が検出した車輪速及び前後加速度センサ２４が検出した前後加速度を基に、車体速度を推定する（ステップＳ１１）。そして、車体走行状態推定装置２８は、操舵角センサ２１が検出した操舵角、ヨーレイトセンサ２２が検出したヨーレイト、横加速度センサ２３が検出した横加速度、前後加速度センサ２４が検出した前後加速度及び車体速度演算部４１が算出した車体速度を基に、スリップ角βｆ（車輪のスリップ角βｔ）を算出する（ステップＳ１２）。
【００８１】
また、車体走行状態推定装置２８は、ＥＰＳ電流（電流Ｉ）及びモータ回転速度等を基に、ＥＰＳアシストトルク（アシストトルクＴＥＰＳ）を算出する（ステップＳ１３）。そして、車体走行状態推定装置２８は、算出したＥＰＳアシストトルク、操舵角及び操舵トルクを基に、セルフアライニングトルクＭｚを算出する（ステップＳ１４）。車体走行状態推定装置２８は、そのように算出したセルフアライニングトルクＭｚ及びスリップ角βｔを基に、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）を算出する（ステップＳ１５）。
【００８２】
そして、車体走行状態推定装置２８は、μ勾配特性マップを参照してセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）に対応するμ勾配（横方向μ勾配）を算出する（ステップＳ１６）。また、車体走行状態推定装置２８は、トルク勾配特性マップを参照してセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）に対応するトルク勾配を算出する（ステップＳ１７）。
【００８３】
それから、車体走行状態推定装置２８は、前記図２６の処理を行う。すなわち、トルク勾配が正値であれば（トルク勾配≧０）、該図２７の処理を終了する（前記ステップＳ２１）。すなわち、操舵反力を付加する制御等を行わずに終了する。また、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が正値であれば（トルク勾配＜０かつμ勾配≧０）、運転者によるステアリングホイール２９の切り増しを抑制する方向に操舵反力を付加する指令値を出力する（前記ステップＳ２１→ステップＳ２２→ステップＳ２３）。また、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が負値であれば（トルク勾配＜０かつμ勾配＜０）、運転者によるステアリングホイール２９の切り戻しを促す方向に操舵反力を付加する指令値を出力する（前記ステップＳ２１→ステップＳ２２→ステップＳ２４）。このとき、さらに、制動中であれば、μ勾配低下輪の制動力を弱めるように指令値を出力する（前記ステップＳ２５→ステップＳ２６）。
【００８４】
以上の処理による得られる車両挙動を説明する。図２８を用いて説明する。
前述のように、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が正値であるとき（トルク勾配＜０かつμ勾配≧０）、運転者によるステアリングホイール２９の切り増しを抑制する方向に操舵反力を付加する指令値を出力している（前記ステップＳ２１→ステップＳ２２→ステップＳ２３）。図２８に示すように、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が正値であるとき、注意領域の制御をしている。
【００８５】
注意領域とは、セルフアライニングトルクが飽和（トルク勾配が負値）しているものの横力が未だ飽和前（μ勾配が正値）にある領域である。この注意領域では、ステアリングホイールを切り増すことで、ヨーレイトを増やすことができる。一方、不用意にステアリングホイールを切りすぎると横力Ｆｙが飽和してしまう。このようなことから、注意領域の制御として、ステアリングホイールの切り増しを抑制する方向に操舵アシストするようにＥＰＳＥＣＵ２６に指令値を出力している。例えば、これを、通常アシスト電流に所定値Ｉ１（Ａ）の電流（以下、加算アシスト電流という。）を矩形波状に加算することで実現している。これにより、注意領域では、操舵反力の低下により、運転者がステアリングホイールを回し過ぎてしまうのを防止できる。すなわち例えば、セルフアライニングトルクが飽和し、操舵反力が低下したときに、ステアリングホイールが急に軽くなり、運転技量の低い運転者がついステアリングホイールを回し過ぎてしまうのを防止できる。
【００８６】
なお、本実施形態では、トルク勾配やμ勾配をリアルタイムで定量的にかつ連続的に推定できる。そのため、切り増し操舵を抑制する方向であれば、指令値（加算アシスト電流）を、安定状態のトルク勾配やμ勾配からの低下量に比例した値にすることができる。ただし、セルフアライニングトルク低下分をキャンセルする指令値を滑らかにしまうと、熟練した運転者にタイヤグリップ力に余裕があるものと誤解させてしまう可能性がある。このようなことから、指令値に振動成分を載せたり（アシスト電流を振動させたり）、音や表示（ブザー、ランプ等）で運転者に知らせる等のインフォメーションの機能を追加することもできる。
【００８７】
また、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が負値であるとき（トルク勾配＜０かつμ勾配＜０）、運転者によるステアリングホイール２９の切り戻しを促す方向に操舵反力を付加する指令値を出力している（前記ステップＳ２１→ステップＳ２２→ステップＳ２４）。図２８に示すように、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が負値であるとき、飽和領域の制御をしている。
【００８８】
飽和領域とは、ステアリングホイールを切り増しても横力（コーナリングフォース）を増やすことはできず、むしろステアリングホイールを切り増すと横力が低下する領域である。すなわち、車両挙動としてドリフトアウトが起きてしまっている領域である。飽和領域（飽和状態）が発生する要因としては様々考えられる。例えば、操舵輪のスリップ角をつけすぎ（ステアリングホイールを切り過ぎ）ていたり、旋回中に強いブレーキをかけすぎていたりすることが挙げられる。
【００８９】
この飽和領域の制御では、運転者によるステアリングホイール２９の切り戻しを促す方向に操舵反力を付加する指令値を出力している。例えば、これを、通常アシスト電流に所定値Ｉ２（Ａ）（＞Ｉ１）の指令値（加算アシスト電流）を矩形波状に加算することで実現している。これにより、運転者にステアリングホイールを切り戻すことを促し、グリップ力又は横力を確保することができるようになる。その結果、ドリフトアウトを抑制する等の車両挙動を安定化方向に遷移させることができる。
【００９０】
さらに、この飽和領域で、制動をかけているとき、μ勾配低下輪の制動力を弱めるように指令値を出力している（前記ステップＳ２５→ステップＳ２６）。すなわち、操舵輪のグリップを回復させるために操舵輪の制動力を弱めるよう指令値を出力している。ここで、左右輪の制動力を独立して制御できる車両であれば、旋回外輪の制動力を特に弱めることもできる。これにより、グリップ力の回復と同時に、左右輪の制動力差により旋回モーメントを発生させて、適切な旋回挙動を確保することができる。
なお、μ勾配が正値であるときには、安定領域の制御として、通常のアシスト制御を行っている。すなわち、指令値（加算アシスト電流）を付加することなく、通常アシスト電流でのみ、アシスト制御を行っている。
【００９１】
以上のように、横力が飽和するより先にトルク勾配が飽和し、トルク勾配が低下し始めることを利用して、トルク勾配及びμ勾配を監視することで、セルフアライニングトルク及び横力の飽和状態を予測している。すなわち、トルク勾配及びμ勾配の低下を、前輪の横力が飽和に近付く状態を示す定量的な指標としている。そして、そのようなセルフアライニングトルク及び横力の飽和状態、さらには制動の有無に応じて、ＥＰＳ反力制御（操舵反力制御）とブレーキ制御を行っている。
【００９２】
（第１の実施形態の変形例）
（１）この第１の実施形態では、操舵反力制御によりステアリングホイールを戻す方向に電流を付加している。これに対して、ドリフトアウトを抑制するという目的であれば、単純に操舵アシストを減らしてマニュアルハンドルに近い状態にすることもできる。このように操舵アシストを減らすことで、操舵反力が重くなり、結果として、運転者がステアリングホイールを切り増すような操舵操作を抑制することができる。
【００９３】
（２）この第１の実施形態では、入力変数となるセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）から出力変数となるグリップ特性パラメータ（トルク勾配、μ勾配）を決める際のそれらの間の非線形関係が特性マップ又は特性図といった形になっている。これに対して、そのような非線形関係を数式の形とすることもできる。また、可能であれば、非線形関係とせずに、線形関係に簡略化することもできる。
【００９４】
（３）この第１の実施形態では、前輪全体（前輪２輪合計）のトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを持っている。これに対して、前輪の各輪毎に個別のトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを持つこともできる。この場合、前輪の各輪毎にセルフアライニングトルク及びスリップ角を検出、計測又は推定できる構成を備えることで、前輪の各輪毎に個別のトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを取得する。例えば、タイヤスリップ角演算部４３、セルフアライニングトルク演算部４５、セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部４６、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９に相当する構成（車両接地面摩擦状態推定装置相当の構成）を、車両の右輪と左輪とに備えることで実現できる。
【００９５】
このように前輪の各輪毎に個別のトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを持つことで、左右輪それぞれについてのセルフアライニングトルクＭｚ及びスリップ角βｔの検出結果（推定結果）を基に、左右輪それぞれについてのトルク勾配やμ勾配を得ることができる。これにより、左右輪のトルク勾配（又はμ勾配）の違いから、走行中を含む路面状態の左右差を検出することもできる。これにより、左右輪のグリップ特性の違いを検出できる。例えば、路面μの差分、すなわちスプリットμ状態を検出できる。さらには、スプリットμ状態に起因した車両挙動又は車両特性を検出することができる。
【００９６】
なお、この第１の実施形態では、タイヤスリップ角演算部４３、セルフアライニングトルク演算部４５及びセルフアライニングトルク−スリップ角比演算部４６は、接地面において前記車輪のステアリングを中立位置に戻すトルクであるセルフアライニングトルクと前記車輪のスリップ度との比である入力を設定する入力部を実現している。また、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９は、前記入力部で設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力部を実現している。すなわち、タイヤスリップ角演算部４３、セルフアライニングトルク演算部４５、セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部４６、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９は、車両接地面摩擦状態推定装置を実現している。
【００９７】
また、この第１の実施形態では、トルク勾配演算部４８（トルク勾配特性マップ）及びμ勾配演算部４９（μ勾配特性マップ）は、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからグリップ特性パラメータを決めるように構成されている。又は、トルク勾配演算部４８（トルク勾配特性マップ）及びμ勾配演算部４９（μ勾配特性マップ）は、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成されている。或いは、トルク勾配演算部４８（トルク勾配特性マップ）及びμ勾配演算部４９（μ勾配特性マップ）は、入力部で求めたセルフアライニングトルクとスリップ度との比の現在値からグリップ特性パラメータの現在値を決定し、かつセルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値に対応する高摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値と前記セルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値に対応する低摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値とが同じでグリップ特性パラメータの現在値に等しいと設定するよう構成されている。
【００９８】
また、この第１の実施形態では、トルク勾配特性マップの特性曲線（図１２）及びμ勾配特性マップの特性曲線（図１７）は、路面摩擦係数に依存するタイヤ特性を表わす特性曲線になる。これにより、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９は、路面摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成されている。
【００９９】
また、この第１の実施形態では、トルク勾配特性マップの特性曲線（図１２）及びμ勾配特性マップの特性曲線（図１７）において、グリップ特性パラメータ（トルク勾配、μ勾配）は、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値から増大するときに増大する関数になる。クリティカルレシオ値は、トルク勾配が零又はμ勾配が零になる値に相当する。そして、トルク勾配特性マップの特性曲線（図１２）及びμ勾配特性マップの特性曲線（図１７）では、クリティカルレシオ値よりも大の大レシオ領域において、セルフアライニングトルクとスリップ度との比が増大すると、セルフアライニングトルクとスリップ度との比の増加に対するグリップ特性パラメータの増加の割合が増加するようにグリップ特性パラメータが非線形に増大している。また、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しいとき、グリップ特性パラメータは、クリティカルパラメータ値に等しく、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値から減少すると、前記グリップ特性パラメータは、クリティカルパラメータ値から減少し、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値から増大すると、グリップ特性パラメータは、クリティカルパラメータ値から増大する。
【０１００】
また、この第１の実施形態では、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０は、制御部を実現している。すなわち、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０による飽和領域の制御は、グリップ特性パラメータ（μ勾配）がクリティカルパラメータ値以下（μ勾配＜０）のクリティカル領域（飽和領域）において、グリップ特性パラメータ（μ勾配）をクリティカルパラメータ値より増大させるグリップリカバリー制御を実現している。また、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０による注意領域の制御は、グリップ特性パラメータ（μ勾配）が所定のクリティカルレパラメータ値より大きい（μ勾配＞０）がクリティカルパラメータ値より大の所定の第１パラメータ閾値（トルク勾配＜０のときのμ勾配相当値）より小のマージナル領域（注意領域）において、グリップ特性パラメータ（μ勾配）をクリティカルパラメータ値に向かって減少することを防止するグリップ低下予防制御を実現している。
【０１０１】
また、この第１の実施形態では、輪荷重変化量演算部４７は、前記車輪の輪荷重を求める輪荷重検出部を実現している。また、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９における輪荷重変化量に基づく特性マップの補正は、前記輪荷重検出部が求めた輪荷重を基に、入力と出力の関係を補正する補正部の機能により実現している。
また、この第１の実施形態では、トルク勾配特性マップの特性曲線（図１２）及びμ勾配特性マップの特性曲線（図１７）は、セルフアライニングトルクとスリップ度との比を表す第１軸とグリップ特性パラメータを表す第２軸とを有する平面座標系におけるグリップ特性曲線であり、グリップ特性曲線は、第１軸とクロスオーバ点で交差し、該クロスオーバ点では、セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しく、かつグリップ特性パラメータがクリティカルパラメータ値に等しく、グリップ特性曲線は、クロスオーバ点からエンド点まで伸び、エンド点では、グリップ特性パラメータが最大パラメータ値に等しい。そして、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９における輪荷重変化量に基づく特性マップの補正は、車輪荷重の変化に応じて、エンド点を第１軸と第２軸の交点である原点を通る直線上で移動させることを実現している。又は、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９における輪荷重変化量に基づく特性マップの補正は、クリティカルレシオ値より大きい領域において、互いに交差することなく互いに沿って曲線状に伸びる曲線族を形成するように、輪荷重に応じてグリップ特性曲線を修正することを実現している。さらに、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９における輪荷重変化量に基づく特性マップの補正は、車輪荷重の増大に応じて、エンド点を第１軸と第２軸との交点である原点を通る直線上で原点から離れる方向に移動させ、クロスオーバ点を第１軸上で原点から離れる方向に移動させるように関数関係を補正することを実現している。ここで、トルク勾配特性マップの特性曲線（図１２）及びμ勾配特性マップの特性曲線（図１７）でトルク勾配やμ勾配が零となる座標が、クロスオーバ点に相当する。また、トルク勾配特性マップの特性曲線（図１２）及びμ勾配特性マップの特性曲線（図１７）でトルク勾配やμ勾配が最大となる座標が、エンド点に相当する。
【０１０２】
（第１の実施形態における効果）
（１）入力部が、接地面において車輪のセルフアライニングトルクと車輪のスリップ度との比である入力を設定している。また、出力部が、入力部で設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決めている。よって、車輪のセルフアライニングトルクと車輪のスリップ度がわかれば、その比を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータを取得できる。
これにより、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータを基に、タイヤ摩擦状態、グリップ状態を適切に推定できる。そして、車輪のグリップ力が限界領域にあるときにも、タイヤ摩擦状態をより適切に推定できるため、タイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１０３】
よって、実際の横加速度やヨーレイトを基にタイヤ摩擦状態を推定する方法（従来方法）と異なり、車両挙動の急変時にも、タイヤ摩擦状態を適切に推定できる。また、従来方法では、凍結路面等で発生する車両挙動変化の速度が遅いスロースピンや４輪ドリフト状態となった場合、横加速やヨーレイトの値が小さいため、ノイズの影響を受けてしまい、横加速度やヨーレイトの検出値自体の精度が悪化して、タイヤ摩擦状態の推定精度が悪かった。これに対して、本実施形態では、車両挙動変化の速度が遅い場合でも、横加速度やヨーレイトと比較して値が大きいスリップ度（例えばスリップ角）を利用して推定できるため、タイヤ摩擦状態を適切に推定できる。
【０１０４】
（２）グリップ特性パラメータを、スリップ度の変化量に対する車輪に作用する車輪力の変化率（μ勾配）にしている。これは、セルフアライニングトルクと車輪力（例えば横力）とスリップ度（例えばスリップ角）とが、同じように路面μの影響を受けることを利用したもので、セルフアライニングトルクとスリップ度との比から、スリップ度の変化量に対する車輪に作用する車輪力の変化率を得ている。すなわち、セルフアライニングトルクとスリップ度との比から多くの情報を得ることを実現している。これにより、例えば、車輪力センサ等の検出手段で車輪力を得ることができなくても、スリップ度の変化量に対する車輪に作用する車輪力の変化率を得ることができる。
【０１０５】
（３）グリップ特性パラメータを、スリップ度の変化量に対するセルフアライニングトルクの変化率（トルク勾配）にしている。これにより、スリップ度の変化量に対するセルフアライニングトルクの変化率（トルク勾配）を基に、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度をより適切に推定できる。
（４）出力部が、グリップ特性パラメータとして、スリップ度の変化量に対する車輪力の変化率（μ勾配）、及びスリップ度の変化量に対するセルフアライニングトルクの変化率（トルク勾配）を出力している。すなわち、セルフアライニングトルクとスリップ度との比から、スリップ度の変化量に対するセルフアライニングトルクの変化率（トルク勾配）を得て、さらには、スリップ度の変化量に対する車輪力の変化率（μ勾配）を得ている。これにより、セルフアライニングトルクとスリップ度との比から得た複数のパラメータ（トルク勾配、μ勾配）を用いることで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１０６】
（５）スリップ度を、車輪のスリップ角としている。ここで、車輪のスリップ角の情報は、通常、車両において容易に取得できる情報である。これにより、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を容易に推定できる。
（６）出力部を、入力により表される入力変数と出力により表される出力変数との間の所定の非線形の関係に応じて、セルフアライニングトルクとスリップ度との比からグリップ特性パラメータを決めるように構成している。そして、入力変数と出力変数との間の所定の非線形関係を、特性曲線又は数式の形としている。このように出力部を簡単な構成にすることで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１０７】
（７）グリップ特性パラメータを、車輪のグリップ状態を表わす変数としている。そして、出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからグリップ特性パラメータを決めるように構成している。このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１０８】
（８）グリップ特性パラメータが、スリップ度に対する車輪力のタイヤ特性曲線の勾配、スリップ度に対するセルフアライニングトルクのタイヤ特性曲線の勾配、又はこれら２つの勾配を表している。そして、出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成している。このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１０９】
（９）スリップ度に対する車輪力のタイヤ特性曲線又はスリップ度に対するセルフアライニングトルクのタイヤ特性曲線が、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。また、グリップ特性パラメータが、高摩擦タイヤ特性曲線及び低摩擦タイヤ特性曲線うちの少なくとも一つの勾配を表している。そして、入力部が、セルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値からセルフアライニングトルクとスリップ度との比の現在値を求めている。また、出力部を、入力部で求めたセルフアライニングトルクとスリップ度との比の現在値からグリップ特性パラメータの現在値を決定し、セルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値に対応する高摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値とセルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値に対応する低摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値とが同じでグリップ特性パラメータの現在値に等しいと設定するよう構成している。すなわち、タイヤ特性曲線が、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含む、といった地面の摩擦係数を必要としない構成を実現している。加えて、タイヤ特性曲線が、セルフアライニングトルクの現在値及びスリップ度の現在値を基に、グリップ特性パラメータの現在値を得る構成を実現している。これにより、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１１０】
（１０）タイヤ特性曲線が、路面摩擦係数に依存するタイヤ特性を表わす特性曲線になっている。そして、出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成している。このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１１１】
（１１）グリップ特性パラメータを、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値から増大するとき増大する関数としている。このようにグリップ特性パラメータを関数として表現したことで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
（１２）クリティカルレシオ値よりも大の大レシオ領域において、セルフアライニングトルクとスリップ度との比が増大すると、セルフアライニングトルクとスリップ度との比の増加に対するグリップ特性パラメータの増加の割合が増加するようにグリップ特性パラメータが非線形に増大している。このようにグリップ特性パラメータを所定の特性を有するものして表現したことで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１１２】
（１３）セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しいとき、グリップ特性パラメータが、クリティカルパラメータ値に等しくなる。また、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値より下に減少すると、グリップ特性パラメータが、クリティカルパラメータ値より下に減少する。そして、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値より上に増大すると、グリップ特性パラメータが、クリティカルパラメータ値より上に増大する。このようにグリップ特性パラメータを所定の特性でより明確化したことで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
【０１１３】
（１４）制御部が、グリップ特性パラメータがクリティカルパラメータ値以下のクリティカル領域においては、グリップ特性パラメータをクリティカルパラメータ値より増大させるグリップリカバリー制御を行っている。さらに、制御部が、グリップ特性パラメータが所定のクリティカルレパラメータ値より大きいがクリティカルパラメータ値より大の所定の第１パラメータ閾値より小のマージナル領域においては、グリップ特性パラメータをクリティカルパラメータ値に向かって減少することを防止するグリップ低下予防制御を行っている。これにより、グリップリカバリー制御では、運転者にステアリングホイールの切り戻しを促す等して、グリップ力を確保することができる。さらに、グリップ低下予防制御では、運転者によるステアリングホイールの切り増し過ぎを防止し、グリップ力の低下を防止することができる。
【０１１４】
（１５）車両接地面摩擦状態推定装置を少なくとも２つ備え、その２つの装置を車両の右輪と左輪とに備えている。これにより、左右輪のグリップ特性の違いを検出することができるようになる。
（１６）右輪についてのグリップ特性パラメータと左輪についてのグリップ特性パラメータとを比較して、地面の路面状態の左右差を検出している。これにより、路面状態の左右差として、例えば、路面μの差分、すなわちスプリットμ状態を検出できる。
【０１１５】
（１７）輪荷重検出部が、車輪の輪荷重を求め、補正部が、輪荷重検出部が求めた輪荷重を基に、入力と出力の関係（トルク勾配特性マップ、μ勾配特性マップ）を補正している。これにより、輪荷重に影響されず、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。
（１８）入力と出力の関係が、セルフアライニングトルクとスリップ度との比を表す第１軸とグリップ特性パラメータを表す第２軸とを有する平面座標系におけるグリップ特性曲線として表わせる関数関係になっている。また、グリップ特性曲線が、第１軸とクロスオーバ点で交差し、該クロスオーバ点では、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しく、かつグリップ特性パラメータがクリティカルパラメータ値に等しくなっている。さらに、グリップ特性曲線が、クロスオーバ点からエンド点まで伸び、エンド点では、グリップ特性パラメータが最大パラメータ値に等しくなっている。そして、補正部が、車輪荷重の変化に応じて、エンド点を第１軸と第２軸の交点である原点を通る直線上で移動させている。すなわち、グリップ特性曲線が輪荷重に応じて変化するときの特性（相似形状で変化するような特性）を利用し、補正している。これにより、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。
【０１１６】
（１９）クリティカルレシオ値より大きい領域において、互いに交差することなく互いに沿って曲線状に伸びる曲線族を形成するように補正部が輪荷重に応じてグリップ特性曲線を修正している。すなわち、グリップ特性曲線が輪荷重に応じて変化するときの特性（相似形状で変化するような特性）を利用し、補正している。これにより、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。
【０１１７】
（２０）補正部が、車輪荷重の増大に応じて、エンド点を第１軸と第２軸との交点である原点を通る直線上で原点から離れる方向に移動させ、クロスオーバ点を第１軸上で原点から離れる方向に移動させるように関数関係を補正している。すなわち、グリップ特性曲線が輪荷重に応じて変化するときの特性（相似形状で変化するような特性）を利用し、補正している。これにより、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。
【０１１８】
（２１）操舵角検出手段が操舵角を検出している。また、操舵トルク検出手段が、運転者が操舵するときの操舵トルクを検出している。そして、セルフアライニングトルク算出手段が、操舵角検出手段が検出した操舵角及び操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクを基に、セルフアライニングトルクを算出している。これにより、簡単にセルフアライニングトルクを得ることができる。
【０１１９】
（第２の実施形態）
（構成）
第２の実施形態では、車体走行状態推定装置２８が前後輪のμ勾配を基に、車両挙動を特定し、その特定した車両挙動に応じてアシスト制御している。
図２９は、第２の実施形態における車体走行状態推定装置２８の構成を示す。図２９に示すように、車体走行状態推定装置２８は、スタビリティファクタ演算部６１及び車両挙動推定部６２を備える。また、第２の実施形態では、前後輪それぞれについてμ勾配を検出する構成を備えている。具体的には、タイヤスリップ角演算部４３、セルフアライニングトルク演算部４５、セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部４６、トルク勾配演算部４８及びμ勾配演算部４９に相当する構成（車両接地面摩擦状態推定装置相当の構成）を、車両の前輪と後輪とに対応させて備えている。
【０１２０】
図３０は、スタビリティファクタ演算部６１及び車両挙動推定部６２による処理手順を示す。この処理手順に沿って、スタビリティファクタ演算部６１及び車両挙動推定部６２における処理内容を説明する。
図３０に示すように、先ずステップＳ３１において、スタビリティファクタ演算部６１は、スタティックマージンＳＭを算出する。具体的には、スタビリティファクタ演算部６１は、前後輪のμ勾配演算部４９が算出（推定）した前後輪のμ勾配Ｋｆ，Ｋｒを基に、下記（９）式に従ってスタティックマージンＳＭを算出する。
【０１２１】
【数９】
【０１２２】
スタティックマージンＳＭは、ドリフトアウトやスピンの発生し易さを示す値となる。又は、スタティックマージンＳＭは、タイヤ横力の飽和状態を示す値となる。例えば、スタティックマージンＳＭは、前輪３１ＦＬ，３１ＦＲのグリップ状態が限界に達し（タイヤ横力が飽和し）、前輪のμ勾配Ｋｆが零又は負値になると、小さくなる。つまり、前輪でスリップ角が大きくなっても横力が増大しない状態（横力が飽和した状態）になり、ドリフトアウトが発生し易い状態となると、スタティックマージンＳＭは小さくなる。スタビリティファクタ演算部６１は、このような特性を有するスタティックマージンＳＭを車両挙動推定部６２に出力する。
【０１２３】
続いてステップＳ３２以降で、車両挙動推定部６２は、スタビリティファクタ演算部６１が算出したスタティックマージンＳＭを基に、旋回特性がアンダーステア傾向、オーバステア傾向及びニュートラルステア傾向の何れかであるかを判定する。具体的には、先ずステップＳ３２において、車両挙動推定部６２は、スタティックマージンＳＭが零か否かを判定する。ここで、車両挙動推定部６２は、スタティックマージンＳＭが零の場合（ＳＭ＝０）、ステップＳ３３に進む。また、車両挙動推定部６２は、スタティックマージンＳＭが零でない場合（ＳＭ≠０）、ステップＳ３４に進む。なお、スタティックマージンＳＭが零を含む所定の範囲内にある場合に、スタティックマージンＳＭが零であると判定することもできる。
【０１２４】
ステップＳ３４では、スタティックマージンＳＭが正値か否かを判定する。ここで、車両挙動推定部６２は、スタティックマージンＳＭが正値の場合（ＳＭ＞０）、ステップＳ３５に進む。また、車両挙動推定部６２は、そうでない場合（ＳＭ＜０）、ステップＳ３６に進む。
ステップＳ３３では、車両挙動推定部６２は、車両の旋回特性がニュートラルステア傾向にあると判定する。また、ステップＳ３５では、車両挙動推定部６２は、車両の旋回特性がアンダーステア傾向にあると判定する。さらに、ステップＳ３６では、車両挙動推定部６２は、車両の旋回特性がオーバステア傾向にあると判定する。車両挙動推定部６２は、その判定結果を、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０に出力する。
【０１２５】
不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０は、車両挙動推定部６２から入力される判定結果を基に、不安定挙動抑制アシスト指令をＥＰＳＥＣＵ２６に出力する。具体的には、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０は、車両挙動推定部６２がアンダーステア傾向にあると判定している場合（ＳＭ＞０）、不安定挙動抑制アシスト指令をＥＰＳＥＣＵ２６に出力する。ここで出力する不安定挙動抑制アシスト指令は、ＥＰＳモータ２７の出力を低減させるための指令信号である。これにより、アンダーステア傾向にあり、ドリフトアウトが発生し易いとき、ＥＰＳモータ２７による操舵力アシストトルクを低減している。
【０１２６】
また、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部５０は、車両挙動推定部６２がオーバステア傾向にあると判定している場合（ＳＭ＜０）、不安定挙動抑制アシスト指令をＥＰＳＥＣＵ２６に出力する。ここで出力する安定挙動抑制アシスト指令は、ＥＰＳモータ２７の出力を低減させないようにしている。すなわち、操舵力アシストトルクの低減を抑制している。４輪ドリフト状態やスピン挙動が発生した場合には素早くカウンタステア（復帰操舵）を当てる必要がある。このため、単に前輪のグリップ低下に合わせてアシスト量を減らす制御だけでは、カウンタステアを当てにくくなる。このようなことから、操舵力アシストトルクを低減しないことで、オーバステア傾向にあり、スピンが発生し易い状況下で、素早いカウンタステアを当てることができ、車両挙動を安定化させることができる。
【０１２７】
そして、前記第１の実施形態のように、μ勾配及びトルク勾配を基に、注意領域（トルク勾配＜０かつμ勾配≧０）及び飽和領域（トルク勾配＜０かつμ勾配＜０）を特定して、その領域に対応させて安定挙動抑制アシスト指令を出力することもできる。これにより、注意領域及び飽和領域に対応させて、ドリフトアウトを防止したり、スピンの発生を防止したりすることもできる。
【０１２８】
（第２の実施形態における効果）
（１）車両接地面摩擦状態推定装置を少なくとも２つ備え、その２つの装置を車両の前輪と後輪とにそれぞれ備えている。これにより、前後輪のグリップ特性の違いを検出することができるようになる。
（２）前輪についてのグリップ特性パラメータと後輪についてのグリップ特性パラメータとを比較して、車両特性の変動を推定している。これにより、車両特性の変動として、例えば、オーバステア傾向やアンダーステア傾向を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】前提となる技術を説明するために使用した図であり、車輪のスリップ角βｔと車輪の横力Ｆｙとの間に成立するタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）を示す特性図である。
【図２】前提となる技術を説明するために使用した図であり、各路面μのタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）及び摩擦円を示す特性図である。
【図３】前提となる技術を説明するために使用した図であり、各路面μのタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）について、該タイヤの特性曲線の原点を通る直線との交点での接線の傾きを示す特性図である。
【図４】前提となる技術を説明するために使用した図であり、各路面μのタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）について、該タイヤの特性曲線の原点を通る直線との交点での接線の傾きを示す他の特性図である。
【図５】前提となる技術を説明するために使用した図であり、任意の直線とタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）との交点を示す横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）と、該交点でのタイヤの特性曲線上の接線の傾き（μ勾配）との関係（μ勾配特性マップ）を示す特性図である。
【図６】前提となる技術を説明するために使用した図であり、横力Ｆｙ及びスリップ角βｔから、タイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）上の接線の傾きを得る手順の説明に使用した図である。
【図７】前提となる技術を説明するために使用した図であり、特性曲線（μ勾配特性マップ）、タイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）及び摩擦円の関係を示す図である。
【図８】前提となる技術を説明するために使用した図であり、輪荷重を変化させたときの横力Ｆｙとスリップ角βｔとの比（Ｆｙ／βｔ）とタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）上の接線の傾きとの関係を示す特性図である。
【図９】前提となる技術を説明するために使用した図であり、車輪のスリップ角βｔと車輪のセルフアライニングトルクＭｚとの間に成立するタイヤの特性曲線（Ｍｚ−βｔ特性曲線）を示す特性図である。
【図１０】前提となる技術を説明するために使用した図であり、各路面μのタイヤの特性曲線（Ｍｚ−βｔ特性曲線）について、該タイヤの特性曲線の原点を通る直線との交点での接線の傾きを示す特性図である。
【図１１】前提となる技術を説明するために使用した図であり、各路面μのタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）について、該タイヤの特性曲線の原点を通る直線との交点での接線の傾きを示す他の特性図である。
【図１２】前提となる技術を説明するために使用した図であり、任意の直線とタイヤの特性曲線（Ｍｚ−βｔ特性曲線）との交点を示すセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）と、該交点でのタイヤの特性曲線上の接線の傾き（トルク勾配）との関係（トルク勾配特性マップ）を示す特性図である。
【図１３】前提となる技術を説明するために使用した図であり、セルフアライニングトルクＭｚ及びスリップ角βｔから、タイヤの特性曲線（Ｍｚ−βｔ特性曲線）上の接線の傾きを得る手順の説明に使用した図である。
【図１４】前提となる技術を説明するために使用した図であり、輪荷重を変化させたときのセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線（Ｍｚ−βｔ特性曲線）上の接線の傾きとの関係を示す特性図である。
【図１５】前提となる技術を説明するために使用した図であり、スリップ角βｔに対する、横力ＦｙとセルフアライニングトルクＭｚとの関係を示す特性図である。
【図１６】前提となる技術を説明するために使用した図であり、図１５に示す関係を各種路面μについて示す特性図である。
【図１７】前提となる技術を説明するために使用した図であり、セルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）と、タイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）上の接線の傾き（μ勾配）との関係（μ勾配特性マップ）を示す特性図である。
【図１８】前提となる技術を説明するために使用した図であり、輪荷重を変化させたときのセルフアライニングトルクＭｚとスリップ角βｔとの比（Ｍｚ／βｔ）とタイヤの特性曲線（Ｆｙ−βｔ特性曲線）上の接線の傾きとの関係を示す特性図である。
【図１９】本発明の第１の実施形態である車両の概略構成を示す図である。
【図２０】車両走行状態推定装置の内部構成を示すブロック図である。
【図２１】車体スリップ角推定部の内部構成を示すブロック図である。
【図２２】旋回中の車体に働く場の力を説明するために使用した図である。
【図２３】旋回中の車体に働く場の力を説明するために使用した図である。
【図２４】補償ゲインを設定するための制御マップを説明するために使用した特性図である。
【図２５】車両の線形２輪モデルを説明するために使用した図である。
【図２６】不安定挙動抑制アシスト指令値演算部の処理手順を示すフローチャートであえる。
【図２７】車体走行状態推定装置での演算処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２８】安全領域（トルク勾配≧０かつμ勾配≧０）、注意領域（トルク勾配＜０かつμ勾配≧０）及び飽和領域（トルク勾配＜０かつμ勾配＜０）での制御の説明に使用した図である。
【図２９】第２の実施形態における車両走行状態推定装置の内部構成を示すブロック図である。
【図３０】第２の実施形態における車両走行状態推定装置の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３０】
２１ 操舵角センサ、２２ ヨーレイトセンサ、２３ 横加速度センサ、２４ 前後加速度センサ、２５ 車輪速センサ、２６ ＥＰＳＣＰＵ、２７ ＥＰＳモータ、２８ 車体走行状態推定装置（車両接地面摩擦状態推定装置）、２９ ステアリングホイール、３０ ステアリングシャフト、３１ＦＬ〜３１ＲＲ 車輪、３２ ピニオン、３３ ラック、３４ タイロッド、３５ 操舵トルクセンサ、３６ ブレーキＥＣＵ、４１ 車体速度演算部、４２ 車体スリップ角推定部、４３ タイヤスリップ角演算部、４４ ＥＰＳアシストトルク演算部、４５ セルフアライニングトルク演算部、４６ セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部、４７ 輪荷重変化量演算部、４８ トルク勾配演算部、４９ μ勾配演算部、５０ 不安定挙動抑制アシスト指令値演算部、６１ スタビリティファクタ演算部、６２ 車両挙動推定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の車輪の接地面グリップ特性を推定するための車両接地面摩擦状態推定装置において、
接地面において前記車輪のステアリングを中立位置に戻すトルクであるセルフアライニングトルクと前記車輪のスリップ度との比である入力を設定する入力部と、
前記入力部で設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力部と、
を備えることを特徴とする車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項２】
前記グリップ特性パラメータは、前記スリップ度の変化量に対する車輪に作用する車輪力の変化率であることを特徴とする請求項１に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項３】
前記グリップ特性パラメータは、前記スリップ度の変化量に対する前記セルフアライニングトルクの変化率であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項４】
前記出力部は、前記グリップ特性パラメータとして、前記スリップ度の変化量に対する車輪力の変化率、及び前記スリップ度の変化量に対する前記セルフアライニングトルクの変化率を出力することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項５】
前記スリップ度は、車輪のスリップ角であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項６】
前記出力部は、前記入力により表される入力変数と前記出力により表される出力変数との間の所定の非線形の関係に応じて、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比から前記グリップ特性パラメータを決めるように構成されていて、前記入力変数と出力変数との間の所定の非線形関係は、特性曲線又は数式の形であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項７】
前記グリップ特性パラメータは、車輪のグリップ状態を表わす変数であり、前記出力部は、地面の摩擦係数を用いずに、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比だけから前記グリップ特性パラメータを決めるように構成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項８】
前記グリップ特性パラメータは、前記スリップ度に対する車輪力のタイヤ特性曲線の勾配、前記スリップ度に対する前記セルフアライニングトルクのタイヤ特性曲線の勾配、又はこれら２つの勾配を表し、前記出力部は、地面の摩擦係数を用いずに、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比だけから前記タイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項９】
前記スリップ度に対する車輪力のタイヤ特性曲線又は前記スリップ度に対する前記セルフアライニングトルクのタイヤ特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含み、前記グリップ特性パラメータは、前記高摩擦タイヤ特性曲線及び低摩擦タイヤ特性曲線うちの少なくとも一つの勾配を表し、前記入力部は、前記セルフアライニングトルクの現在値と前記スリップ度の現在値から前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比の現在値を求め、前記出力部は、前記入力部で求めた前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比の現在値から前記グリップ特性パラメータの現在値を決定し、かつ前記セルフアライニングトルクの現在値と前記スリップ度の現在値に対応する前記高摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値と前記セルフアライニングトルクの現在値と前記スリップ度の現在値に対応する前記低摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値とが同じで前記グリップ特性パラメータの現在値に等しいと設定するよう構成されていることを特徴とする請求項８に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１０】
前記タイヤ特性曲線は、路面摩擦係数に依存するタイヤ特性を表わす特性曲線であり、前記出力部は、地面の摩擦係数を用いずに、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比だけから前記タイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１１】
前記グリップ特性パラメータは、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比がクリティカルレシオ値から増大するときに増大する関数であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１２】
前記クリティカルレシオ値よりも大の大レシオ領域において、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比が増大すると、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比の増加に対するグリップ特性パラメータの増加の割合が増加するように前記グリップ特性パラメータが非線形に増大することを特徴とする請求項１１に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１３】
前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比が前記クリティカルレシオ値に等しいとき、前記グリップ特性パラメータは、クリティカルパラメータ値に等しく、前記セルフアライニングトルクとスリップ度との比が前記クリティカルレシオ値から減少すると、前記グリップ特性パラメータは、前記クリティカルパラメータ値から減少し、前記セルフアライニングトルクとスリップ度との比が前記クリティカルレシオ値から増大すると、前記グリップ特性パラメータは、前記クリティカルパラメータ値から増大することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１４】
前記グリップ特性パラメータが前記クリティカルパラメータ値以下のクリティカル領域においては、前記グリップ特性パラメータを前記クリティカルパラメータ値より増大させるグリップリカバリー制御を行い、前記グリップ特性パラメータが前記所定のクリティカルレパラメータ値より大きいが前記クリティカルパラメータ値より大の所定の第１パラメータ閾値より小のマージナル領域においては、前記グリップ特性パラメータを前記クリティカルパラメータ値に向かって減少することを防止するグリップ低下予防制御を行う制御部を備えることを特徴とする請求項１３に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れかに記載の装置を少なくとも２つ備え、その２つの装置を車両の右輪と左輪とに備えることを特徴とする車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１６】
請求項１〜１４の何れかに記載の装置を少なくとも２つ備え、その２つの装置を車両の前輪と後輪とにそれぞれ備えることを特徴とする車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１７】
前記右輪についての前記グリップ特性パラメータと前記左輪についての前記グリップ特性パラメータとを比較して、地面の路面状態の左右差を検出することを特徴とする請求項１５に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１８】
前記前輪についての前記グリップ特性パラメータと前記後輪についての前記グリップ特性パラメータとを比較して、車両特性の変動を推定することを特徴とする請求項１６に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１９】
前記車輪の輪荷重を求める輪荷重検出部と、前記輪荷重検出部が求めた輪荷重を基に、前記入力と前記出力の関係を補正する補正部と、を備えることを特徴とする請求項１〜１８の何れか１項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項２０】
前記入力と出力の関係は、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比を表す第１軸と前記グリップ特性パラメータを表す第２軸とを有する平面座標系におけるグリップ特性曲線として表わせる関数関係であり、前記グリップ特性曲線は、前記第１軸とクロスオーバ点で交差し、該クロスオーバ点では、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しく、かつ前記グリップ特性パラメータがクリティカルパラメータ値に等しく、前記グリップ特性曲線は、クロスオーバ点からエンド点まで伸び、前記エンド点では、前記グリップ特性パラメータが最大パラメータ値に等しく、前記補正部は、車輪荷重の変化に応じて、前記エンド点を第１軸と第２軸の交点である原点を通る直線上で移動させることを特徴とする請求項１９に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項２１】
前記補正部は、前記クリティカルレシオ値より大きい領域において、互いに交差することなく互いに沿って曲線状に伸びる曲線族を形成するように、輪荷重に応じてグリップ特性曲線を修正することを特徴とする請求項２０に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項２２】
前記補正部は、車輪荷重の増大に応じて、前記エンド点を前記第１軸と前記第２軸との交点である原点を通る直線上で原点から離れる方向に移動させ、前記クロスオーバ点を前記第１軸上で原点から離れる方向に移動させるように関数関係を補正することを特徴とする請求項２０又は２１に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項２３】
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
運転者が操舵するときの操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記操舵角検出手段が検出した操舵角及び前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクを基に、前記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、
を備えることを特徴とする請求項１〜２２の何れか１項に記載の車両設置面摩擦状態推定装置。
【請求項２４】
車両の車輪の接地面グリップ特性を推定するための車両接地面摩擦状態推定方法において、
接地面において前記車輪のセルフアライニングトルクと前記車輪のスリップ度との比である入力を設定する入力ステップと、
前記入力ステップで設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力ステップと、
を有することを特徴とする車両接地面摩擦状態推定方法。
【請求項１】
車両の車輪の接地面グリップ特性を推定するための車両接地面摩擦状態推定装置において、
接地面において前記車輪のステアリングを中立位置に戻すトルクであるセルフアライニングトルクと前記車輪のスリップ度との比である入力を設定する入力部と、
前記入力部で設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力部と、
を備えることを特徴とする車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項２】
前記グリップ特性パラメータは、前記スリップ度の変化量に対する車輪に作用する車輪力の変化率であることを特徴とする請求項１に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項３】
前記グリップ特性パラメータは、前記スリップ度の変化量に対する前記セルフアライニングトルクの変化率であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項４】
前記出力部は、前記グリップ特性パラメータとして、前記スリップ度の変化量に対する車輪力の変化率、及び前記スリップ度の変化量に対する前記セルフアライニングトルクの変化率を出力することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項５】
前記スリップ度は、車輪のスリップ角であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項６】
前記出力部は、前記入力により表される入力変数と前記出力により表される出力変数との間の所定の非線形の関係に応じて、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比から前記グリップ特性パラメータを決めるように構成されていて、前記入力変数と出力変数との間の所定の非線形関係は、特性曲線又は数式の形であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項７】
前記グリップ特性パラメータは、車輪のグリップ状態を表わす変数であり、前記出力部は、地面の摩擦係数を用いずに、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比だけから前記グリップ特性パラメータを決めるように構成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項８】
前記グリップ特性パラメータは、前記スリップ度に対する車輪力のタイヤ特性曲線の勾配、前記スリップ度に対する前記セルフアライニングトルクのタイヤ特性曲線の勾配、又はこれら２つの勾配を表し、前記出力部は、地面の摩擦係数を用いずに、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比だけから前記タイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項９】
前記スリップ度に対する車輪力のタイヤ特性曲線又は前記スリップ度に対する前記セルフアライニングトルクのタイヤ特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含み、前記グリップ特性パラメータは、前記高摩擦タイヤ特性曲線及び低摩擦タイヤ特性曲線うちの少なくとも一つの勾配を表し、前記入力部は、前記セルフアライニングトルクの現在値と前記スリップ度の現在値から前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比の現在値を求め、前記出力部は、前記入力部で求めた前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比の現在値から前記グリップ特性パラメータの現在値を決定し、かつ前記セルフアライニングトルクの現在値と前記スリップ度の現在値に対応する前記高摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値と前記セルフアライニングトルクの現在値と前記スリップ度の現在値に対応する前記低摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値とが同じで前記グリップ特性パラメータの現在値に等しいと設定するよう構成されていることを特徴とする請求項８に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１０】
前記タイヤ特性曲線は、路面摩擦係数に依存するタイヤ特性を表わす特性曲線であり、前記出力部は、地面の摩擦係数を用いずに、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比だけから前記タイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１１】
前記グリップ特性パラメータは、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比がクリティカルレシオ値から増大するときに増大する関数であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１２】
前記クリティカルレシオ値よりも大の大レシオ領域において、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比が増大すると、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比の増加に対するグリップ特性パラメータの増加の割合が増加するように前記グリップ特性パラメータが非線形に増大することを特徴とする請求項１１に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１３】
前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比が前記クリティカルレシオ値に等しいとき、前記グリップ特性パラメータは、クリティカルパラメータ値に等しく、前記セルフアライニングトルクとスリップ度との比が前記クリティカルレシオ値から減少すると、前記グリップ特性パラメータは、前記クリティカルパラメータ値から減少し、前記セルフアライニングトルクとスリップ度との比が前記クリティカルレシオ値から増大すると、前記グリップ特性パラメータは、前記クリティカルパラメータ値から増大することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１４】
前記グリップ特性パラメータが前記クリティカルパラメータ値以下のクリティカル領域においては、前記グリップ特性パラメータを前記クリティカルパラメータ値より増大させるグリップリカバリー制御を行い、前記グリップ特性パラメータが前記所定のクリティカルレパラメータ値より大きいが前記クリティカルパラメータ値より大の所定の第１パラメータ閾値より小のマージナル領域においては、前記グリップ特性パラメータを前記クリティカルパラメータ値に向かって減少することを防止するグリップ低下予防制御を行う制御部を備えることを特徴とする請求項１３に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れかに記載の装置を少なくとも２つ備え、その２つの装置を車両の右輪と左輪とに備えることを特徴とする車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１６】
請求項１〜１４の何れかに記載の装置を少なくとも２つ備え、その２つの装置を車両の前輪と後輪とにそれぞれ備えることを特徴とする車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１７】
前記右輪についての前記グリップ特性パラメータと前記左輪についての前記グリップ特性パラメータとを比較して、地面の路面状態の左右差を検出することを特徴とする請求項１５に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１８】
前記前輪についての前記グリップ特性パラメータと前記後輪についての前記グリップ特性パラメータとを比較して、車両特性の変動を推定することを特徴とする請求項１６に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項１９】
前記車輪の輪荷重を求める輪荷重検出部と、前記輪荷重検出部が求めた輪荷重を基に、前記入力と前記出力の関係を補正する補正部と、を備えることを特徴とする請求項１〜１８の何れか１項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項２０】
前記入力と出力の関係は、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比を表す第１軸と前記グリップ特性パラメータを表す第２軸とを有する平面座標系におけるグリップ特性曲線として表わせる関数関係であり、前記グリップ特性曲線は、前記第１軸とクロスオーバ点で交差し、該クロスオーバ点では、前記セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しく、かつ前記グリップ特性パラメータがクリティカルパラメータ値に等しく、前記グリップ特性曲線は、クロスオーバ点からエンド点まで伸び、前記エンド点では、前記グリップ特性パラメータが最大パラメータ値に等しく、前記補正部は、車輪荷重の変化に応じて、前記エンド点を第１軸と第２軸の交点である原点を通る直線上で移動させることを特徴とする請求項１９に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項２１】
前記補正部は、前記クリティカルレシオ値より大きい領域において、互いに交差することなく互いに沿って曲線状に伸びる曲線族を形成するように、輪荷重に応じてグリップ特性曲線を修正することを特徴とする請求項２０に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項２２】
前記補正部は、車輪荷重の増大に応じて、前記エンド点を前記第１軸と前記第２軸との交点である原点を通る直線上で原点から離れる方向に移動させ、前記クロスオーバ点を前記第１軸上で原点から離れる方向に移動させるように関数関係を補正することを特徴とする請求項２０又は２１に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
【請求項２３】
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
運転者が操舵するときの操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記操舵角検出手段が検出した操舵角及び前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクを基に、前記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、
を備えることを特徴とする請求項１〜２２の何れか１項に記載の車両設置面摩擦状態推定装置。
【請求項２４】
車両の車輪の接地面グリップ特性を推定するための車両接地面摩擦状態推定方法において、
接地面において前記車輪のセルフアライニングトルクと前記車輪のスリップ度との比である入力を設定する入力ステップと、
前記入力ステップで設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力ステップと、
を有することを特徴とする車両接地面摩擦状態推定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２０１０−１０５４７９（Ｐ２０１０−１０５４７９Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７８０３２（Ｐ２００８−２７８０３２）
【出願日】平成２０年１０月２９日（２００８．１０．２９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２９日（２００８．１０．２９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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