JP7492364B2

JP7492364B2 - 車両片流れ因子推定装置、及び、操舵装置

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Publication number: JP7492364B2
Application number: JP2020068208A
Authority: JP
Inventors: 吾一小林
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2020-04-06
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2024-05-29
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Description

本発明は、自動車等の車両に片流れを生じさせる車両片流れ因子の推定装置、及び、車両の操舵装置に関する。

車両の片流れは、車両の直進性に関する現象の一つであり、例えば路面の横方向の傾斜（スロープ角・カント角）や、横風などにより車両が片側に流れていく現象である。
例えば、道路にスロープ角があるとき、手動運転におけるドライバはステアリング反力などから情報を得て保舵することにより、車線中央を維持するよう車両を走行させることが可能である。
これに対し、操舵支援制御や自動運転制御を行っている場合には、例えばステレオカメラなどの環境認識手段を用いて自車両の車線内横位置を検出し、片流れによる変位が検出された場合に修正舵を入れることが行われているが、路面のスロープ角などの車両片流れを発生させる因子を推定し、片流れが実際に発生する前に操舵制御に反映させることが要望されている。

路面のスロープ角の推定に関する従来技術として、例えば特許文献１には、ＣＣＤカメラの撮像画像から認識される車両の車線逸脱状況、及び、車両に作用する横加速度を用いて、路面の横方向勾配（カント）を検出することが記載されている。

特開２００７－２１０４１２号公報

特許文献１に記載された技術においては、車線逸脱が生じない程度の路面勾配は専ら車両の横加速度に基づいて検出することになるが、例えばサスペンションのダンパフリクションなどに起因して、実際には微小な路面勾配が存在していても検出が困難な不感帯が存在する。
例えば操舵支援制御、自動運転制御において車線のトレース性を高めるためには、路面勾配等の車両の片流れの要因となる因子を微小な領域から精度よく検出することが求められている。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、車両の片流れを発生させる車両片流れ因子を精度よく検出可能な車両片流れ因子推定装置、及び、操舵装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、車輪に作用するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向それぞれの力とＸ，Ｙ，Ｚ軸回りそれぞれのモーメントを検出する６分力検出装置と、前記６分力検出装置の出力及び前記車輪の動半径に基づいて接地荷重中心の位置を算出する接地荷重中心算出部と、前記接地荷重中心の横方向変位に基づいて車両片流れ因子を推定する車両片流れ因子推定部とを備え、前記接地荷重中心算出部は、以下の式

ここで、
ｘ、ｙは前記接地荷重中心の位置ベクトル
Ｍｔ_ｚは前記車輪に作用するＺ軸回りのモーメント
Ｆｔ_Ｘ，Ｆｔ_Ｙ，Ｆｔ_Ｚは前記６分力検出装置で検出されるＸ，Ｙ，Ｚ軸方向それぞれの力
Ｍ_Ｘ，Ｍ_Ｙ，Ｍ_Ｚは前記６分力検出装置で検出されるＸ，Ｙ，Ｚ軸回りそれぞれのモーメント
Ｒは前記車輪の動半径、である

により前記接地荷重中心の位置を算出することを特徴とする車両片流れ因子推定装置である。
例えば路面の横方向の勾配や横風などにより、車両の片流れが生じる状況になる場合には、車輪の接地荷重中心の横方向変位が生じる。
本発明によれば、６分力検出装置の出力に基づいて接地荷重中心の横方向変位を算出することにより、例えば車体ばね上部の挙動などから検出が困難な微小な車両片流れ要素（路面の横方向勾配、横風等）であっても、精度よく検出することができる。

請求項２に係る発明は、車輪への作用力を検出する車輪作用力センサと、前記車輪作用力センサの出力に基づいて接地荷重中心の位置を算出する接地荷重中心算出部と、前記接地荷重中心の横方向変位に基づいて車両片流れ因子を推定する車両片流れ因子推定部とを備え、前記車輪作用力センサは左右の車輪にそれぞれ設けられ、前記車両片流れ因子推定部は、左右の車輪の前記接地荷重中心の横方向変位が同一方向である場合にのみ前記車両片流れ因子の推定を行うことを特徴とする車両片流れ因子推定装置である。
これによれば、車体のばね上共振（いわゆるバウンシング）等に起因する接地荷重中心の変位によって車両片流れ因子を誤推定することを防止できる。

請求項３に係る発明は、車輪への作用力を検出する車輪作用力センサと、前記車輪作用力センサの出力に基づいて接地荷重中心の位置を算出する接地荷重中心算出部と、前記接地荷重中心の横方向変位に基づいて車両片流れ因子を推定する車両片流れ因子推定部とを備え、前記車輪作用力センサは左右の車輪にそれぞれ設けられ、前記車両片流れ因子推定部は、左右の車輪の前記接地荷重中心の横方向変位量の左右差が所定範囲内である場合にのみ前記車両片流れ因子の推定を行うことを特徴とする車両片流れ因子推定装置である。
これによれば、接地荷重中心の変位の左右差が大きくなる轍路などにおいて、車両片流れ因子の推定精度が低下することを防止できる。

請求項４に係る発明は、車両の操向輪を操舵するアクチュエータと、前記アクチュエータの発生力を制御する操舵制御部とを備え、前記操舵制御部は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の車両片流れ因子推定装置による推定結果に応じて、前記アクチュエータの発生力を補正することを特徴とする操舵装置である。
これによれば、車両片流れ因子を精度よく推定し、操舵用のアクチュエータの発生力制御に反映させることにより、車両の片流れを適切に防止して直進性や緩曲線のライントレース性を向上することができる。

以上説明したように、本発明によれば、車両の片流れを発生させる車両片流れ因子を精度よく検出可能な車両片流れ因子推定装置、及び、操舵装置を提供することができる。

本発明を適用した車両片流れ因子推定装置、及び、操舵装置の実施形態の実施形態の構成を模式的に示す図である。実施形態におけるハブユニットを示す図である。実施形態の６分力検出装置における感受体を中心軸を含む平面で切って見た断面図である。実施形態の６分力検出装置におけるひずみゲージの配置を示す模式的斜視図である。実施形態の６分力検出装置における力検出系のひずみゲージの配置及びブリッジ回路の構成を示す図である。実施形態の６分力検出装置におけるモーメント検出系のブリッジ回路の構成を示す図である。車輪のホイールセンタ、タイヤ接地荷重中心、及び、その作用力を模式的に示す図である。実施形態の車両片流れ因子推定装置及び操舵装置の動作を示すフローチャートである。実施形態の操舵装置における接地荷重中心の横変位と追加される操舵トルクとの相関の一例を示す図である。

以下、本発明を適用した車両片流れ因子推定装置、及び、操舵装置の実施形態について説明する。
実施形態の車両片流れ因子推定装置、及び、操舵装置は、例えば乗用車等の自動車に設けられる。操舵装置は、操舵輪である前輪を操向するものである。
実施形態の操舵装置は、ピニオンアシスト式の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置を備えている。

図１は、実施形態の車両片流れ因子推定装置、及び、操舵装置の構成を模式的に示す図である。
操舵装置１は、ステアリングホイール１０、ステアリングシャフト２０、ラック軸３０、ラックハウジング４０、タイロッド５０、ハウジング６０、トルクセンサ７０、アクチュエータユニット８０、ステアリング制御ユニット９０等を有して構成されている。

ステアリングホイール１０は、ドライバが回動させることによって操舵操作を入力する円環状の操作部材である。
ステアリングホイール１０は、車両の車室内において、運転席と対向して配置されている。

ステアリングシャフト２０は、一方の端部がステアリングホイール１０に取り付けられた回転軸であって、ステアリングホイール１０の回転動作を、並進運動に変換するラックアンドピニオン機構に伝達する回転軸である。
ステアリングシャフト２０の中間部には、ステアリングシャフト２０が屈曲した状態で回転を伝達可能なユニバーサルジョイント２１が設けられている。
ステアリングシャフト２０のステアリングホイール１０側とは反対側の端部には、ラックアンドピニオン機構の一部を構成するピニオンギヤ２２が形成されている。

ラック軸３０は、長手方向（軸方向）が車幅方向に沿うように配置された柱状の部材である。
ラック軸３０は、車体に対して車幅方向に並進可能に支持されている。
ラック軸３０の一部には、ピニオンギヤ２２と噛合うラックギヤ３１が形成されている。
ラック軸３０は、ステアリングシャフト２０の回転に応じて、ピニオンギヤ２２によってラックギヤ３１が駆動され、車幅方向に沿って並進（直進）する。
ラックギヤ３１は、車幅方向において、左右いずれか一方（通常は運転席側）にオフセットして配置される。
例えば、車両が右側前席を運転席とするいわゆる右ハンドル車である場合には、ラックギヤ３１は、中立時における中央よりも右側にオフセットして配置される。

ラックハウジング４０は、ラック軸３０を車幅方向に沿って相対変位可能に支持しつつ収容する実質的に円筒状の部材である。
ラックハウジング４０の両端部には、ラックブーツ４１が設けられている。
ラックブーツ４１は、ラックハウジング４０に対するタイロッド５０の相対変位を許容しつつ、ラックハウジング４０内へのダスト等の異物の侵入を防止する部材である。
ラックブーツ４１は、例えばエラストマー等の樹脂系材料によって、可撓性を有する蛇腹筒状に形成されている。

タイロッド５０は、ラック軸３０の端部とハウジング６０のナックルアーム６１とを連結し、ハウジング６０をラック軸３０の並進方向の動きと連動させてキングピン軸回りに回動させる軸状の連動部材である。
タイロッド５０の車幅方向内側の端部は、ボールジョイント５１を介して、タイロッド３０の端部に揺動可能に連結されている。
タイロッド５０の車幅方向外側の端部は、ボールジョイント５２を介して、ハウジング６０のナックルアーム６１に連結されている。
タイロッド５０とボールジョイント５２との接続部には、トーイン調整用の図示しないターンバックル機構が設けられる。

ハウジング（ナックル）６０は、車輪Ｗを車軸回りに回転可能に支持するハブベアリングを収容する部材である。
ハウジング６０は、車軸に対して前方側又は後方側に突き出して形成されたナックルアーム６１を有する。
ハウジング６０は、所定の回転中心軸であるキングピン軸回りに回動可能に支持されている。
キングピン軸は、例えば、車両のフロントサスペンションがマクファーソン式ストラット式である場合には、ストラットトップマウントのベアリング中心と、ハウジング６０下部とトランスバースリンク（ロワアーム）とを接続するボールジョイントの中心とを結んだ仮想軸である。
ハウジング６０は、タイロッド５０を介してラック軸３０により車幅方向に押し引きされることにより、キングピン軸回りに回動し、車輪Ｗを転舵させる。

トルクセンサ７０は、ステアリングシャフト２０に作用しているトルクを検出するセンサである。
トルクセンサ７０は、ステアリングシャフト２０の中間部分に設けられる。
トルクセンサ７０の出力は、ステアリング制御ユニット９０に伝達される。

アクチュエータユニット８０は、ステアリングシャフト２０におけるピニオンギヤ２２近傍の領域を回転駆動して、手動運転時におけるパワーアシストや、自動運転時における操舵動作を行う駆動装置である。
アクチュエータユニット８０は、モータ８１、ギヤボックス８２等を有して構成されている。
モータ８１は、ステアリングシャフト２０に与えられる駆動力を発生する電動アクチュエータである。
モータ８１は、回転方向及び出力トルクを、ステアリング制御ユニット９０によって制御されている。
ギヤボックス８２は、モータ８１の回転出力を減速（トルク増幅）してステアリングシャフト２０に伝達する減速ギヤ列を備えている。

ステアリング制御ユニット９０は、モータ８１に対して回転方向及び出力トルクの指令値を与える制御装置である。
ステアリング制御ユニット９０は、車両の手動運転時においては、トルクセンサ７０のトルク入力方向及び検出トルク値に基づいて、モータ８１に与えられる指令値を設定する。
また、車両の自動運転時や運転支援制御時（例えば、車線維持支援等）においては、ステアリング制御ユニット９０は、図示しない自動運転制御装置から与えられる指令に基づいて、モータ８１に与えられる指令値を設定する。

実施形態において、車輪Ｗは、以下説明するハブユニットにより支持されている。
図２は、実施形態におけるハブユニットを示す図であって、図２（ａ）は車軸（車輪の回転中心軸）を通る鉛直面で切って見た断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ－ｂ部矢視図である。

図２に示すように、ハブユニット１００は、ハブ１１０、ベアリング１２０、感応部１３０、取付部１４０、６分力検出装置２００等を有して構成されている。
ハブ１１０は、図示しない車輪のリムセンター部が固定され、車輪とともに車軸回りに回転する部材である。
ハブ１１０は、円盤部１１１、センター部１１２、ドライブシャフト取付部１１３、外筒部１１４、ベアリング固定リング１１５等を有して構成されている。

円盤部１１１は、車軸と実質的に同心に形成され、ほぼ平板状に形成されている。
円盤部１１１には、車輪の締結に用いられるハブボルトＢが例えば５本、所定のピッチ円上に等間隔に分散して配置されている。
センター部１１２は、円盤部１１１の中央部から車幅方向外側へ突き出した円筒状の部分である。
センター部１１２は、リムに設けられた図示しない凹部に挿入され、車輪取付時に車輪とハブ１０とが同心に取付可能なよう案内するものである。
ドライブシャフト取付部１１３は、円盤部１１の中央部から車幅方向内側へ突き出した円筒状の部分である。
ドライブシャフト取付部１１３の内径側には、図示しないドライブシャフトのスプライン軸部とスプライン係合するスプライン穴部が形成される。
また、ドライブシャフト取付部１１３は、その主要部が、６分力検出装置２００の感受体２１０の内径側に挿入されている。

外筒部１１４は、円盤部１１１の外周縁部から車幅方向内側へ突き出して形成された円筒状の部分である。外筒部１１４は、車軸と実質的に同心に形成されている。
外筒部１１４は、ベアリング１２０の外輪１２１が固定される部分である。
外筒部１１４の内周面部には、外輪１２１を保持するために、車幅方向内側の端部から、外輪１２１の幅と実質的に同じ幅まで内径を段状に大きくした部分が形成され、外輪１２１はその内部に嵌め込まれる。
以上説明した円盤部１１１、センター部１１２、ドライブシャフト取付部１１３、外筒部１１４は、例えば鍛造によって形成されたワークに対し機械加工を施すことによって、一体に形成されている。

ベアリング固定リング１１５は、外筒部１１４の車幅方向内側の端部に、例えばビス止めによって固定される円環状の部材である。
ベアリング固定リング１１５は、外筒部１１４と実質的に同等の外径、及び、ベアリング１２０の外輪１２１の外径よりも小さい内径を有し、外筒部１１４に組み込まれた外輪１２１の車幅方向内側の端部を保持してその脱落を防止するものである。

ベアリング１２０は、ハブ１１０を車軸回りに回転可能に支持する例えば複列の深溝玉軸受であって、内径側に軌道面が形成された外輪１２１、外径側に軌道面が形成された内輪１２２、及び、これらの間に組み込まれる転動体である鋼球１２３等を有して構成されている。

感応部１３０は、ハブ１１０の外筒１１４の内径側に配置され、ベアリング１２０の内輪１２２が固定される部材である。
感応部１３０は、円盤部１３１、外筒部１３２、ベアリング固定リング１３３等を有して構成されている。
円盤部１３１は、車軸と実質的に同心かつほぼ平板状に形成されている。円盤部１３１の中央部には、ハブ１１０のドライブシャフト取付部１１３が挿入される円形開口が形成されている。
円盤部１３１の内周縁部には、後述する６分力検出装置２００の感受体２１０の第１フランジ２１２が締結される。

外筒部１３２は、円盤部１３１の外周縁部から車幅方向内側に突き出して形成された円筒状の部分である。外筒部１３２は、車軸と実質的に同心に形成されている。
外筒部１３２は、ベアリング１２０の内輪１２２が固定される部分である。
外筒部１３２の外周面部には、内輪１２２を保持するために、車幅方向外側の端部から、内輪１２２の幅と実質的に同じ幅まで外径を段状に小さくした部分が形成され、この部分は内輪１２２の内径側に挿入される。
以上説明した円盤部１３１及び外筒部１３２は、例えば鍛造によって形成されたワークに対し機械加工を施すことによって、一体に形成されている。

ベアリング固定リング１３３は、外筒部１３２の車幅方向外側の端部に、例えばビス止めによって固定される円環状の部材である。
ベアリング固定リング１３３は、内輪１２２の内径よりも大きい外径を有し、外筒部１３２に組み込まれた内輪１２２の車幅方向外側の端部を保持してその脱落を防止するものである。

取付部１４０は、ハウジング６０に固定されるプレート状の部材である。
取付部１４０の外周縁部には、外径側へ張り出して形成され、ハウジング６０への固定用ボルトが締結されるボルト孔を有する取付用タブ１４１が、例えば４箇所形成されている。
取付部１４０の中央部には、６分力検出装置２００の感受体２１０が挿入される円形開口が形成されている。この円形開口の内周縁部には、感受体２１０の第２フランジ２１３が締結される。

６分力検出装置２００は、実質的に円筒状に形成され、感応部１３０と取付部１４０とを連結する感受体２１０、及び、この感受体２１０に設けられた複数のひずみゲージ及びこのひずみゲージを含むブリッジ回路を有して構成されている。
図３は、実施形態の６分力検出装置２００における感受体２１０を中心軸を含む平面で切って見た断面図である。
図３に示すように、感受体２１０は、円筒部２１１、第１フランジ２１２、第２フランジ２１３等を有して形成されている。

円筒部２１１は、所定の軸方向長さにわたって内径及び外径が実質的に一定である円筒状に形成された部分であって、後述する複数のひずみゲージが貼付（接着）される部分である。円筒部２１１は、車軸と実質的に同心に配置されている。
第１フランジ２１２は、円筒部２１１の一方の端部に設けられ、円筒部２１１に対して外径側及び内径側にそれぞれ張り出して形成された平板状の部分である。
第１フランジ２１２は、感応部１３０の円盤部１３１の内周縁部が固定されるものであって、図示しないボルトが締結されるネジ孔２１２ａが形成されている。
また、円筒部２１１と第１フランジ２１２との間には、外径及び内径がこれらの中間となるように設定された中間部２１４が設けられている。中間部２１４の外周面は、円筒部２１１の外周面に対して段状に径を大きくして形成されている。また、中間部２１４の内周面は、円筒部２１１の内周面に対して段状に径を小さくして形成されている。

第１フランジ２１２の外径側における第２フランジ２１３側の端面と、中間部２１４の外周面との間には、Ｒ部（Ｒ１）が設けられている。
中間部２１４の外径側における第２フランジ２１３側の端面と、円筒部２１１の外周面との間には、Ｒ部（Ｒ２）が設けられている。
第１フランジ２１２の内径側における第２フランジ２１３側の端面と、中間部２１４の内周面との間には、Ｒ部（Ｒ３）が設けられている。
中間部２１４の内径側における第２フランジ２１３側の端面と、円筒部２１１の内周面との間には、Ｒ部（Ｒ４）が設けられている。
上述した各Ｒ部（Ｒ１～Ｒ４）のうち、Ｒ１とＲ３とは、感受体２１０の軸方向における位置がほぼ一致して配置されている。
また、Ｒ２とＲ４とは、感受体２１０の軸方向における位置が、Ｒ２のほうが第２フランジ２１３側となるようにオフセットして配置されている。

第２フランジ２１３は、円筒部２１１の第１フランジ２１２とは反対側の端部に設けられ、円筒部２１１に対して外径側及び内径側にそれぞれ張り出して形成された平板状の部分である。
第２フランジ２１３は、取付部１４０の内周縁部が固定されるものであって、図示しないボルトが挿入されるボルト孔２１３ａが形成されている。
図２に示すように、取付部１４０の内周縁部は、第２フランジ２１３の第１フランジ２１２側の面部と当接するように配置され、第２フランジ２１３のボルト孔２１３ａに車幅方向内側から挿入されるボルトによって締結される。

円筒部２１１と第２フランジ２１３との間には、外径及び内径がこれらの中間となるように設定された中間部２１５が設けられている。中間部２１５の外周面は、円筒部２１１の外周面に対して段状に径を大きくして形成されている。また、中間部２１５の内周面は、円筒部２１１の内周面に対して段状に径を小さくして形成されている。

第２フランジ２１３の外径側における第１フランジ２１２側の端面と、中間部２１５の外周面との間には、Ｒ部（Ｒ５）が設けられている。
中間部２１５の外径側における第１フランジ２１２側の端面と、円筒部２１１の外周面との間には、Ｒ部（Ｒ６）が設けられている。
第２フランジ２１３の内径側における第１フランジ２１２側の端面と、中間部２１５の内周面との間には、Ｒ部（Ｒ７）が設けられている。
中間部２１５の内径側における第１フランジ２１２側の端面と、円筒部２１１の内周面との間には、Ｒ部（Ｒ８）が設けられている。
上述した各Ｒ部（Ｒ５～Ｒ８）のうち、Ｒ５とＲ７とは、感受体２１０の軸方向における位置がほぼ一致して配置されている。
また、Ｒ６とＲ８とは、感受体２１０の軸方向における位置が、Ｒ６のほうが第１フランジ２１２側となるようにオフセットして配置されている。
なお、第１フランジ２１２の厚さｔ１及び第２フランジ２１３の厚さｔ２は、円筒部２１１の肉厚ｔ０に対して十分大きくなるように設定される。

６分力検出装置２００は、上述した感受体２１０の円筒部２１１に設けられるひずみゲージを含むブリッジ回路をそれぞれ有するＦｘ検出系、Ｆｙ検出系、Ｆｚ検出系、Ｍｘ検出系、Ｍｙ検出系、Ｍｚ検出系をそれぞれ有する。
Ｆｘ検出系は、感受体２１０の円筒部２１１に作用する径方向（以下、ｘ軸方向と称する）の力Ｆｘを検出するものである。
Ｆｙ検出系は、感受体２１０の円筒部２１１に作用するｘ軸方向と直交する方向の径方向（以下、ｙ軸方向と称する）の力Ｆｙを検出するものである。
Ｆｚ検出系は、感受体２１０の円筒部２１１に作用する軸方向（以下、ｚ軸方向と称する）の力Ｆｚを検出するものである。

Ｍｘ検出系は、感受体２１０の円筒部２１１に作用するｘ軸回りのモーメントＭｘを検出するものである。
Ｍｙ検出系は、感受体２１０の円筒部２１１に作用するｙ軸回りのモーメントＭｙを検出するものである。
Ｍｚ検出系は、感受体２１０の円筒部２１１に作用するｚ軸回りのモーメントＭｚを検出するものである。

上述したＦｘ検出系、Ｆｙ検出系、Ｆｚ検出系、Ｍｘ検出系、Ｍｙ検出系、Ｍｚ検出系は、それぞれ４つのひずみゲージを含むブリッジ回路を有して構成されている。
図４は、実施形態の６分力検出装置におけるひずみゲージの配置を示す模式的斜視図である。
図５は、実施形態の６分力検出装置における力検出系のひずみゲージの配置及びブリッジ回路の構成を示す図である。図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）は、それぞれＦｘ検出系、Ｆｙ検出系、Ｆｚ検出系を示している。
図６は、実施形態の６分力検出装置におけるモーメント検出系のブリッジ回路の構成を示す図である。図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）は、それぞれＭｘ検出系、Ｍｙ検出系、Ｍｚ検出系を示している。
なお、図５、図６においては、中間部２１４、２１５等は図示を省略している。

図４及び図５に示すように、Ｆｘ検出系は、ひずみゲージ２２１～２２４を有して構成されている。ひずみゲージ２２１～２２４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部２１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部２１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ２２１は、円筒部２１１の外周面における第１フランジ２１２側の領域（中間部２１４に近接した領域）に配置されている。
ひずみゲージ２２２は、ひずみゲージ２２１を通りかつ円筒部２１１の軸方向と平行な直線上に配置され、円筒部２１１の外周面における第２フランジ２１３側の領域（中間部２１５に近接した領域）に配置されている。
ひずみゲージ２２３は、ひずみゲージ２２２からみて円筒部２１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ２２２に対して円筒部２１１の中心軸対称な位置）に配置されている。
ひずみゲージ２２４は、ひずみゲージ２２１からみて円筒部２１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ２２１に対して円筒部２１１の中心軸対称な位置）に配置されている。

また、図５（ａ）に示すように、Ｆｘ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ２２１～２２４をループ状に順次接続し、ひずみゲージ２２２とひずみゲージ２２３との間、及び、ひずみゲージ２２１とひずみゲージ２２４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ２２１とひずみゲージ２２２との間、及び、ひずみゲージ２２３とひずみゲージ２２４との間の電位差を出力として抽出するものである。

Ｆｙ検出系は、ひずみゲージ２３１～２３４を有して構成されている。ひずみゲージ２３１～２３４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部２１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部２１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ２３１は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ２２１に対して、円筒部２１１の中心軸回りに９０度ずらして配置されている。
ひずみゲージ２３２は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ２２２に対して、円筒部２１１の中心軸回りに９０度ずらして配置されている。
ひずみゲージ２３１とひずみゲージ２３２とは、円筒部２１１の軸方向と平行な同一直線上に配置されている。
ひずみゲージ２３３は、ひずみゲージ２３２からみて円筒部２１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ２３２に対して円筒部２１１の中心軸対称な位置）に配置されている。
ひずみゲージ２３４は、ひずみゲージ２３１からみて円筒部２１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ２３１に対して円筒部２１１の中心軸対称な位置）に配置されている。

また、図５（ｂ）に示すように、Ｆｙ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ２３１～２３４をループ状に順次接続し、ひずみゲージ２３２とひずみゲージ２３３との間、及び、ひずみゲージ２３１とひずみゲージ２３４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ２３１とひずみゲージ２３２との間、及び、ひずみゲージ２３３とひずみゲージ２３４との間の電位差を出力として抽出するものである。

Ｆｚ検出系は、ひずみゲージ２４１～２４４を有して構成されている。ひずみゲージ２４１～２４４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部２１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部２１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ２４１は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ２２１、２２２の中間に配置されている。
ひずみゲージ２４２，２４３，２４４は、それぞれひずみゲージ２４１に対して、円筒部２１１の中心軸回りの位相が、９０度、１８０度、２７０度ずれた位置に配置されている。

また、図５（ｃ）に示すように、Ｆｚ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ２４１，２４２，２４４，２４３をループ状に順次接続し、ひずみゲージ２４１とひずみゲージ２４３との間、及び、ひずみゲージ２４２とひずみゲージ２４４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ２４１とひずみゲージ２４２との間、及び、ひずみゲージ２４３とひずみゲージ２４４との間の電位差を出力として抽出するものである。

図４及び図６に示すように、Ｍｘ検出系は、ひずみゲージ２５１～２５４を有して構成されている。ひずみゲージ２５１～２５４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部２１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部２１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ２５１は、Ｆｙ検出系のひずみゲージ２３１に対して、円筒部２１１の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ２５２は、Ｆｙ検出系のひずみゲージ２３２に対して、円筒部２１１の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ２５１とひずみゲージ２５２とは、円筒部２１１の軸方向と平行な同一直線上に配置されている。
ひずみゲージ２５３は、ひずみゲージ２５２からみて円筒部２１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ２５２に対して円筒部２１１の中心軸対称な位置）に配置されている。
ひずみゲージ２５４は、ひずみゲージ２５１からみて円筒部２１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ２５１に対して円筒部２１１の中心軸対称な位置）に配置されている。

また、図６（ａ）に示すように、Ｍｘ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ２５１，２５３，２５２，２５４をループ状に順次接続し、ひずみゲージ２５１とひずみゲージ２５３との間、及び、ひずみゲージ２５２とひずみゲージ２５４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ２５１とひずみゲージ２５４との間、及び、ひずみゲージ２５３とひずみゲージ２５２との間の電位差を出力として抽出するものである。

Ｍｙ検出系は、ひずみゲージ２６１～２６４を有して構成されている。ひずみゲージ２６１～２６４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部２１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部２１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ２６１は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ２２１に対して、円筒部２１１の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ２６２は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ２２２に対して、円筒部２１１の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ２６１とひずみゲージ２６２とは、円筒部２１１の軸方向と平行な同一直線上に配置されている。
ひずみゲージ２６３は、ひずみゲージ２６２からみて円筒部２１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ２６２に対して円筒部２１１の中心軸対称な位置）に配置されている。
ひずみゲージ２６４は、ひずみゲージ２６１からみて円筒部２１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ２６１に対して円筒部２１１の中心軸対称な位置）に配置されている。

また、図６（ｂ）に示すように、Ｍｙ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ２６１，２６３，２６２，２６４をループ状に順次接続し、ひずみゲージ２６１とひずみゲージ２６３との間、及び、ひずみゲージ２６２とひずみゲージ２６４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ２６１とひずみゲージ２６４との間、及び、ひずみゲージ２６３とひずみゲージ２６２との間の電位差を出力として抽出するものである。

Ｍｚ検出系は、ひずみゲージ２７１～２７４を有して構成されている。ひずみゲージ２７１～２７４は、せん断形のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部２１１の周方向となるように、円筒部２１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ２７１は、Ｆｚ検出系のひずみゲージ２４１、２４２の中間に配置されている。
ひずみゲージ２７２は、Ｆｚ検出系のひずみゲージ２４２，２４４の中間に配置されている。
ひずみゲージ２７３，２７４は、それぞれひずみゲージ２７２，２７１に対して、円筒部２１１の中心軸対称となる位置に配置されている。

また、図６（ｃ）に示すように、Ｍｚ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ２７１，２７３，２７４，２７２をループ状に順次接続し、ひずみゲージ２７１とひずみゲージ２７３との間、及び、ひずみゲージ２７２とひずみゲージ２７４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ２７１とひずみゲージ２７２との間、及び、ひずみゲージ２７３とひずみゲージ２７４との間の電位差を出力として抽出するものである。
上述した各検出系のひずみゲージは、各検出系がそれぞれ有する焦点Ｆが、図示しない車輪の中心（車軸上におけるタイヤ幅の中心）と実質的に一致するように配置されている。

実施形態においては、６分力検出装置２００の出力に基づいて、路面の横方向の傾斜（スロープ角）や、車体に作用する横風などの車両片流れ因子を検出するスロープ推定ユニット３００が設けられている。
スロープ推定ユニット３００には、左右前輪に設けられた６分力検出装置２００の出力が入力されるとともに、ステアリング制御ユニット９０と通信が可能となっている。
スロープ推定ユニット３００の機能、動作については、後に詳しく説明する。
スロープ推定ユニット３００には、車両の走行速度（車速）を検出する車速センサ３１０が接続されている。

スロープ推定ユニット３００には、環境認識ユニット３２０が通信可能に接続されている。
環境認識ユニット３２０は、各種センサの出力や路車間通信、車車間通信、地図データなどに基づいて、自車両周辺の道路形状や各種障害物などの環境に関する情報を認識するものである。
環境認識ユニット３２０には、センサの一つとして、例えば、ステレオカメラ装置３２１が接続されている。
ステレオカメラ装置３２１は、撮像範囲を車両前方に向けた状態で車幅方向に離間して配置された一対の撮像装置（カメラ）、及び、各カメラが撮像した画像にステレオ画像処理を施す画像処理部等を有する。
環境認識ユニット３２０は、ステレオカメラ装置３２１の出力に基づいて、自車両の車線内横位置を検出してステアリング制御ユニット９０に伝達する。
ステアリング制御ユニット９０は、車線内横位置が車線中央部付近の所定の範囲となるようにアクチュエータユニット８０を制御する車線維持支援制御を行う機能を有する。

スロープ推定ユニット３００は、６分力検出装置２００が検出するホイールセンタにおける６分力Ｆ，Ｍに基づいて、タイヤの接地荷重中心位置を演算する機能を備えている。
以下、接地荷重中心位置の演算手法について説明する。
図７は、車輪のホイールセンタ、タイヤ接地荷重中心、及び、その作用力を模式的に示す図である。
先ず、車輪のホイールセンタＯで検出される６分力、及び、タイヤ接地荷重中心での６分力等を、以下のように定義する。

・ホイールセンタＯで観測される６分力：
Ｆ＝（Ｆ_Ｘ，Ｆ_Ｙ，Ｆ_Ｚ），Ｍ＝（Ｍ_Ｘ，Ｍ_Ｙ，Ｍ_Ｚ）

・タイヤ接地荷重中心での６分力：
Ｆｔ＝（Ｆｔ_Ｘ，Ｆｔ_Ｙ，Ｆｔ_Ｚ），Ｍｔ＝（Ｍｔ_Ｘ，Ｍｔ_Ｙ，Ｍｔ_Ｚ）

・ホイールセンタを原点として、タイヤ接地荷重中心の位置ベクトルを、ｒ＝（ｘ，ｙ，ｚ）とする。

タイヤ接地面以外では外力は働かないと仮定すると、式１のようになる。

Ｆ＝Ｆｔ・・・（式１）

また、モーメントの定義から、式２が成り立つ。

M＝ｒ×Ｆｔ＋Ｍｔ・・・（式２）

ここで、未知数と既知数とを整理する。
・キャンバ角が十分小さい範囲であると仮定すると、ｚ＝－Ｒ（Ｒはタイヤ動半径であり正の値）である。
・Ｍｔｙ＝Ｍｔｚ＝０となる点を、接地荷重中心と定義している。

したがって、未知数は、ｘ、ｙ、Ｍｔｚの３つとなる。
式２を未知数に対してまとめると、式３のように、タイヤ接地荷重中心ｘ、ｙと、その点でのＭｔｚが求まる。

次に、実施形態の車両片流れ因子推定装置の動作について説明する。
図８は、実施形態の車両片流れ因子推定装置及び操舵装置の動作を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。

＜ステップＳ０１：車速及び操舵速度判断＞
スロープ推定ユニット３００は、ステアリング制御ユニット９０、車速センサ３１０からの情報に基づいて、車速Ｖ及び操舵速度（舵角の時間微分値）Δｄｏｔに関する情報を取得する。
スロープ推定ユニット３００は、スロープの推定を行う前提条件として、車速Ｖが所定値（例えば１０ｋｍ／ｈ）以上であり、かつ、操舵速度δｄｏｔが－１０ｄｅｇ／ｓ以上、１０ｄｅｇ／ｓ以下であるか否かを判別する。
上記条件を充足する場合はステップＳ０２に進み、それ以外の場合は一連の処理を終了（リターン）する。

＜ステップＳ０２：接地荷重中心算出＞
スロープ推定ユニット３００は、上述した手法により、６分力検出装置２００の出力に基づいて、左右前輪のタイヤの接地荷重中心の座標位置ｘ，ｙを算出する。
なお、６分力検出装置２００の出力には、例えばカットオフ周波数５Ｈｚのローパスフィルタ処理が施される。
このローパスフィルタ処理を行うことにより、路面の継ぎ目、荒れなどの不整による影響を軽減することができる。
その後、ステップＳ０３に進む。

＜ステップＳ０３：左右接地荷重中心変位の移動方向・左右差判定＞
スロープ推定ユニット３００は、ステップＳ０２において算出した左右前輪の接地荷重中心の横方向（車幅方向）の変位を比較する。
左右の接地荷重中心の移動方向が同一であり、かつ、移動量の左右差が５０％以上である場合にはステップＳ０４に進み、それ以外の場合は一連の処理を終了（リターン）する。
ここで、上記条件を充足した場合の接地荷重中心の横方向変位は、路面のスロープ角や横風等の車両片流れ因子の大きさ及び方向を示している。

＜ステップＳ０４：アクチュエータユニット追加トルク指示＞
スロープ推定ユニット３００は、ステップＳ０２において算出した左右前輪の接地荷重中心の横方向変位量の平均値をステアリング制御ユニット９０に伝達する。
ステアリング制御ユニット９０は、接地荷重中心横変位に基づいて、アクチュエータユニット８０に対して通常の制御で指示されているトルクに、さらに追加される操舵トルク（車両片流れを防止するためのトルク）を指示する。
図９は、実施形態の操舵装置における接地荷重中心の横変位と追加される操舵トルクとの相関の一例を示す図である。
追加される操舵トルクは、接地荷重中心の横変位の絶対値が所定値以上の領域では、接地荷重中心の横変位と相関（例えば比例）するようになっている。
また、接地荷重中心の横変位の絶対値が所定値未満の領域では、操舵トルクの追加は行われないようになっている。
これは、制御により追加される操舵トルクの正負、つまり右切りか左切りか（操舵トルクの付加方向）が頻繁に入れ替わることで、手動運転時にはドライバにステアリングホイール１０を通じて操舵力の違和感を与えることを防止し、また、自動運転時にはステアリングホイール１０が小刻みに左右に回動してドライバに不安を与えることを防止するためである。
その後、一連の処理を終了（リターン）する。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）車輪作用力を検出する６分力検出装置２００の出力に基づいて接地荷重中心の横方向変位を算出することにより、例えば車体ばね上部の挙動などから検出が困難な微小な路面の横方向勾配、横風等の車両片流れ因子を、精度よく、かつ早期に検出することができる。
（２）接地荷重中心の横方向変位が同一方向である場合にのみ車両片流れ因子の推定を行うことにより、車体のバウンシング等に起因する接地荷重中心の変位によって車両片流れ因子を誤推定することを防止できる。
（３）左右の車輪の接地荷重中心の横方向変位量の左右差が所定範囲内である場合にのみ車両片流れ因子の推定を行うことにより、接地荷重中心の変位の左右差が大きくなる轍路などにおいて、車両片流れ因子の推定精度が低下することを防止できる。
（４）車輪の接地荷重中心の横方向変位に基づいて推定した車両片流れ因子に基づいてアクチュエータユニット８０に追加の操舵トルクを発生させることにより、車両の片流れを適切に防止して直進性や緩曲線のライントレース性を向上することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）車両片流れ因子推定装置、操舵装置、及び、車両の構成は、上述した実施形態に限定されず、適宜変更することができる。
（２）車輪作用力を検出するセンサ（実施形態における６分力検出装置２００）の構成は一例であって、感受体の構造やひずみセンサの配置などは適宜変更することができる。
（３）実施形態において、車両片流れ因子推定装置の出力は操舵装置の制御に用いられているが、車両片流れ因子の推定結果を他の用途に用いてもよい。
例えば、サスペンションジオメトリを走行中に変化させられる可変機構を有するサスペンション装置や、左右車輪の制駆動力差を制御する制駆動力制御装置を車両片流れ因子の推定値に基づいて制御し、車両の片流れを防止してもよい。

１操舵装置１０ステアリングホイール
２０ステアリングシャフト２１ユニバーサルジョイント
２２ピニオンギヤ３０ラック軸
３１ラックギヤ４０ラックハウジング
４１ラックブーツ５０タイロッド
５１ボールジョイント５２ボールジョイント
６０ハウジング６１ナックルアーム
Ｗ車輪７０トルクセンサ
８０アクチュエータユニット８１モータ
８２ギヤボックス９０ステアリング制御ユニット
１００ハブユニット１１０ハブ
１１１円盤部１１２センター部
１１３ドライブシャフト取付部１１４外筒部
１１５ベアリング固定リング１２０ベアリング
１２１外輪１２２内輪
１２３鋼球１３０感応部
１３１円盤部１３２外筒部
１３３ベアリング固定リング１４０取付部
１４１取付用タブ
２００６分力検出装置２１０感受体
２１１円筒部２１２第１フランジ
２１２ａネジ孔２１３第２フランジ
２１３ａボルト孔２１４中間部
２１５中間部Ｒ１～Ｒ８Ｒ部
２２１～２２４Ｆｘ検出系の単軸ひずみゲージ
２３１～２３４Ｆｙ検出系の単軸ひずみゲージ
２４１～２４４Ｆｚ検出系の単軸ひずみゲージ
２５１～２５４Ｍｘ検出系の単軸ひずみゲージ
２６１～２６４Ｍｙ検出系の単軸ひずみゲージ
２７１～２７４Ｍｚ検出系のせん断形ひずみゲージ
Ｆ焦点Ｂハブボルト
３００スロープ推定ユニット３１０車速センサ
３２０環境認識ユニット３２１ステレオカメラ装置

Claims

車輪に作用するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向それぞれの力とＸ，Ｙ，Ｚ軸回りそれぞれのモーメントを検出する６分力検出装置と、
前記６分力検出装置の出力及び前記車輪の動半径に基づいて接地荷重中心の位置を算出する接地荷重中心算出部と、
前記接地荷重中心の横方向変位に基づいて車両片流れ因子を推定する車両片流れ因子推定部とを備え、
前記接地荷重中心算出部は、以下の式

ここで、
ｘ、ｙは前記接地荷重中心の位置ベクトル
Ｍｔ_ｚは前記車輪に作用するＺ軸回りのモーメント
Ｆｔ_Ｘ，Ｆｔ_Ｙ，Ｆｔ_Ｚは前記６分力検出装置で検出されるＸ，Ｙ，Ｚ軸方向それぞれの力
Ｍ_Ｘ，Ｍ_Ｙ，Ｍ_Ｚは前記６分力検出装置で検出されるＸ，Ｙ，Ｚ軸回りそれぞれのモーメント
Ｒは前記車輪の動半径、である

により前記接地荷重中心の位置を算出すること
を特徴とする車両片流れ因子推定装置。
車輪への作用力を検出する車輪作用力センサと、
前記車輪作用力センサの出力に基づいて接地荷重中心の位置を算出する接地荷重中心算出部と、
前記接地荷重中心の横方向変位に基づいて車両片流れ因子を推定する車両片流れ因子推定部と
を備え、
前記車輪作用力センサは左右の車輪にそれぞれ設けられ、
前記車両片流れ因子推定部は、左右の車輪の前記接地荷重中心の横方向変位が同一方向である場合にのみ前記車両片流れ因子の推定を行うこと
を特徴とする車両片流れ因子推定装置。
車輪への作用力を検出する車輪作用力センサと、
前記車輪作用力センサの出力に基づいて接地荷重中心の位置を算出する接地荷重中心算出部と、
前記接地荷重中心の横方向変位に基づいて車両片流れ因子を推定する車両片流れ因子推定部と
を備え、
前記車輪作用力センサは左右の車輪にそれぞれ設けられ、
前記車両片流れ因子推定部は、左右の車輪の前記接地荷重中心の横方向変位量の左右差が所定範囲内である場合にのみ前記車両片流れ因子の推定を行うこと
を特徴とする車両片流れ因子推定装置。
車両の操向輪を操舵するアクチュエータと、
前記アクチュエータの発生力を制御する操舵制御部とを備え、
前記操舵制御部は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の車両片流れ因子推定装置による推定結果に応じて、前記アクチュエータの発生力を補正すること
を特徴とする操舵装置。