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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025099943
(43)【公開日】2025-07-03
(54)【発明の名称】路面摩擦係数推定方法及び路面摩擦係数推定装置
(51)【国際特許分類】
B60W 40/068 20120101AFI20250626BHJP
B62D 6/00 20060101ALI20250626BHJP
【ＦＩ】
B60W40/068
B62D6/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023216956
(22)【出願日】2023-12-22
(71)【出願人】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100114177
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 龍
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】丸山 永容
(72)【発明者】
【氏名】塩澤 裕樹
【テーマコード（参考）】
3D232
3D241
【Ｆターム（参考）】
3D232CC50
3D232DA03
3D232DA64
3D232DC33
3D232DC34
3D232DD02
3D232EA04
3D232EB11
3D232EC22
3D241BA49
3D241DA52Z
3D241DA58A
3D241DA58Z
3D241DC47A
(57)【要約】
【課題】車輪を操舵するモータの駆動電流に基づく路面摩擦係数の推定精度を向上する。
【解決手段】路面摩擦係数推定方法では、操舵輪を操舵する操舵モータの駆動電流の電流測定値を取得し（Ｓ２）、操舵輪を操舵する操舵機構における機械摩擦と、保舵状態の操舵輪に存在するタイヤねじれと、により発生する反力に相当する操舵トルクを発生するのに要する操舵モータの駆動電流をバイアス成分として推定し（Ｓ７、Ｓ１０）、電流測定値からバイアス成分を減算した差分に基づいて、路面の第１摩擦係数を推定する（Ｓ１１～Ｓ１３）。
【選択図】図１０
【解決手段】路面摩擦係数推定方法では、操舵輪を操舵する操舵モータの駆動電流の電流測定値を取得し（Ｓ２）、操舵輪を操舵する操舵機構における機械摩擦と、保舵状態の操舵輪に存在するタイヤねじれと、により発生する反力に相当する操舵トルクを発生するのに要する操舵モータの駆動電流をバイアス成分として推定し（Ｓ７、Ｓ１０）、電流測定値からバイアス成分を減算した差分に基づいて、路面の第１摩擦係数を推定する（Ｓ１１～Ｓ１３）。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
操舵輪を操舵する操舵モータの駆動電流の電流測定値を取得し、
前記操舵輪を操舵する操舵機構における機械摩擦と、保舵状態の前記操舵輪に存在するタイヤねじれと、により発生する反力に相当する操舵トルクを発生するのに要する前記操舵モータの駆動電流をバイアス成分として推定し、
前記電流測定値から前記バイアス成分を減算した差分に基づいて、路面の第１摩擦係数を推定する、
ことを特徴とする路面摩擦係数推定方法。
前記操舵輪を操舵する操舵機構における機械摩擦と、保舵状態の前記操舵輪に存在するタイヤねじれと、により発生する反力に相当する操舵トルクを発生するのに要する前記操舵モータの駆動電流をバイアス成分として推定し、
前記電流測定値から前記バイアス成分を減算した差分に基づいて、路面の第１摩擦係数を推定する、
ことを特徴とする路面摩擦係数推定方法。
【請求項2】
前記操舵輪の操舵角の操舵角測定値を取得し、
前記操舵角測定値と前記電流測定値とに基づいて前記バイアス成分を推定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の路面摩擦係数推定方法。
前記操舵角測定値と前記電流測定値とに基づいて前記バイアス成分を推定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の路面摩擦係数推定方法。
【請求項3】
前記操舵モータによる前記操舵輪の操舵中における前記電流測定値に基づいて前記タイヤねじれに起因する前記操舵輪のタイヤの残留モーメントの方向を推定することを特徴とする請求項２に記載の路面摩擦係数推定方法。
【請求項4】
前記操舵モータによる前記操舵輪の操舵の開始初期の前記電流測定値の正負に基づいて、前記残留モーメントの方向を推定する請求項３に記載の路面摩擦係数推定方法。
【請求項5】
前記残留モーメントの方向と前記操舵モータによる前記操舵輪の操舵方向とが同じ場合に、前記操舵モータによる前記操舵輪の操舵中に前記電流測定値が減少から増加に転ずる第１操舵角を検出するとともに、前記第１操舵角における前記電流測定値を第１電流値として検出し、
前記操舵モータにより前記第１操舵角から更に同じ方向に前記操舵輪を操舵した第２操舵角における前記電流測定値を第２電流値として検出し、
前記第１操舵角及び前記第１電流値と、前記第２操舵角及び前記第２電流値とに基づいて前記操舵輪の操舵角と前記操舵モータの駆動電流との間の近似直線を算出し、
前記近似直線の切片を前記バイアス成分と推定する、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の路面摩擦係数推定方法。
前記操舵モータにより前記第１操舵角から更に同じ方向に前記操舵輪を操舵した第２操舵角における前記電流測定値を第２電流値として検出し、
前記第１操舵角及び前記第１電流値と、前記第２操舵角及び前記第２電流値とに基づいて前記操舵輪の操舵角と前記操舵モータの駆動電流との間の近似直線を算出し、
前記近似直線の切片を前記バイアス成分と推定する、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の路面摩擦係数推定方法。
【請求項6】
前記残留モーメントの方向と前記操舵モータによる前記操舵輪の操舵方向とが異なる場合に、前記操舵モータにより前記操舵輪を一定の操舵角速度で操舵したときの前記電流測定値の一階時間微分値が最大となる第１操舵角を検出するとともに、前記第１操舵角における前記電流測定値を第１電流値として検出し、
前記操舵モータにより前記第１操舵角から更に同じ方向に前記操舵輪を操舵した第２操舵角における前記電流測定値を第２電流値として検出し、
前記第１操舵角及び前記第１電流値と、前記第２操舵角及び前記第２電流値とに基づいて前記操舵輪の操舵角と前記操舵モータの駆動電流との間の近似直線を算出し、
前記近似直線の切片を前記バイアス成分と推定する、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の路面摩擦係数推定方法。
前記操舵モータにより前記第１操舵角から更に同じ方向に前記操舵輪を操舵した第２操舵角における前記電流測定値を第２電流値として検出し、
前記第１操舵角及び前記第１電流値と、前記第２操舵角及び前記第２電流値とに基づいて前記操舵輪の操舵角と前記操舵モータの駆動電流との間の近似直線を算出し、
前記近似直線の切片を前記バイアス成分と推定する、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の路面摩擦係数推定方法。
【請求項7】
前記操舵輪を所定の操舵角まで操舵したときの前記差分の最大値に基づいて前記第１摩擦係数を推定することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の路面摩擦係数推定方法。
【請求項8】
予め取得した前記操舵モータの駆動電流の最大値と路面の摩擦係数との間の関係と前記差分の最大値とに基づいて前記第１摩擦係数を推定することを特徴とする請求項７に記載の路面摩擦係数推定方法。
【請求項9】
前記操舵モータの駆動電流の最大値と前記摩擦係数との間の関係を予め同定する際に前記操舵モータにより前記操舵輪を操舵する操舵角速度と、前記第１摩擦係数を推定する際の操舵角速度と、を一致させることを特徴とする請求項８に記載の路面摩擦係数推定方法。
【請求項10】
予め取得した所定操舵角における操舵角変化に対する前記操舵モータの駆動電流の変化率と路面の摩擦係数との間の関係と、前記電流測定値と、に基づいて第２摩擦係数を推定し、
前記第２摩擦係数のばらつき幅に基づいて前記第１摩擦係数の推定結果を制限する、
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の路面摩擦係数推定方法。
前記第２摩擦係数のばらつき幅に基づいて前記第１摩擦係数の推定結果を制限する、
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の路面摩擦係数推定方法。
【請求項11】
操舵輪を操舵する操舵モータの駆動電流の電流測定値を取得する処理と、
前記操舵輪を操舵する操舵機構における機械摩擦と、保舵状態の前記操舵輪に存在するタイヤねじれと、により発生する反力に相当する操舵トルクを発生するのに要する前記操舵モータの駆動電流をバイアス成分として推定する処理と、
前記電流測定値から前記バイアス成分を減算した差分に基づいて、路面の第１摩擦係数を推定する処理と、
を実行するコントローラを備えることを特徴とする路面摩擦係数推定装置。
前記操舵輪を操舵する操舵機構における機械摩擦と、保舵状態の前記操舵輪に存在するタイヤねじれと、により発生する反力に相当する操舵トルクを発生するのに要する前記操舵モータの駆動電流をバイアス成分として推定する処理と、
前記電流測定値から前記バイアス成分を減算した差分に基づいて、路面の第１摩擦係数を推定する処理と、
を実行するコントローラを備えることを特徴とする路面摩擦係数推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、路面摩擦係数推定方法及び路面摩擦係数推定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１に記載の路面摩擦係数推定装置は、車両の停車中にモータにより左右後輪を所定角だけ操舵する際のモータ駆動電流に基づいて、路面摩擦係数を推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平１０－２８８５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
操舵角が変化しない保舵状態のタイヤには、タイヤ捩れ等によるモーメントが残留していることがある。操舵輪を操舵するモータが操舵を開始すると、残留モーメントがモータの駆動電流に影響して路面摩擦係数の推定精度が低下する虞がある。
本発明は、車輪を操舵するモータの駆動電流に基づく路面摩擦係数の推定精度を向上することを目的とする。
本発明は、車輪を操舵するモータの駆動電流に基づく路面摩擦係数の推定精度を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様による路面摩擦係数推定方法では、操舵輪を操舵する操舵モータの駆動電流の電流測定値を取得し、操舵輪を操舵する操舵機構における機械摩擦と、保舵状態の操舵輪に存在するタイヤねじれと、により発生する反力に相当する操舵トルクを発生するのに要する操舵モータの駆動電流をバイアス成分として推定し、電流測定値からバイアス成分を減算した差分に基づいて、路面の第１摩擦係数を推定する。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、車輪を操舵するモータの駆動電流に基づく路面摩擦係数の推定精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態の路面摩擦係数推定装置の一例の概略構成図である。
【図2】路面摩擦係数と操舵角に対するタイヤ反力トルクの特性図である。
【図3】（ａ）はタイヤの残留モーメントを説明する模式図であり、（ｂ）及び（ｃ）は操舵トルクに対する残留モーメントの影響を説明する模式図である。
【図4】第１実施形態のコントローラの機能構成の例のブロック図である。
【図5】（ａ）～（ｆ）は、操舵トルクに対する残留モーメントの影響の説明図である。
【図6】残留モーメントの方向と操舵モータによる操舵方向とが同じ場合（同相の場合）の電流測定値の補正の説明図である。
【図7】（ａ）～（ｄ）は、モータ駆動電流の変曲点の検出の説明図である。
【図8】残留モーメントの方向と操舵モータによる操舵方向とが異なる場合（逆相の場合）の電流測定値の補正の説明図である。
【図9】モータ駆動電流の最大値と路面摩擦係数の関係の一例の説明図である。
【図10】第１実施形態の路面摩擦係数推定方法の一例のフローチャートである。
【図11】路面摩擦係数と操舵角に対するタイヤ反力トルクの特性図である。
【図12】第２実施形態のコントローラの機能構成の例のブロック図である。
【図13】（ａ）～（ｄ）は、ブラッシュモデルによる路面摩擦係数と操舵角とタイヤ反力の関係の説明図である。
【図14】モータ駆動電流の変化率と路面摩擦係数の関係の一例の説明図である。
【図15】路面摩擦係数と操舵角に対するタイヤ反力モーメントの特性図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【0009】
（第１実施形態）
（構成）
図１を参照する。実施形態の路面摩擦係数推定装置１０は、前輪操舵モータ１１Ｆと、後輪操舵モータ１１Ｒと、前輪操舵角測定装置１２Ｆと、後輪操舵角測定装置１２Ｒと、コントローラ１３を備える。以下の説明において、左前輪２ＦＬ及び右前輪２ＦＲを総称して「前輪２Ｆ」と表記し、左後輪２ＲＬ及び右後輪２ＲＲを総称して「後輪２Ｒ」と表記することがある。
（構成）
図１を参照する。実施形態の路面摩擦係数推定装置１０は、前輪操舵モータ１１Ｆと、後輪操舵モータ１１Ｒと、前輪操舵角測定装置１２Ｆと、後輪操舵角測定装置１２Ｒと、コントローラ１３を備える。以下の説明において、左前輪２ＦＬ及び右前輪２ＦＲを総称して「前輪２Ｆ」と表記し、左後輪２ＲＬ及び右後輪２ＲＲを総称して「後輪２Ｒ」と表記することがある。
【0010】
前輪操舵モータ１１Ｆ及び後輪操舵モータ１１Ｒは、コントローラ１３から、操舵角指令値や操舵角速度指令値を受け取り、それを実現するために演算したモータ駆動電流で前輪２Ｆ及び後輪２Ｒの操舵角指令値や操舵角速度指令値を実現する。また、操舵に必要なモータ駆動電流を測定してコントローラ１３に出力する。
例えば前輪２Ｆは、運転者が操作するステアリングホイールと、それに接続されたステアリングシャフトと、前輪２Ｆの車両１に対する角度を変化させることができる操舵機構とにより操舵される。前輪操舵モータ１１Ｆは、運転者による操舵を補助する操舵補助トルクを操舵機構に付与する。
例えば前輪２Ｆは、運転者が操作するステアリングホイールと、それに接続されたステアリングシャフトと、前輪２Ｆの車両１に対する角度を変化させることができる操舵機構とにより操舵される。前輪操舵モータ１１Ｆは、運転者による操舵を補助する操舵補助トルクを操舵機構に付与する。
【0011】
また例えば後輪２Ｒは、ステアリングホイールとの間に機械的な機構を持たず、両者を電気的に接続して操舵を制御するステアバイワイヤシステムにより操舵される。後輪操舵モータ１１Ｒは、後輪２Ｒを操舵する操舵トルクを発生する。
なお、コントローラ１３から受け取った操舵角指令値や操舵角速度指令値を実現可能な構成であれば、ステアリングホイールと前輪２Ｆや後輪２Ｒとの間に機械的な機構の有無は問わず、各輪を独立に操舵してもよい。
なお、コントローラ１３から受け取った操舵角指令値や操舵角速度指令値を実現可能な構成であれば、ステアリングホイールと前輪２Ｆや後輪２Ｒとの間に機械的な機構の有無は問わず、各輪を独立に操舵してもよい。
【0012】
前輪操舵角測定装置１２Ｆ及び後輪操舵角測定装置１２Ｒは、車両１の進行方向に対する前輪２Ｆ及び後輪２Ｒの操舵角をそれぞれ測定し、測定した操舵角をコントローラ１３に出力する。
一般的に、操舵角とステアリングホイールの回転角とは、操舵機構によって決まる比率（ステアリングギア比）の関係を有する。例えば前輪２Ｆの操舵角は、ステアリングシャフトの回転角を測定してステアリングギア比の関係を用いて算出してよい、後輪２Ｒの操舵角は、後輪操舵モータ１１Ｒの回転角度に基づいて算出してよい。ただし、操舵角の測定の手段はこれに限定されない。
一般的に、操舵角とステアリングホイールの回転角とは、操舵機構によって決まる比率（ステアリングギア比）の関係を有する。例えば前輪２Ｆの操舵角は、ステアリングシャフトの回転角を測定してステアリングギア比の関係を用いて算出してよい、後輪２Ｒの操舵角は、後輪操舵モータ１１Ｒの回転角度に基づいて算出してよい。ただし、操舵角の測定の手段はこれに限定されない。
【0013】
路面摩擦係数推定装置１０は、路面摩擦係数を推定する際に、前輪２Ｆ又は後輪２Ｒの一方又は両方を所定の操舵角指令値や操舵角速度で操舵する。以下の説明において、路面摩擦係数を推定するために前輪２Ｆや後輪２Ｒを操舵することを「推定操舵」と表記することがある。また、前輪２Ｆや後輪２Ｒのうち推定操舵において操舵される車輪を「操舵輪」と表記することがある。また、推定操舵において操舵される操舵輪の操舵角を「操舵角θ」と表記することがある。
【0014】
また、前輪操舵モータ１１Ｆ及び後輪操舵モータ１１Ｒを総称して「操舵モータ１１」と表記し、前輪操舵角測定装置１２Ｆ及び後輪操舵角測定装置１２Ｒを総称して「操舵角測定装置１２」と表記することがある。
ステアリングホイールと操舵輪とが機械的な機構で接続されている場合には、路面摩擦係数推定装置１０は、運転者の操舵入力がない状態において推定操舵を実行する。ステアバイワイヤシステムを用いる場合には、推定操舵中は運転者の操作を操舵角θに反映させないことで推定を継続してもよい。
ステアリングホイールと操舵輪とが機械的な機構で接続されている場合には、路面摩擦係数推定装置１０は、運転者の操舵入力がない状態において推定操舵を実行する。ステアバイワイヤシステムを用いる場合には、推定操舵中は運転者の操作を操舵角θに反映させないことで推定を継続してもよい。
【0015】
コントローラ１３は、操舵輪の推定操舵を実行して推定操舵中の操舵モータ１１のモータ駆動電流に基づいて、車両１が走行する路面の摩擦係数の推定する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。コントローラ１３は、操舵角測定装置１２から取得した操舵角度情報から、路面摩擦係数の推定に必要な操舵角指令値や操舵角速度指令値を決定し、これらの指令値に基づいて操舵輪の操舵を制御する。推定操舵中の操舵角測定装置１２及び操舵モータ１１からそれぞれ取得した操舵角度情報、モータ駆動電流情報に基づいて路面摩擦係数を推定する。
【0016】
コントローラ１３は、プロセッサ１３ａと、記憶装置１３ｂ等の周辺部品とを含む。以下に説明するコントローラ１３の機能は、例えばプロセッサ１３ａが、記憶装置１３ｂに格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
コントローラ１３は、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアを備えてもよい。例えば、コントローラ１３は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントローラ１３はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）等を有していてもよい。
コントローラ１３は、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアを備えてもよい。例えば、コントローラ１３は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントローラ１３はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）等を有していてもよい。
【0017】
図２は、路面摩擦係数と操舵角θに対するタイヤ反力トルクの特性図である。操舵輪の操舵角θに対するタイヤ反力トルクは、路面摩擦係数μによって変化する。そこでコントローラ１３は、所定の操舵角θｐｒｅまで操舵輪を操舵したときの操舵モータ１１のモータ駆動電流に基づいて路面摩擦係数μを推定する。
【0018】
しかしながら、推定操舵を実行する前の保舵状態のタイヤには、タイヤ捩れ等によるモーメントが残留していることがある。
図３（ａ）を参照する。以下の説明において、タイヤねじれが生じない操舵輪の操舵角である中立点２ｎに対して、現在のタイヤの向き２ｃがずれることにより発生するモーメントＭｒを「残留モーメント」と表記する。図３（ａ）の例では、保舵状態のタイヤの向き２ｃが中立点２ｎに対して角度θだけずれている。例えば残留モーメントＭｒは、操舵輪が保舵されるまでの車両状態によってタイヤねじれが生じた場合に発生する。
図３（ａ）を参照する。以下の説明において、タイヤねじれが生じない操舵輪の操舵角である中立点２ｎに対して、現在のタイヤの向き２ｃがずれることにより発生するモーメントＭｒを「残留モーメント」と表記する。図３（ａ）の例では、保舵状態のタイヤの向き２ｃが中立点２ｎに対して角度θだけずれている。例えば残留モーメントＭｒは、操舵輪が保舵されるまでの車両状態によってタイヤねじれが生じた場合に発生する。
【0019】
残留モーメントＭｒが操舵機構の最大静止摩擦トルク未満であれば、残留モーメントＭｒが静止摩擦トルクと釣り合うため、操舵輪が動かずに残留モーメントＭｒがタイヤに残留する。推定操舵を開始すると残留モーメントＭｒがモータ駆動電流に影響するため、路面摩擦係数の推定精度が低下する虞がある。
【0020】
図３（ｂ）及び図３（ｃ）はそれぞれ、推定操舵の操舵方向と残留モーメントの方向とが等しい場合と異なる場合において操舵輪に働くトルクの間の関係を示す。以下の説明において、推定操舵の操舵方向と残留モーメントの方向とが等しい場合を「同相」と表記し、推定操舵の操舵方向と残留モーメントの方向とが異なる場合を「逆相」と表記することがある。
矢印Ｔｍ、Ｔｒ、Ｍｒ、Ｔｔはそれぞれ、操舵機構の機械摩擦トルク、操舵角に応じた路面反力トルク、残留モーメント、推定操舵の操舵トルクを模式的に表している。操舵トルクＴｔは、機械摩擦トルクＴｍ、路面反力トルクＴｒ及び残留モーメントＭｒの和と釣り合う。このため、推定操舵開始時の存在する残留モーメントの方向に応じて、残留モーメントが操舵トルクＴｔに与える影響が推定操舵中に変化して、路面摩擦係数の推定精度が低下する虞がある。
矢印Ｔｍ、Ｔｒ、Ｍｒ、Ｔｔはそれぞれ、操舵機構の機械摩擦トルク、操舵角に応じた路面反力トルク、残留モーメント、推定操舵の操舵トルクを模式的に表している。操舵トルクＴｔは、機械摩擦トルクＴｍ、路面反力トルクＴｒ及び残留モーメントＭｒの和と釣り合う。このため、推定操舵開始時の存在する残留モーメントの方向に応じて、残留モーメントが操舵トルクＴｔに与える影響が推定操舵中に変化して、路面摩擦係数の推定精度が低下する虞がある。
【0021】
そこでコントローラ１３は、操舵機構における機械摩擦と、推定操舵前の保舵状態の操舵輪に存在するタイヤねじれと、によりモータ駆動電流に生じるバイアス成分を推定する。そして、モータ駆動電流の測定値からバイアス成分を除去してから、路面摩擦係数を推定する。
なお、残留モーメントは、車両１が停車している状態だけでなく、車両１が保舵状態（例えば一定の操舵角で旋回中）で走行中に発生することもある。したがって、本発明の路面摩擦係数推定方法は、車両１が走行中に操舵モータ１１のモータ駆動電流に基づいて路面摩擦係数を推定する場合においても有効である。
なお、残留モーメントは、車両１が停車している状態だけでなく、車両１が保舵状態（例えば一定の操舵角で旋回中）で走行中に発生することもある。したがって、本発明の路面摩擦係数推定方法は、車両１が走行中に操舵モータ１１のモータ駆動電流に基づいて路面摩擦係数を推定する場合においても有効である。
【0022】
図４は、第１実施形態のコントローラ１３の機能構成の例のブロック図である。コントローラ１３は、操舵指令演算部２０と、測定値取得部２１と、残留方向判定部２２と、バイアス成分演算部２３と、駆動電流補正部２４と、最大値検出部２５と、摩擦係数推定部２６と、を備える。
操舵指令演算部２０は、推定操舵を実行する際に、路面摩擦係数の推定に必要な操舵角指令値や操舵角速度指令値を決定し、これら指令値に基づいて操舵輪の操舵を制御する。
測定値取得部２１は、推定操舵を開始してから所定の操舵角θｐｒｅまで操舵輪を操舵するまでの間に、操舵角測定装置１２が測定した操舵角θの操舵角測定値と、操舵モータ１１が測定したモータ駆動電流の電流測定値と、を逐次取得する。
操舵指令演算部２０は、推定操舵を実行する際に、路面摩擦係数の推定に必要な操舵角指令値や操舵角速度指令値を決定し、これら指令値に基づいて操舵輪の操舵を制御する。
測定値取得部２１は、推定操舵を開始してから所定の操舵角θｐｒｅまで操舵輪を操舵するまでの間に、操舵角測定装置１２が測定した操舵角θの操舵角測定値と、操舵モータ１１が測定したモータ駆動電流の電流測定値と、を逐次取得する。
【0023】
図５（ａ）～図５（ｆ）を参照して、モータ駆動電流の特性を説明する。図５（ａ）～図５（ｃ）は、同相の場合における操舵角θに対する機械摩擦トルクＴｍ、タイヤ反力トルク、及び操舵トルクＴｔ相当のモータ駆動電流の特性図である。図５（ｄ）～図５（ｆ）は、逆相の場合における操舵角θに対する機械摩擦トルクＴｍ、タイヤ反力トルク、及び操舵トルクＴｔ相当のモータ駆動電流の特性図である。
【0024】
一般的に、操舵角θの絶対値が小さい領域では、図５（ｂ）及び図５（ｅ）に示すようにタイヤ反力トルクは操舵輪の操舵角θに対して線形とみなすことができる。
同相の場合（図５（ｂ））には、推定操舵の開始時（θ＝０）に負の残留モーメント（－Ｍｒ）が存在する。操舵角θが増加すると残留モーメントは減少して中立点において解消されてタイヤ反力トルクは「０」となる。
同相の場合（図５（ｂ））には、推定操舵の開始時（θ＝０）に負の残留モーメント（－Ｍｒ）が存在する。操舵角θが増加すると残留モーメントは減少して中立点において解消されてタイヤ反力トルクは「０」となる。
【0025】
さらに操舵角θが増加すると、操舵角θに対して線形に増加する正の路面反力トルクＴｒが発生する。
したがってタイヤ反力トルクは、操舵開始時点に残留モーメントが存在しない場合に生じる路面反力トルクＴｒ（一点鎖線）を、残留モーメント（－Ｍｒ）でバイアスした値を有する。
したがってタイヤ反力トルクは、操舵開始時点に残留モーメントが存在しない場合に生じる路面反力トルクＴｒ（一点鎖線）を、残留モーメント（－Ｍｒ）でバイアスした値を有する。
【0026】
機械摩擦トルクＴｍ（図５（ａ））は、推定操舵の開始時に残留モーメントに釣り合う値（Ｍｒ）となる。このため、推定操舵の開始時において操舵に要するトルクは「０」となり、モータ駆動電流（図５（ｃ））は「０」から開始する。
操舵輪が動き始めると機械摩擦トルクＴｍは動摩擦トルクＴｍｄまで減少する。これに伴い操舵トルクＴｔが減少するため、モータ駆動電流（図５（ｃ））は一時的に負の値となる。
操舵輪が動き始めると機械摩擦トルクＴｍは動摩擦トルクＴｍｄまで減少する。これに伴い操舵トルクＴｔが減少するため、モータ駆動電流（図５（ｃ））は一時的に負の値となる。
【0027】
機械摩擦トルクＴｍが動摩擦トルクＴｍｄへ切り替わると、機械摩擦トルクＴｍはほぼ一定となる。すると、タイヤ反力トルクによって操舵トルクＴｔが増加するためモータ駆動電流が減少から増加に転じる。このため、操舵角θに対するモータ駆動電流の特性に極値点Ｐｅｘｔが発生する。更に同じ方向に操舵すると、線形領域では操舵角θの増加に対してモータ駆動電流がほぼ線形に増加する。
以下の説明において、極値点Ｐｅｘｔにおける操舵角及びモータ駆動電流を「極値点操舵角θｅｘｔ」及び「極値点電流Ｉｅｘｔ」と表記することがある。
以下の説明において、極値点Ｐｅｘｔにおける操舵角及びモータ駆動電流を「極値点操舵角θｅｘｔ」及び「極値点電流Ｉｅｘｔ」と表記することがある。
【0028】
一方で逆相の場合（図５（ｅ））には、推定操舵の開始時に正の残留モーメントＭｒが存在する。このためタイヤ反力トルクは、操舵開始時点に残留モーメントが存在しない場合の路面反力トルクＴｒ（一点鎖線）を、残留モーメント（＋Ｍｒ）でバイアスした値を有する。
【0029】
機械摩擦トルクＴｍは、推定操舵の開始時に残留モーメントに釣り合う値（－Ｍｒ）となる。このため、推定操舵の開始時において操舵に要するトルクは「０」となり、モータ駆動電流（図５（ｆ））は「０」から開始する。
操舵輪が動き始めると、機械摩擦トルクＴｍは正値の動摩擦トルクＴｍｄまで増加する。モータ駆動電流（図５（ｆ））は、機械摩擦トルクＴｍと路面反力トルクの増加に伴って正値のまま増加する。
操舵輪が動き始めると、機械摩擦トルクＴｍは正値の動摩擦トルクＴｍｄまで増加する。モータ駆動電流（図５（ｆ））は、機械摩擦トルクＴｍと路面反力トルクの増加に伴って正値のまま増加する。
【0030】
機械摩擦トルクＴｍが動摩擦トルクＴｍｄへ切り替わると、機械摩擦トルクＴｍはほぼ一定となる。このため、操舵角θに対するモータ駆動電流の特性に変曲点Ｐｉｎｆが発生する。更に同じ方向に操舵すると、線形領域では操舵角θの増加に対してモータ駆動電流がほぼ線形に増加する。
以下の説明において、変曲点Ｐｉｎｆにおける操舵角及びモータ駆動電流を「変曲点操舵角θｉｎｆ」及び「変曲点電流Ｉｉｎｆ」と表記することがある。
以下の説明において、変曲点Ｐｉｎｆにおける操舵角及びモータ駆動電流を「変曲点操舵角θｉｎｆ」及び「変曲点電流Ｉｉｎｆ」と表記することがある。
【0031】
図４を参照する。残留方向判定部２２は、推定操舵中におけるモータ駆動電流の電流測定値の変化に基づいて残留モーメントの方向を推定する。例えば、推定操舵の開始初期のモータ駆動電流の電流測定値（例えば推定操舵の開始直後の電流測定値）に基づいて残留モーメントの方向を推定する。
一般的に、操舵輪の操舵角θに対するタイヤ反力トルクは、操舵初期の操舵角θが絶対値が小さい領域では線形かつ単調増加であることが知られている。この特性を活かして推定操舵の開始初期のモータ駆動電流の電流測定値（以下「初期電流値Ｉｉｎｉｔ＿ａｖｅ」）と表記することがある）の正負に基づいて残留モーメントの方向を推定する。
一般的に、操舵輪の操舵角θに対するタイヤ反力トルクは、操舵初期の操舵角θが絶対値が小さい領域では線形かつ単調増加であることが知られている。この特性を活かして推定操舵の開始初期のモータ駆動電流の電流測定値（以下「初期電流値Ｉｉｎｉｔ＿ａｖｅ」）と表記することがある）の正負に基づいて残留モーメントの方向を推定する。
【0032】
例えば、残留方向判定部２２は、推定操舵開始から、図５（ｆ）のように操舵角に対するタイヤ反力トルクが線形となるような所定の操舵角θ０まで、操舵輪を転舵する間のモータ駆動電流の電流測定値の積分値を、初期電流値Ｉｉｎｉｔ＿ａｖｅとして算出する。
但し、操舵角θが操舵角θ０に至る前に電流測定値の変化率の符号が負から正に転じた場合には、推定操舵開始から電流測定値の変化率が負から正に転じた時点までの電流測定値の積分値を初期電流値Ｉｉｎｉｔ＿ａｖｅとして算出する。
但し、操舵角θが操舵角θ０に至る前に電流測定値の変化率の符号が負から正に転じた場合には、推定操舵開始から電流測定値の変化率が負から正に転じた時点までの電流測定値の積分値を初期電流値Ｉｉｎｉｔ＿ａｖｅとして算出する。
【0033】
残留方向判定部２２は、初期電流値Ｉｉｎｉｔ＿ａｖｅの符号が負である場合に同相であると判定し、初期電流値Ｉｉｎｉｔ＿ａｖｅの符号が正である場合に逆相であると判定する。
なお、このとき、残留モーメントが全く発生していない場合には、残留方向は逆相であると判断されてしまうが、この場合は後述の切片Ｉｉｔｒが０となるため推定結果に影響しない。
なお、このとき、残留モーメントが全く発生していない場合には、残留方向は逆相であると判断されてしまうが、この場合は後述の切片Ｉｉｔｒが０となるため推定結果に影響しない。
【0034】
バイアス成分演算部２３は、操舵機構の機械摩擦と残留モーメントによってモータ駆動電流に生じるバイアス成分を演算する。操舵トルクＴｔは、機械摩擦トルクＴｍとタイヤ反力トルクの和に釣り合ため、モータ駆動電流には、機械摩擦トルクＴｍと操舵開始時の残留モーメント（－Ｍｒ又は＋Ｍｒ）の和に相当するバイアス成分が含まれている。
例えばバイアス成分演算部２３は、動摩擦トルクＴｍｄと操舵開始時の残留モーメントの和に相当するバイアス成分を算出する。
例えばバイアス成分演算部２３は、動摩擦トルクＴｍｄと操舵開始時の残留モーメントの和に相当するバイアス成分を算出する。
【0035】
図５（ｃ）を参照する。同相の場合、極値点操舵角θｅｘｔ以上の範囲では、バイアス成分は残留モーメント（－Ｍｒ）と動摩擦トルクＴｍｄの和に相当する。また、極値点操舵角θｅｘｔ以上の範囲では、線形領域内であれば、操舵角θの増加に対してモータ駆動電流がほぼ線形に増加する。
このため、極値点操舵角θｅｘｔ以上の操舵角θの範囲のモータ駆動電流の電流測定値に基づいて、操舵角θに対するモータ駆動電流の近似直線Ｌａｐｐを算出し、操舵角θ＝０における切片（－Ｉｉｔｒ）を求めることにより、動摩擦トルクＴｍｄと残留モーメント（－Ｍｒ）の和に相当するバイアス成分を推定できる。
切片（－Ｉｉｔｒ）を求めることにより、操舵初期において機械摩擦が静止摩擦から動摩擦に変化しても、動摩擦トルクＴｍｄと操舵開始時点の残留モーメント（－Ｍｒ）の和を推定できる。
このため、極値点操舵角θｅｘｔ以上の操舵角θの範囲のモータ駆動電流の電流測定値に基づいて、操舵角θに対するモータ駆動電流の近似直線Ｌａｐｐを算出し、操舵角θ＝０における切片（－Ｉｉｔｒ）を求めることにより、動摩擦トルクＴｍｄと残留モーメント（－Ｍｒ）の和に相当するバイアス成分を推定できる。
切片（－Ｉｉｔｒ）を求めることにより、操舵初期において機械摩擦が静止摩擦から動摩擦に変化しても、動摩擦トルクＴｍｄと操舵開始時点の残留モーメント（－Ｍｒ）の和を推定できる。
【0036】
例えば、バイアス成分演算部２３は、図６に示すように操舵開始後の操舵角θの増加に伴ってモータ駆動電流の電流測定値の変化が減少から増加に変化する操舵角を、極値点操舵角θｅｘｔとして検出してよい。また、極値点操舵角θｅｘｔにおける電流測定値を極値点電流Ｉｅｘｔとして検出してよい。
バイアス成分演算部２３は、極値点操舵角θｅｘｔから所定角度Δθだけ更に同じ方向に操舵した操舵角（θｅｘｔ＋Δθ）におけるモータ駆動電流の電流測定値（Ｉｅｘｔ＋ΔＩ）を取得し、電流変化率ΔＩ／Δθを算出してよい。
バイアス成分演算部２３は、極値点操舵角θｅｘｔから所定角度Δθだけ更に同じ方向に操舵した操舵角（θｅｘｔ＋Δθ）におけるモータ駆動電流の電流測定値（Ｉｅｘｔ＋ΔＩ）を取得し、電流変化率ΔＩ／Δθを算出してよい。
【0037】
そして、極値点Ｐｅｘｔ（θｅｘｔ，Ｉｅｘｔ）を通り、傾き（ΔＩ／Δθ）を有する直線を近似直線Ｌａｐｐとして算出してよい。
極値点Ｐｅｘｔ（θｅｘｔ，Ｉｅｘｔ）における近似直線Ｌａｐｐを算出することで、できるだけ小さな操舵角θにおける近似直線Ｌａｐｐを算出できる。このため、操舵角θに対するモータ駆動電流の線形性が良好な領域で、近似直線Ｌａｐｐを算出できる。
極値点Ｐｅｘｔ（θｅｘｔ，Ｉｅｘｔ）における近似直線Ｌａｐｐを算出することで、できるだけ小さな操舵角θにおける近似直線Ｌａｐｐを算出できる。このため、操舵角θに対するモータ駆動電流の線形性が良好な領域で、近似直線Ｌａｐｐを算出できる。
【0038】
図５（ｆ）を参照する。逆相の場合、変曲点操舵角θｉｎｆ以上の範囲では、バイアス成分は残留モーメント（＋Ｍｒ）と動摩擦トルクＴｍｄの和に相当する。また、変曲点操舵角θｉｎｆ以上の範囲では、線形領域内であれば、操舵角θの増加に対してモータ駆動電流がほぼ線形に増加する。このため、変曲点操舵角θｉｎｆ以上の操舵角θの範囲のモータ駆動電流の電流測定値に基づいて、操舵角θに対するモータ駆動電流の近似直線Ｌａｐｐを算出し、操舵角θ＝０における切片Ｉｉｔｒを求めることにより、動摩擦トルクＴｍｄと残留モーメント（Ｍｒ）の和に相当するバイアス成分を推定できる。
【0039】
例えば、バイアス成分演算部２３は、一定の操舵角速度で操舵したときのモータ駆動電流の測定値の一階時間微分値が最大となる操舵角を、変曲点操舵角θｉｎｆとして検出してよい。
図７（ａ）～図７（ｄ）は、一定の操舵角速度で操舵したときの操舵角、操舵角速度、モータ駆動電流、モータ駆動電流の一階時間微分値のタイムチャートである。バイアス成分演算部２３は、一階時間微分値が最大となる操舵角を、変曲点操舵角θｉｎｆとして検出し、変曲点操舵角θｉｎｆにおける電流測定値を変曲点電流Ｉｉｎｆとして検出してよい。
図７（ａ）～図７（ｄ）は、一定の操舵角速度で操舵したときの操舵角、操舵角速度、モータ駆動電流、モータ駆動電流の一階時間微分値のタイムチャートである。バイアス成分演算部２３は、一階時間微分値が最大となる操舵角を、変曲点操舵角θｉｎｆとして検出し、変曲点操舵角θｉｎｆにおける電流測定値を変曲点電流Ｉｉｎｆとして検出してよい。
【0040】
図８を参照する。バイアス成分演算部２３は、変曲点操舵角θｉｎｆから所定角度Δθだけ更に同じ方向に操舵した操舵角（θｉｎｆ＋Δθ）におけるモータ駆動電流の電流測定値（Ｉｉｎｆ＋ΔＩ）を取得し、電流変化率ΔＩ／Δθを算出してよい。そして、変曲点Ｐｉｎｆ（θｉｎｆ，Ｉｉｎｆ）を通り、傾き（ΔＩ／Δθ）を有する直線を近似直線Ｌａｐｐとして算出してよい。
【0041】
図４を参照する。駆動電流補正部２４は、測定値取得部２１が取得した電流測定値を、バイアス成分演算部２３が演算したバイアス成分（すなわち切片Ｉｉｔｒや切片（－Ｉｉｔｒ））で補正することにより補正済測定値Ｉｃｒｔを算出する。具体的には、電流指令値からバイアス成分を減算することにより補正済測定値Ｉｃｒｔを算出する。
最大値検出部２５は、図６及び図８に示すように補正済測定値Ｉｃｒｔの最大値Ｉｃｍｘを検出する。
バイアス成分演算部２３と駆動電流補正部２４による補正処理によって、残留モーメント方向が異なっていても路面摩擦係数が同じであれば、最大値Ｉｃｍｘをほぼ同等の値にすることができる。
最大値検出部２５は、図６及び図８に示すように補正済測定値Ｉｃｒｔの最大値Ｉｃｍｘを検出する。
バイアス成分演算部２３と駆動電流補正部２４による補正処理によって、残留モーメント方向が異なっていても路面摩擦係数が同じであれば、最大値Ｉｃｍｘをほぼ同等の値にすることができる。
【0042】
摩擦係数推定部２６は、事前に取得したモータ駆動電流値の最大値と路面摩擦係数との間の関係に基づいて、補正済測定値Ｉｃｒｔの最大値Ｉｃｍｘにおける路面摩擦係数μ１を求める。
図９は、事前に取得したモータ駆動電流の最大値と路面摩擦係数との間の関係の一例の説明図である。モータ駆動電流の最大値と路面摩擦係数との間の関係は、例えば計算式により予め定めてもよく、ルックアップテーブルやマップの形式で記憶装置１３ｂに記憶していてもよい。
なお、操舵指令演算部２０は、推定操舵を実行する際における所定の操舵角速度を、図９に示すモータ駆動電流の最大値と路面摩擦係数の関係を予め同定する際に操舵モータ１１で操舵輪を操舵した操舵角速度と同じ速度に設定することが好ましい。
図９は、事前に取得したモータ駆動電流の最大値と路面摩擦係数との間の関係の一例の説明図である。モータ駆動電流の最大値と路面摩擦係数との間の関係は、例えば計算式により予め定めてもよく、ルックアップテーブルやマップの形式で記憶装置１３ｂに記憶していてもよい。
なお、操舵指令演算部２０は、推定操舵を実行する際における所定の操舵角速度を、図９に示すモータ駆動電流の最大値と路面摩擦係数の関係を予め同定する際に操舵モータ１１で操舵輪を操舵した操舵角速度と同じ速度に設定することが好ましい。
【0043】
図１０は、第１実施形態の路面摩擦係数推定方法の一例のフローチャートである。
ステップＳ１において操舵指令演算部２０は、所定の操舵角速度で操舵輪を操舵する。ステップＳ２において測定値取得部２１は、操舵角θの操舵角測定値とモータ駆動電流の電流測定値を取得する。ステップＳ３において操舵指令演算部２０は、所定の操舵角θｐｒｅまで操舵したか否かを判定する。所定の操舵角θｐｒｅまで操舵していない場合（ステップＳ３：Ｎ）に処理はステップＳ１へ戻る。所定の操舵角θｐｒｅまで操舵した場合（ステップＳ３：Ｙ）に処理はステップＳ４へ進む。
ステップＳ１において操舵指令演算部２０は、所定の操舵角速度で操舵輪を操舵する。ステップＳ２において測定値取得部２１は、操舵角θの操舵角測定値とモータ駆動電流の電流測定値を取得する。ステップＳ３において操舵指令演算部２０は、所定の操舵角θｐｒｅまで操舵したか否かを判定する。所定の操舵角θｐｒｅまで操舵していない場合（ステップＳ３：Ｎ）に処理はステップＳ１へ戻る。所定の操舵角θｐｒｅまで操舵した場合（ステップＳ３：Ｙ）に処理はステップＳ４へ進む。
【0044】
ステップＳ４において残留方向判定部２２は、推定操舵の開始初期のモータ駆動電流の初期電流値Ｉｉｎｉｔ＿ａｖｅに基づいて残留モーメントの方向を推定する。残留方向判定部２２は、初期電流値Ｉｉｎｉｔ＿ａｖｅが負である場合に同相であると判定して（ステップＳ４：Ｙ）処理はステップＳ５へ進む。初期電流値Ｉｉｎｉｔ＿ａｖｅが正である場合に逆相であると判定して（ステップＳ４：Ｎ）に処理はステップＳ８へ進む。
【0045】
ステップＳ５においてバイアス成分演算部２３は、極値点（θｅｘｔ，Ｉｅｘｔ）を検出する。ステップＳ６においてバイアス成分演算部２３は、極値点操舵角θｅｘｔから操舵角（θｅｘｔ＋Δθ）までの電流変化率ΔＩ／Δθを算出する。ステップＳ７においてバイアス成分演算部２３は、傾き（ΔＩ／Δθ）を有し、極値点（θｅｘｔ，Ｉｅｘｔ）を通る近似直線Ｌａｐｐの切片（－Ｉｉｔｒ）をバイアス成分として算出する。その後に処理はステップＳ１１へ進む。
【0046】
ステップＳ８においてバイアス成分演算部２３は、変曲点（θｉｎｆ，Ｉｉｎｆ）を検出する。ステップＳ９においてバイアス成分演算部２３は、変曲点操舵角θｉｎｆから操舵角（θｉｎｆ＋Δθ）までの電流変化率ΔＩ／Δθを算出する。ステップＳ１０においてバイアス成分演算部２３は、傾き（ΔＩ／Δθ）を有し、変曲点（θｉｎｆ，Ｉｉｎｆ）を通る近似直線Ｌａｐｐの切片（Ｉｉｔｒ）をバイアス成分として算出する。その後に処理はステップＳ１１へ進む。
【0047】
ステップＳ１１において駆動電流補正部２４は、測定値取得部２１が取得した電流測定値を、バイアス成分で補正することにより補正済測定値Ｉｃｒｔを算出する。ステップＳ１２において最大値検出部２５は、補正済測定値Ｉｃｒｔの最大値Ｉｃｍｘを算出する。ステップＳ１３において摩擦係数推定部２６は、事前に取得したモータ駆動電流値の最大値と路面摩擦係数の関係に基づいて、最大値Ｉｃｍｘにおける路面摩擦係数μ１を求める。その後に処理は終了する。
【0048】
（第２実施形態）
第２実施形態のコントローラ１３は、第１実施形態とは異なる推定方法で第２の路面摩擦係数μ２を推定し、第１実施形態の推定方法により摩擦係数推定部２６が算出した路面摩擦係数μ１（以下「第１の路面摩擦係数μ１」と表記することがある）の精度向上のためのリミッタとして用いる。
図１１は、路面摩擦係数と操舵角θに対するタイヤ反力トルクの特性図である。操舵角θが比較的小さな線形領域Ｒ１では、操舵角θの増加に伴ってタイヤ反力トルクが線形に増加し、操舵角θが比較的大きな飽和領域Ｒ２では、操舵角θが増加してもタイヤ反力トルクは殆ど変わらない。
一方で、線形領域Ｒ１と飽和領域Ｒ２の間の領域Ｒ３では、操舵角θの増加に伴ってタイヤ反力トルクが非線形に増加する。以下の説明において領域Ｒ３を「非線形・非飽和領域Ｒ３」と表記することがある。非線形・非飽和領域Ｒ３においては、タイヤ反力トルクの変化率（ΔＴ／Δθ）が路面摩擦係数μに応じて変化する。第２実施形態のコントローラ１３は、非線形・非飽和領域Ｒ３内に予め設定された操舵角（以下の説明において「所定操舵角θ１」と表記する）における、操舵角θに対するモータ駆動電流の電流変化率（ΔＩ／Δθ）に基づいて第２の路面摩擦係数μ２を推定する。
第２実施形態のコントローラ１３は、第１実施形態とは異なる推定方法で第２の路面摩擦係数μ２を推定し、第１実施形態の推定方法により摩擦係数推定部２６が算出した路面摩擦係数μ１（以下「第１の路面摩擦係数μ１」と表記することがある）の精度向上のためのリミッタとして用いる。
図１１は、路面摩擦係数と操舵角θに対するタイヤ反力トルクの特性図である。操舵角θが比較的小さな線形領域Ｒ１では、操舵角θの増加に伴ってタイヤ反力トルクが線形に増加し、操舵角θが比較的大きな飽和領域Ｒ２では、操舵角θが増加してもタイヤ反力トルクは殆ど変わらない。
一方で、線形領域Ｒ１と飽和領域Ｒ２の間の領域Ｒ３では、操舵角θの増加に伴ってタイヤ反力トルクが非線形に増加する。以下の説明において領域Ｒ３を「非線形・非飽和領域Ｒ３」と表記することがある。非線形・非飽和領域Ｒ３においては、タイヤ反力トルクの変化率（ΔＴ／Δθ）が路面摩擦係数μに応じて変化する。第２実施形態のコントローラ１３は、非線形・非飽和領域Ｒ３内に予め設定された操舵角（以下の説明において「所定操舵角θ１」と表記する）における、操舵角θに対するモータ駆動電流の電流変化率（ΔＩ／Δθ）に基づいて第２の路面摩擦係数μ２を推定する。
【0049】
モータ駆動電流の最大値を用いて路面摩擦係数を推定すると、残留モーメントが電流最大値に影響する。これに対して、操舵機構の機械摩擦が動摩擦に遷移した後は、電流変化率（ΔＩ／Δθ）は残留モーメントの影響を受けずに、操舵角と路面摩擦係数に対して一意に定まる。したがって、所定操舵角θ１における電流変化率（ΔＩ／Δθ）と路面摩擦係数との間の関係が既知であれば、電流変化率（ΔＩ／Δθ）に基づいて第２の路面摩擦係数μ２を精度良く推定できる。
【0050】
図１２は、第２実施形態のコントローラ１３の機能構成の一例のブロック図である。第２実施形態のコントローラ１３は、第１実施形態の構成に加えて、変化率算出部２７と、摩擦係数推定部２８と、保証範囲設定部２９を備える。
変化率算出部２７は、測定値取得部２１が取得した操舵角測定値と電流測定値のうち、所定操舵角θ１付近のデータを抽出する。変化率算出部２７は、抽出したデータに基づいて操舵角θの変化Δθに対するモータ駆動電流の変化ΔＩを検出する。変化率算出部２７は、ΔＩをΔθで除算することで、所定操舵角θ１における電流変化率（ΔＩ／Δθ）を算出する。
変化率算出部２７は、測定値取得部２１が取得した操舵角測定値と電流測定値のうち、所定操舵角θ１付近のデータを抽出する。変化率算出部２７は、抽出したデータに基づいて操舵角θの変化Δθに対するモータ駆動電流の変化ΔＩを検出する。変化率算出部２７は、ΔＩをΔθで除算することで、所定操舵角θ１における電流変化率（ΔＩ／Δθ）を算出する。
【0051】
摩擦係数推定部２８は、電流変化率（ΔＩ／Δθ）に基づいて第２の路面摩擦係数μ２を推定する。
タイヤによる反力モーメントが飽和しない操舵角範囲であれば、操舵角θの増加に対してタイヤによる反力モーメントは単調増加となる。このためモータ駆動電流も単調増加となり、電流変化率（ΔＩ／Δθ）は正値を有する。その理由を図１３（ａ）～図１３（ｄ）を参照して、タイヤのブラッシュモデルを用いて説明する。
タイヤによる反力モーメントが飽和しない操舵角範囲であれば、操舵角θの増加に対してタイヤによる反力モーメントは単調増加となる。このためモータ駆動電流も単調増加となり、電流変化率（ΔＩ／Δθ）は正値を有する。その理由を図１３（ａ）～図１３（ｄ）を参照して、タイヤのブラッシュモデルを用いて説明する。
【0052】
図１３（ａ）～図１３（ｄ）において、符号「ｘｓ」、「ｘｅ」はそれぞれタイヤの前後方向に沿ったタイヤの接地開始点と接地終了点を示す。
タイヤスリップ角を「α」、横方向の弾性係数を「Ｃｙ」、タイヤ接地幅を「ｗ」、スリップ率を「ｓ」、接地開始点からの距離を「ｘ」とすると、粘着域における横方向のタイヤ発生力Ｆｙａｄは、Ｆｙａｄ＝Ｃｙ×ｗ×ｘ×ｔａｎαにより定まる。
タイヤスリップ角を「α」、横方向の弾性係数を「Ｃｙ」、タイヤ接地幅を「ｗ」、スリップ率を「ｓ」、接地開始点からの距離を「ｘ」とすると、粘着域における横方向のタイヤ発生力Ｆｙａｄは、Ｆｙａｄ＝Ｃｙ×ｗ×ｘ×ｔａｎαにより定まる。
【0053】
粘着域と滑り域との境界点ｘｂは、粘着域における横方向のタイヤ発生力Ｆｙａｄと、接地面に働く最大静止摩擦力の分布とが交わる位置として求まる。
粘着域（ｘｓ≦ｘ≦ｘｂ）では、粘着域における横方向のタイヤ発生力Ｆｙａｄを積分し、滑り域（ｘｂ≦ｘ≦ｘｅ）では、接地面に働く最大すべり摩擦力の分布を積分して、これらを合計するとタイヤ横力Ｆｙが定まる。
粘着域（ｘｓ≦ｘ≦ｘｂ）では、粘着域における横方向のタイヤ発生力Ｆｙａｄを積分し、滑り域（ｘｂ≦ｘ≦ｘｅ）では、接地面に働く最大すべり摩擦力の分布を積分して、これらを合計するとタイヤ横力Ｆｙが定まる。
【0054】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、路面摩擦係数が比較的高い場合におけるブラッシュモデルを示す。図１３（ａ）のハッチング領域の面積はタイヤスリップ角αの場合のタイヤ横力Ｆｙを表し、図１３（ｂ）のハッチング領域の面積がタイヤスリップ角α＋Δαの場合のタイヤ横力Ｆｙを表す。
図１３（ａ）と図１３（ｂ）のハッチング領域の面積を比較すると、タイヤスリップ角の増加Δαによってタイヤ横力Ｆｙが増加している。このため、タイヤによる反力モーメントが飽和しない操舵角範囲においては、操舵角θの増加に対して反力モーメントは単調増加し、反力モーメントに釣り合うためのモータ駆動電流も単調増加する。
図１３（ａ）と図１３（ｂ）のハッチング領域の面積を比較すると、タイヤスリップ角の増加Δαによってタイヤ横力Ｆｙが増加している。このため、タイヤによる反力モーメントが飽和しない操舵角範囲においては、操舵角θの増加に対して反力モーメントは単調増加し、反力モーメントに釣り合うためのモータ駆動電流も単調増加する。
【0055】
図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）は、路面摩擦係数が比較的低い場合におけるブラッシュモデルを示す。図１３（ｃ）のハッチング領域の面積はタイヤスリップ角αの場合のタイヤ横力Ｆｙを表し、図１３（ｄ）のハッチング領域の面積がタイヤスリップ角α＋Δαの場合のタイヤ横力Ｆｙを表す。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）と図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）とを比較すると、路面摩擦係数が低くなるとタイヤ横力Ｆｙの増加分が減少していることが分かる。これにより路面摩擦係数が小さくなると、モータ駆動電流の増加率（ΔＩ／Δθ）も小さくなることが分かる。
【0056】
そこで、所定操舵角θ１における操舵角変化に対するモータ駆動電流の電流変化率と路面摩擦係数との間の関係を事前に取得しておき、記憶装置１３ｂに記憶する。事前に取得した電流変化率と路面摩擦係数との間の関係は、例えば計算式により予め定めてもよく、ルックアップテーブルやマップの形式で記憶していてもよい。
図１４は、事前に取得したモータ駆動電流の電流変化率と路面摩擦係数の予め取得した関係の一例の説明図である。
図１４は、事前に取得したモータ駆動電流の電流変化率と路面摩擦係数の予め取得した関係の一例の説明図である。
【0057】
なお、電流変化率と路面摩擦係数との間の関係を予め同定する際に、路面摩擦係数の異なる３つ以上の路面において電流変化率を取得して、電流変化率と路面摩擦係数との関係を求めることが好ましい。
摩擦係数推定部２８は、事前に取得した電流変化率と路面摩擦係数との間の関係と、変化率算出部２７が算出した所定操舵角θ１における電流変化率（ΔＩ／Δθ）と、に基づいて電流変化率（ΔＩ／Δθ）における第２の路面摩擦係数μ２を求める。
摩擦係数推定部２８は、事前に取得した電流変化率と路面摩擦係数との間の関係と、変化率算出部２７が算出した所定操舵角θ１における電流変化率（ΔＩ／Δθ）と、に基づいて電流変化率（ΔＩ／Δθ）における第２の路面摩擦係数μ２を求める。
【0058】
図１５を参照する。タイヤの特性上、タイヤにねじれが生じることにより発生する操舵回転方向のモーメントは、操舵角θを大きくしていくとある操舵角を境に飽和する。操舵回転方向モーメントが飽和すると、モータ駆動電流の電流変化率も飽和してしまい、路面摩擦係数に対して有意差を生じなくなる。
このため、所定操舵角θ１は、想定されうる走行路面環境のうち最も路面摩擦係数が小さい路面で操舵したときのモータ駆動電流が極大となる操舵角θｓａｔよりも小さい角度に設定することが好ましい。
このため、所定操舵角θ１は、想定されうる走行路面環境のうち最も路面摩擦係数が小さい路面で操舵したときのモータ駆動電流が極大となる操舵角θｓａｔよりも小さい角度に設定することが好ましい。
【0059】
一方で、所定操舵角θ１を過小な角度に設定すると、路面摩擦係数の違いによるモータ駆動電流の電流変化率の差が小さくなる。このため、所定操舵角θ１を、操舵角θｓａｔの近傍、且つ操舵角θｓａｔよりも小さな操舵角に設定してよい。このように、電流変化率に対して最も有意差が得られる操舵角に所定操舵角θ１を設定することで、推定精度を向上できる。
【0060】
図１２を参照する。保証範囲設定部２９は、摩擦係数推定部２８が推定した第２の路面摩擦係数μ２のばらつき幅に基づいて、第１の路面摩擦係数μ１の推定結果の保証範囲（上下限値）を設定する。例えば保証範囲設定部２９は、第２の路面摩擦係数μ２の分散（標準偏差）に基づいて保証範囲を設定してよい。例えば保証範囲設定部２９は、第２の路面摩擦係数μ２の標準偏差σを算出し、±３σを第１の路面摩擦係数μ１の上下限値として設定する。
摩擦係数推定部２６は、保証範囲設定部２９が設定した上下限値で第１の路面摩擦係数μ１を制限して、路面摩擦係数の最終的な推定結果を出力する。
摩擦係数推定部２６は、保証範囲設定部２９が設定した上下限値で第１の路面摩擦係数μ１を制限して、路面摩擦係数の最終的な推定結果を出力する。
【0061】
（実施形態の適用例）
推定した路面摩擦係数の適用例を示す。路面摩擦係数は、車両１が発生可能な最大加速度を重力加速度で割った除算結果に相当する。そのため、例えば将来の車両１の目標走行軌道が与えられている場合に、推定した路面摩擦係数に基づいて車両１が発生可能な最大加速度を推定することにより、目標走行軌道に沿って走行するための前後方向加速度及び横方向加速度を計算により算出することができる。
推定した路面摩擦係数の適用例を示す。路面摩擦係数は、車両１が発生可能な最大加速度を重力加速度で割った除算結果に相当する。そのため、例えば将来の車両１の目標走行軌道が与えられている場合に、推定した路面摩擦係数に基づいて車両１が発生可能な最大加速度を推定することにより、目標走行軌道に沿って走行するための前後方向加速度及び横方向加速度を計算により算出することができる。
【0062】
（実施形態の効果）
（１）実施形態の路面摩擦係数推定方法では、操舵輪を操舵する操舵モータの駆動電流の電流測定値を取得し、操舵輪を操舵する操舵機構における機械摩擦と、保舵状態の操舵輪に存在するタイヤねじれと、により発生する反力に相当する操舵トルクを発生するのに要する操舵モータの駆動電流をバイアス成分として推定し、電流測定値からバイアス成分を減算した差分に基づいて、路面の第１摩擦係数を推定する。これにより、機械摩擦が大きな機構を採用する場合でもその影響を考慮することができるため、車輪を操舵するモータの駆動電流に基づく路面摩擦係数の推定精度を向上できる。
（１）実施形態の路面摩擦係数推定方法では、操舵輪を操舵する操舵モータの駆動電流の電流測定値を取得し、操舵輪を操舵する操舵機構における機械摩擦と、保舵状態の操舵輪に存在するタイヤねじれと、により発生する反力に相当する操舵トルクを発生するのに要する操舵モータの駆動電流をバイアス成分として推定し、電流測定値からバイアス成分を減算した差分に基づいて、路面の第１摩擦係数を推定する。これにより、機械摩擦が大きな機構を採用する場合でもその影響を考慮することができるため、車輪を操舵するモータの駆動電流に基づく路面摩擦係数の推定精度を向上できる。
【0063】
（２）操舵輪の操舵角の操舵角測定値を取得し、操舵角測定値と電流測定値とに基づいてバイアス成分を推定してよい。これにより、操舵角測定値と電流値測定値のみからバイアス成分を推定できるので、路面の状態や直前の操舵や加減速の仕方などの走行条件により一意に求まらない反力相当の操舵トルクを操舵操作により求めることができる。
（３）操舵モータによる操舵輪の操舵中における電流測定値に基づいてタイヤねじれに起因する操舵輪のタイヤの残留モーメントの方向を推定してよい。これにより、操舵角測定値と電流測定値から残留モーメントの方向がわかるので、残留モーメントの方向によって、その影響の仕方が異なる場合でも、残留方向に応じた残留モーメントの影響を排除する処理を選択することができ、推定精度を向上できる。
（４）操舵モータによる操舵輪の操舵の開始初期の電流測定値の正負に基づいて、残留モーメントの方向を推定してよい。これにより、操舵の操作中にバイアス成分の推定方法を選択できるので、操舵操作中にリアルタイムに推定ができ、推定の即応性が向上する。
（３）操舵モータによる操舵輪の操舵中における電流測定値に基づいてタイヤねじれに起因する操舵輪のタイヤの残留モーメントの方向を推定してよい。これにより、操舵角測定値と電流測定値から残留モーメントの方向がわかるので、残留モーメントの方向によって、その影響の仕方が異なる場合でも、残留方向に応じた残留モーメントの影響を排除する処理を選択することができ、推定精度を向上できる。
（４）操舵モータによる操舵輪の操舵の開始初期の電流測定値の正負に基づいて、残留モーメントの方向を推定してよい。これにより、操舵の操作中にバイアス成分の推定方法を選択できるので、操舵操作中にリアルタイムに推定ができ、推定の即応性が向上する。
【0064】
（５）残留モーメントの方向と操舵モータによる操舵輪の操舵方向とが同じ場合に、操舵モータによる操舵輪の操舵中に電流測定値が減少から増加に転ずる第１操舵角を検出するとともに、第１操舵角における電流測定値を第１電流値として検出し、操舵モータにより第１操舵角から更に同じ方向に操舵輪を操舵した第２操舵角における電流測定値を第２電流値として検出し、第１操舵角及び第１電流値と、第２操舵角及び第２電流値とに基づいて操舵輪の操舵角と操舵モータの駆動電流との間の近似直線を算出し、近似直線の切片をバイアス成分と推定してよい。これによりバイアス成分を推定できる。
【0065】
（６）残留モーメントの方向と操舵モータによる操舵輪の操舵方向とが異なる場合に、操舵モータにより操舵輪を一定の操舵角速度で操舵したときの電流測定値の一階時間微分値が最大となる第１操舵角を検出するとともに、第１操舵角における電流測定値を第１電流値として検出し、操舵モータにより第１操舵角から更に同じ方向に操舵輪を操舵した第２操舵角における電流測定値を第２電流値として検出し、第１操舵角及び第１電流値と、第２操舵角及び第２電流値とに基づいて操舵輪の操舵角と操舵モータの駆動電流との間の近似直線を算出し、近似直線の切片をバイアス成分と推定してよい。これによりバイアス成分を推定できる。
【0066】
（７）操舵輪を所定の操舵角まで操舵したときの上記差分の最大値に基づいて第１摩擦係数を推定してよい。これにより、モータ駆動電流から路面摩擦係数を推定できる。
（８）予め取得した操舵モータの駆動電流の最大値と路面の摩擦係数との間の関係と差分の最大値とに基づいて第１摩擦係数を推定してよい。これにより、事前に特性を同定することで路面摩擦係数を推定できる。
（８）予め取得した操舵モータの駆動電流の最大値と路面の摩擦係数との間の関係と差分の最大値とに基づいて第１摩擦係数を推定してよい。これにより、事前に特性を同定することで路面摩擦係数を推定できる。
【0067】
（９）操舵モータの駆動電流の最大値と摩擦係数との間の関係を予め同定する際に操舵モータにより操舵輪を操舵する操舵角速度と、第１摩擦係数を推定する際の操舵角速度と、を一致させてもよい。これにより、操舵モータの駆動条件を統一することでモータ特性を織込んだ高精度な推定が可能となる。
（１０）予め取得した所定操舵角における操舵角変化に対する操舵モータの駆動電流の変化率と路面の摩擦係数との間の関係と、電流測定値と、に基づいて第２摩擦係数を推定し、第２摩擦係数のばらつき幅に基づいて第１摩擦係数の推定結果を制限してよい。これにより、２つの異なる操舵範囲での推定手法をかけ合わせることで、状態量のばらつきによる推定誤差を抑制できる。
（１０）予め取得した所定操舵角における操舵角変化に対する操舵モータの駆動電流の変化率と路面の摩擦係数との間の関係と、電流測定値と、に基づいて第２摩擦係数を推定し、第２摩擦係数のばらつき幅に基づいて第１摩擦係数の推定結果を制限してよい。これにより、２つの異なる操舵範囲での推定手法をかけ合わせることで、状態量のばらつきによる推定誤差を抑制できる。
【符号の説明】
【0068】
１…車両、２Ｆ…前輪、２Ｒ…後輪、１０…路面摩擦係数推定装置、１１…操舵モータ、１２…操舵角測定装置、１３…コントローラ、１３ａ…プロセッサ、１３ｂ…記憶装置、２０…操舵指令演算部、２１…測定値取得部、２２…残留方向判定部、２３…バイアス成分演算部、２４…駆動電流補正部、２５…最大値検出部、２６…摩擦係数推定部、２７…変化率算出部、２８…摩擦係数推定部、２９…保証範囲設定部
【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】