JP2009143372A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、転舵輪を転舵するステアリング機構に対し、電動モータにより操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に、タイヤのグリップ力が失われた場合であっても、車両挙動を安定させることの可能な電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus in which a steering assist force is applied by an electric motor to a steering mechanism that steers steered wheels, and in particular, even when the grip force of a tire is lost, the vehicle The present invention relates to an electric power steering apparatus capable of stabilizing the behavior.
従来、ステアリング装置として、運転者がステアリングホイールを操舵する際に発生する操舵トルクに応じて電動モータを駆動することにより、ステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が普及している。
また、このような電動パワーステアリング装置において、操舵性能の向上やコーナリング時の車両の挙動を安定させるために、車両に取り付けられた車輪を中立に戻そうとするトルクであるセルフアライニングトルクを求めて操舵制御に用いたもの、さらにタイヤのグリップ状態を考慮して操舵制御を行うようにしたもの等も提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a steering device, an electric power steering device that gives a steering assist force to a steering mechanism by driving an electric motor in accordance with a steering torque generated when a driver steers a steering wheel has been widely used.
Further, in such an electric power steering apparatus, in order to improve the steering performance and stabilize the behavior of the vehicle during cornering, a self-aligning torque that is a torque for returning the wheel attached to the vehicle to neutral is obtained. Further, there have been proposed ones that are used for steering control, and those that perform steering control in consideration of the grip state of the tire.
このタイヤのグリップ状態を算出する方法としては、例えば規範ヨーレートと実ヨーレートとの偏差をタイヤのグリップ状態相当の値として用いたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上述のように、規範ヨーレートと実ヨーレートとの偏差をグリップ状態相当の値として用いた場合、これらヨーレートの偏差は、グリップ状態を表すものの、実際のグリップ状態との誤差は比較的大きく、正確なタイヤのグリップ力を検出することはできないという未解決の課題がある。
また、タイヤのグリップ力が限界に近づくと、電流指令値を減少させるように補正をして、操舵反力を大きくして運転者の切増し操舵を抑制するようにしているので、タイヤのグリップ力が限界に近づいて、操舵反力が小さくなる際に、制御特性によっては、タイヤのグリップ限界を感知できるような熟練運転者にとってはタイヤのグリップ限界を感知しにくくて、効果的な切増し操舵を抑制できないという未解決の課題もある。
However, as described above, when the deviation between the standard yaw rate and the actual yaw rate is used as a value corresponding to the grip state, these yaw rate deviations represent the grip state, but the error from the actual grip state is relatively large. There is an unsolved problem that it is not possible to detect an accurate grip force of a tire.
In addition, when the tire grip force approaches the limit, the current command value is corrected to decrease, and the steering reaction force is increased to suppress the driver's increased steering. When the force approaches the limit and the steering reaction force decreases, depending on the control characteristics, it is difficult for a skilled driver who can detect the tire grip limit to effectively detect the tire grip limit, and the effective increase is increased. There is also an unsolved problem that steering cannot be suppressed.
そこで、本発明は上記従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、タイヤのグリップが失われ始めることを運転者に感知させることができると共に、タイヤのグリップ限界に近づいたときに運転者の切増し操舵を抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned conventional unsolved problems, and can make the driver sense that the tire grip starts to be lost, and when the tire approaches the grip limit of the tire. An object of the present invention is to provide an electric power steering device capable of suppressing the driver's increased steering.
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に係る電動パワーステアリング装置は、転舵輪を転舵するステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリング機構に操舵補助力を付与する電動モータと、前記操舵トルクに基づいて操舵補助電流指令値を演算し、演算した操舵補助電流指令値に基づいて前記電動モータを制御する制御手段とを有する電動パワーステアリング装置であって、タイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出手段と、少なくとも前記電動モータで発生した操舵補助力を当該ステアリング機構に伝達する伝達経路の摩擦を補償する摩擦補償手段と、前記グリップロス度検出手段で検出したグリップロス度に基づいて前記摩擦補償手段の摩擦補償値を補正する補償値補正手段とを備えたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, an electric power steering apparatus according to
また、請求項2に係る電動パワーステアリング装置は、請求項1に係る発明において、前記補償値補正手段は、前記グリップロス度が第1の閾値よりも大きく且つ第2の閾値以下であるときに、前記摩擦補償部の摩擦補償値を増加補正するように構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項3に係る電動パワーステアリング装置は、請求項1に係る発明において、前記補償値補正手段は、前記グリップロス度が第1の閾値よりも大きく且つ第2の閾値以下であるときに、前記摩擦補償部の摩擦補償値に1を超えるゲインを乗算して増加補正するように構成されていることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the electric power steering apparatus according to the first aspect of the invention, wherein the compensation value correcting means is configured such that the grip loss degree is greater than a first threshold value and less than or equal to a second threshold value. The friction compensation value of the friction compensation unit is configured to be increased and corrected.
Furthermore, the electric power steering apparatus according to
さらにまた、請求項4に係る電動パワーステアリング装置は、請求項1に係る発明において、前記補償値補正手段は、前記グリップロス度が第1の閾値よりも大きく且つ第2の閾値以下であるときに、前記摩擦補償部の摩擦補償値に当該グリップロス度に応じて増加する補正値を加算して増加補正するように構成されていることを特徴としている。
なおさらに、請求項5に係る電動パワーステアリング装置は、請求項1乃至5の何れ1つに係る発明において、前記補償値補正手段は、前記グリップロス度が前記第2の閾値を超えているときに、前記摩擦補償部の摩擦補償値を減少補正するように構成されていることを特徴としている。
Furthermore, the electric power steering apparatus according to claim 4 is the invention according to
Still further, according to a fifth aspect of the present invention, in the electric power steering device according to any one of the first to fifth aspects, the compensation value correcting means is configured such that the grip loss degree exceeds the second threshold value. Further, the friction compensation value of the friction compensation unit is configured to be reduced and corrected.
また、請求項6に係る電動パワーステアリング装置は、請求項1乃至4の何れか1つに係る発明において、前記補償値補正手段は、前記グリップロス度が前記第2の閾値を超えているときに、前記摩擦補償部の摩擦補償値に1より小さいゲインを乗算して減少補正するように構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項7に係る電動パワーステアリング装置は、請求項1乃至4の何れか1つに係る発明において、前記補償値補正手段は、前記グリップロス度が前記第2の閾値を超えているときに、前記摩擦補償部の摩擦補償値に当該グリップロス度に応じて減少する補正値を加算して減少補正するように構成されていることを特徴としている。
An electric power steering apparatus according to a sixth aspect is the invention according to any one of the first to fourth aspects, wherein the compensation value correcting means is configured such that the grip loss degree exceeds the second threshold value. In addition, the friction compensation value of the friction compensation unit is multiplied by a gain smaller than 1 to reduce the correction.
Furthermore, the electric power steering apparatus according to a seventh aspect is the invention according to any one of the first to fourth aspects, wherein the compensation value correcting means is configured such that the grip loss degree exceeds the second threshold value. In addition, the friction compensation value of the friction compensation unit is added to a correction value that decreases in accordance with the grip loss degree so as to perform a decrease correction.
さらにまた、請求項8に係る電動パワーステアリング装置は、請求項1乃至7の何れか1つに係る発明において、車両の横力を検出する横力検出手段と、該横力検出手段で検出した横力に基づいてセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定手段とを備え、前記グリップロス度検出手段は、前記セルフアライニングトルク検出手段で検出したセルフアライニングトルク検出値と、前記セルフアライニングトルク推定手段で推定したセルフアライニングトルク推定値とに基づいてグリップロス度を検出するように構成されていることを特徴としている。 Furthermore, an electric power steering apparatus according to an eighth aspect is the invention according to any one of the first to seventh aspects, wherein the lateral force detecting means for detecting the lateral force of the vehicle and the lateral force detecting means detect the lateral force detecting means. Self-aligning torque estimating means for estimating self-aligning torque based on lateral force, and the grip loss degree detecting means includes a self-aligning torque detection value detected by the self-aligning torque detecting means, and the self-aligning torque detecting means. The grip loss degree is detected based on the self-aligning torque estimated value estimated by the aligning torque estimating means.
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、操舵トルクに基づき算出した電動モータの電流指令値を摩擦補償する摩擦補償手段の摩擦補償値をタイヤのグリップロス度に基づいて補正し、補正して得た操舵補助電流指令値に基づいて電動モータを駆動制御するため、運転者の切増し操舵時やグリップ限界到達時に応じた操舵反力を得るように摩擦補償を行うことができるという効果が得られる。 According to the electric power steering apparatus of the present invention, the friction compensation value of the friction compensation means for friction compensating the current command value of the electric motor calculated based on the steering torque is corrected based on the grip loss degree of the tire, and corrected. Since the electric motor is driven and controlled based on the obtained steering assist current command value, an effect is obtained that friction compensation can be performed so as to obtain a steering reaction force according to the driver's additional steering or when the grip limit is reached. It is done.
ここで、運転者が切増し操舵を行って、グリップロス度が所定範囲になったときに、摩擦補償値を増加させることにより、操舵反力を減少させて、運転者にタイヤのグリップ力が失われ始めている状態を感知させることができるという効果が得られる。
また、タイヤのグリップ力が限界に近づいて、グリップロス度が所定範囲以上になったときに、摩擦補償値を減少補正することにより、操舵反力を増加させて運転者の切増し操舵を抑制することができるという効果が得られる。
Here, when the driver performs further steering and the degree of grip loss falls within a predetermined range, the friction compensation value is increased, thereby reducing the steering reaction force and increasing the grip force of the tire to the driver. The effect that the state which is starting to be lost can be sensed is obtained.
Also, when the tire grip force approaches the limit and the grip loss degree exceeds the predetermined range, the friction compensation value is corrected to decrease, thereby increasing the steering reaction force and suppressing the driver's increased steering. The effect that it can do is acquired.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示す全体構成図であって、図中、SMはステアリング機構である。このステアリング機構SMは、ステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力が伝達される入力軸2aとこの入力軸2aに図示しないトーションバーを介して連結された出力軸2bとを有するステアリングシャフト2を備えている。このステアリングシャフト2は、ステアリングコラム3に回転自在に内装され、入力軸2aの一端がステアリングホイール1に連結され、他端は図示しないトーションバーに連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention, in which SM is a steering mechanism. This steering mechanism SM has a
そして、出力軸2bに伝達された操舵力は、2つのヨーク4a,4bとこれらを連結する十字連結部4cとで構成されるユニバーサルジョイント4を介して中間シャフト5に伝達され、さらに、2つのヨーク6a,6bとこれらを連結する十字連結部6cとで構成されるユニバーサルジョイント6を介してピニオンシャフト7に伝達される。
このピニオンシャフト7に伝達された操舵力はステアリングギヤ機構8を介して左右のタイロッド9に伝達され、これらタイロッド9によって左右の転舵輪WL,WRを転舵させる。ここで、ステアリングギヤ機構8は、ギヤハウジング8a内に、ピニオンシャフト7に連結されたピニオン8bとこのピニオン8bに噛合するラック軸8cとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン8bに伝達された回転運動をラック軸8cで車幅方向の直進運動に変換して、タイロッド9に伝達する。
The steering force transmitted to the
The steering force transmitted to the pinion shaft 7 is transmitted to the left and right tie rods 9 via the
ステアリングシャフト2の出力軸2bには、操舵補助力を出力軸2bに伝達する操舵補助機構10が連結されている。この操舵補助機構10は、出力軸2bに連結した減速ギヤ11と、この減速ギヤ11に連結された操舵補助力を発生する例えばブラシレスモータで構成される電動モータ12とを備えている。
また、減速ギヤ11のステアリングホイール1側に連接されたハウジング13内に操舵トルクセンサ14が配設されている。この操舵トルクセンサ14は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸2a及び出力軸2b間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気変化や抵抗変化として検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。
A
A
そして、操舵トルクセンサ14から出力される操舵トルク検出値Tは、図2に示すように、例えばマイクロコンピュータで構成されるコントローラ15に入力される。このコントローラ15には、トルク検出値Tの他に車速センサ16で検出した車速検出値Vx、電動モータ12に流れるモータ電流Ia〜Ic及びレゾルバ、エンコーダ等で構成される回転角センサ17で検出した電動モータ12の回転角θmも入力されている。
Then, the steering torque detection value T output from the
このコントローラ15では、入力されるトルク検出値T及び車速検出値Vxに応じた操舵補助力を電動モータ12で発生させる操舵補助電流指令値Irefを算出し、算出した操舵補助電流指令値Irefに対しモータ回転角θmに基づいて算出するモータ角速度ωm及びモータ角加速度αmに基づいて収斂性補償、慣性補償、摩擦補償等の各種補償処理を行ってからd−q軸指令値に変換し、これらd−q軸指令値を2相/3相変換してモータ電流指令値Iaref〜Icrefを算出し、算出したモータ電流指令値Iaref〜Icrefに基づいて電動モータ12に流れる電流Ia〜Icをフィードバック制御して、電動モータ12を駆動制御する。
The controller 15 calculates a steering assist current command value Iref that causes the
すなわち、コントローラ15は、操舵トルクT及び車速Vxに基づいて操舵補助電流指令値Irefを演算する操舵補助電流指令値演算部21と、この操舵補助電流指令値演算部21で算出した操舵補助電流指令値Irefを補償する指令値補償部22と、タイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出手段としてのグリップロス度検出部23と、このグリップロス度検出部23で検出したグリップロス度に基づいて指令値補償部22の摩擦補償値を補正する補償値補正手段としての補償値補正部24と、指令値補償部22で補償した補償後操舵補助電流指令値Iref′に基づいてd−q軸電流指令値を算出するd−q軸電流指令値演算部25と、このd−q軸電流指令値演算部25から出力されるd−q軸指令値を2相/3相変換してモータ電流指令値Iaref〜Icrefを算出する2相/3相変換部26と、この2相/3相変換部26から出力されるモータ電流指令値Iaref〜Icrefに基づいてモータ電流Ia〜Icを生成するモータ電流制御部27とで構成されている。
That is, the controller 15 calculates the steering assist current command value Iref for calculating the steering assist current command value Iref based on the steering torque T and the vehicle speed Vx, and the steering assist current command calculated by the steering assist current
操舵補助電流指令値演算部21は、操舵トルクT及び車速Vxをもとに図3に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して電流指令値でなる操舵補助電流指令値Irefを算出する。
この操舵補助電流指令値算出マップは、図3に示すように、横軸に操舵トルクTをとり、縦軸に操舵補助電流指令値Irefをとると共に、車速Vxをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクTが"0"からその近傍の設定値Ts1までの間は操舵補助電流指令値Irefが"0"を維持し、操舵トルクTが設定値Ts1を超えると最初は操舵補助電流指令値Irefが操舵トルクTの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクTが増加すると、その増加に対して操舵補助電流指令値Irefが急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速の増加に従って傾きが小さくなるように設定されている。
The steering assist current command
As shown in FIG. 3, this steering assist current command value calculation map is a parabolic curve with the steering torque T on the horizontal axis, the steering assist current command value Iref on the vertical axis, and the vehicle speed Vx as a parameter. The steering assist current command value Iref is maintained at “0” while the steering torque T is between “0” and a set value Ts1 in the vicinity thereof, and the steering torque T is set at the set value Ts1. When the steering torque T exceeds the initial value, the steering assist current command value Iref increases relatively slowly as the steering torque T increases. However, when the steering torque T further increases, the steering assist current command value Iref increases steeply. This characteristic curve is set so that the slope becomes smaller as the vehicle speed increases.
指令値補償部22は、回転角センサ17で検出されるモータ回転角θmを微分してモータ角速度ωmを算出する角速度演算部31と、この角速度演算部31で算出されたモータ角速度ωmを微分してモータ角加速度αmを算出する角加速度演算部32と、角速度演算部31で算出されたモータ角速度ωmに基づいてヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償部33と、角加速度演算部32で算出されたモータ角加速度αmに基づいて電動モータ12の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止する慣性補償部34と、転舵輪に発生するセルフアライニングトルク(SAT)を検出するSAT検出部35と、特に電動モータ12で発生する操舵補助力をステアリング機構SMに伝達する伝達経路に含まれる減速ギヤ11で発生する摩擦の影響を操舵方向に基づいて補償する摩擦補償部36とを備えている。
The
ここで、収斂性補償部33は、車速センサ16で検出した車速Vx及び角速度演算部31で算出されたモータ角速度ωmが入力され、車両のヨーの収斂性を改善するためにステアリングホイール1が振れ回る動作に対して、ブレーキをかけるように、モータ角速度ωmに車速Vxに応じて変更される収斂性制御ゲインKvを乗じて収斂性補償値Icを算出する。
Here, the
また、SAT検出部35は、操舵トルクT、角速度ωm、角加速度αm及び操舵補助電流指令値演算部21で算出した操舵補助電流指令値Irefが入力され、これらに基づいてセルフアライニングトルクSATを演算する。
このセルフアライニングトルクSATを算出する原理は、路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を図4に示して説明する。すなわち、ドライバがステアリングホイール1を操舵することによって操舵トルクTが発生し、その操舵トルクTに従って電動モータ12がアシストトルクTmを発生する。その結果、車輪Wが転舵され、反力としてセルフアライニングトルクSATが発生する。また、その際、電動モータ12の慣性J及び摩擦(静摩擦)Frによってステアリングホイール1の操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り合いを考えると、下記(1)式のような運動方程式が得られる。
Further, the
The principle of calculating the self-aligning torque SAT will be described with reference to FIG. 4 showing the state of torque generated between the road surface and the steering. That is, when the driver steers the
J・αm+ Fr・sign(ωm) + SAT = Tm + T …(1)
ここで、上記(1)式を初期値ゼロとしてラプラス変換し、セルフアライニングトルクSATについて解くと下記(2)式が得られる。
SAT(s) = Tm(s) + T(s) − J・αm(s) − Fr・sign(ωm(s)) …(2)
上記(2)式から分かるように、電動モータ12の慣性J及び静摩擦Frを定数として予め求めておくことで、モータ角速度ωm、モータ角加速度αm、アシストトルクTm及び操舵トルクTよりセルフアライニングトルクSATを検出することができ、このセルフアライニングトルク検出値をSATdとする。ここで、アシストトルクTmは操舵補助電流指令値Irefに比例するので、アシストトルクTmに代えて操舵補助電流指令値Irefを適用する。
J ・ αm + Fr ・ sign (ωm) + SAT = Tm + T (1)
Here, when the above equation (1) is Laplace transformed with the initial value zero and the self-aligning torque SAT is solved, the following equation (2) is obtained.
SAT (s) = Tm (s) + T (s) − J · αm (s) − Fr · sign (ωm (s)) (2)
As can be seen from the above equation (2), the inertia J and static friction Fr of the
さらに、摩擦補償部36は、図5に示すように、角速度演算部31で算出された角速度ωmが入力されてその正負の符号を判定する符号判定部36aと、予め減速ギヤ11で生じる摩擦に対応した摩擦補正値Ifaが格納された補正値格納部36bと、この補正値格納部36bに格納された摩擦補正値Ifaと符号判定部36aで判定された符号とを乗算して摩擦補償値Ifを算出する乗算器36cとで構成されている。
Further, as shown in FIG. 5, the
そして、慣性補償部34で算出された慣性補償値Iiと摩擦補償部36で算出された摩擦補償値Ifを後述する補償値補正部24で補正した補正摩擦補償値If′とが加算器37で加算され、この加算器37の加算出力と収斂性補償部33で算出された収斂性補償値Icとが加算器38で加算されて指令補償値Icomが算出され、この指令補償値Icomが操舵補助電流指令値演算部21から出力される操舵補助電流指令値Irefに加算器39で加算されて補償後操舵補助電流指令値Iref′が算出され、この補償後操舵補助電流指令値Iref′がd−q軸電流指令値演算部25に出力される。
An
また、グリップロス度検出部23は、前述した指令値補償部22のSAT検出部35から入力されるセルフアライニングトルク検出値SATdとセルフアライニングトルクを推定するSAT推定部41から入力されるセルフアライニングトルク推定値SATpとに基づいてタイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度を算出する。
ここで、SAT推定部41でセルフアライニングトルク推定値SATpを推定する原理は、以下の通りである。
The grip loss
Here, the principle by which the
タイヤが横滑りしながら転動する車両運動の様子をモデル化したものを、図6及び図7に示す。
図6では、タイヤが接地面全体において発生する横力はトレッド部の横方向への変形面積(斜線部)となり、セルフアライニングトルクSATがスリップ角を減少させる方向に働く様子を示している。また、図7は、横力の着力点(接地面の中心点)がタイヤの中心線より後方にあることを示している。そして、ニューマチックトレールとキャスタトレールとの加算値がトレールとなる。
FIG. 6 and FIG. 7 show a model of a vehicle motion in which the tire rolls while skidding.
In FIG. 6, the lateral force generated on the entire ground contact surface of the tire becomes a deformation area (shaded portion) in the lateral direction of the tread portion, and the self-aligning torque SAT acts in the direction of decreasing the slip angle. FIG. 7 also shows that the point of application of lateral force (the center point of the contact surface) is behind the tire centerline. The added value of the pneumatic trail and the caster trail is the trail.
図6及び図7より、セルフアライニングトルクSATは横力Fyとトレールとの積(横力Fy×トレール)であることがわかる。すなわち、トレールをεnとすると、セルフアライニングトルクSATは次式(3)で算出することができる。なお、この(3)式で算出されるセルフアライニングトルクを、セルフアライニングトルクの推定値SATpとする。 6 and 7, it can be seen that the self-aligning torque SAT is a product of the lateral force Fy and the trail (lateral force Fy × trailer). That is, when the trail is εn, the self-aligning torque SAT can be calculated by the following equation (3). The self-aligning torque calculated by the equation (3) is assumed to be an estimated value SATp of the self-aligning torque.
SATp=εn・Fy ……(3)
なお、重心から後輪までの距離をL2(固定値)、車両重量をm、横加速度をGy、車両慣性モーメントをMo、ヨーレートγの微分値をdγ/dt、ホイールベースをLとしたとき、横力Fyは次式(4)により算出することができる。
Fy=(L2・m・Gy+Mo・dγ/dt)/L ……(4)
一方、図8は横力FyとセルフアライニングトルクSATの特性をスリップ角に対して示す特性図であり、横力FyとセルフアライニングトルクSATとはスリップ角に対して非線形な特性となっている。そして、セルフアライニングトルクSATは横力Fy×トレールεnであり、キャスタトレールは固定値であることから、セルフアライニングトルクSATの横力Fyに対する非線形特性はニューマチックトレールの変化を直接表すことになる。また、セルフアライニングトルクSATの横力に対する特性は、図7における滑り域が増大し、ニューマチックトレールが減少することによって生じる。
SATp = εn · Fy (3)
When the distance from the center of gravity to the rear wheel is L2 (fixed value), the vehicle weight is m, the lateral acceleration is Gy, the vehicle inertia moment is Mo, the differential value of the yaw rate γ is dγ / dt, and the wheelbase is L, The lateral force Fy can be calculated by the following equation (4).
Fy = (L2 · m · Gy + Mo · dγ / dt) / L (4)
On the other hand, FIG. 8 is a characteristic diagram showing the characteristics of the lateral force Fy and the self-aligning torque SAT with respect to the slip angle. The lateral force Fy and the self-aligning torque SAT are nonlinear characteristics with respect to the slip angle. Yes. Since the self-aligning torque SAT is the lateral force Fy × the trail εn and the caster trail is a fixed value, the non-linear characteristic of the self-aligning torque SAT with respect to the lateral force Fy directly represents a change in the pneumatic trail. Become. Further, the characteristic of the self-aligning torque SAT with respect to the lateral force is caused by an increase in the slip area in FIG. 7 and a decrease in the pneumatic trail.
さらに、セルフアライニングトルクSATは横力Fyとトレールεnとの積であり、線形領域では滑り域は増加せず、ニューマチックトレールは一定値であることから、線形領域でのニューマチックトレールとキャスタトレールとの和、つまりトレールεnで横力FyをセルフアライニングトルクSATの次元に合わせてセルフアライニングトルク推定値SATpとして図示すると図9のようになる。 Further, since the self-aligning torque SAT is a product of the lateral force Fy and the trail εn, the slip area does not increase in the linear region, and the pneumatic trail has a constant value. Therefore, the pneumatic trail and caster in the linear region are constant. FIG. 9 shows the estimated sum SATp as the self-aligning torque SATp in accordance with the dimension of the self-aligning torque SAT with the sum of the trails, that is, with the trail εn.
ここで、ニューマチックトレールが一定であれば、セルフアライニングトルク検出値SATdとセルフアライニングトルク推定値SATpとは同じ軌跡を辿るが、滑り域が増大してニューマチックトレールが減少するとセルフアライニングトルク検出値SATdとセルフアライニングトルク推定値SATpとに差が生じる。この差はグリップが失われた度合を表し、これを本発明では「グリップロス度」とする。上記(2)式で算出されたセルフアライニングトルク検出値SATdと、上記(3)式で算出されたセルフアライニングトルク推定値SATpとを次式(5)により比較する。 Here, if the pneumatic trail is constant, the self-aligning torque detection value SATd and the self-aligning torque estimated value SATp follow the same trajectory, but if the sliding area increases and the pneumatic trail decreases, self-aligning There is a difference between the detected torque value SATd and the estimated self-aligning torque value SATp. This difference represents the degree to which the grip is lost, and this is referred to as “grip loss degree” in the present invention. The self-aligning torque detection value SATd calculated by the above equation (2) and the self-aligning torque estimated value SATp calculated by the above equation (3) are compared by the following equation (5).
g=SATp−SATd ……(5)
この(5)式で算出されるgがグリップロス度であり、このグリップロス度gにより車両におけるタイヤのグリップ力が失われた度合を推定することができる。
図9は、セルフアライニングトルク検出値SATdとセルフアライニングトルク推定値SATp(トレールεn×横力Fy)とを比較して示す特性図であり、スリップ角が大きくなるにしたがって、セルフアライニングトルクSATが失われる様子を示しており、上記(5)式から算出されるセルフアライニングトルク検出値SATdとセルフアライニングトルク推定値SATpとの差をグリップロス度g(図中網かけ部)として示している。
g = SATp−SATd (5)
The g calculated by the equation (5) is the grip loss degree, and the degree of loss of the grip force of the tire in the vehicle can be estimated from the grip loss degree g.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a comparison between the detected self-aligning torque value SATd and the estimated self-aligning torque value SATp (trail εn × lateral force Fy). The self-aligning torque increases as the slip angle increases. This shows how the SAT is lost, and the difference between the self-aligning torque detection value SATd and the self-aligning torque estimated value SATp calculated from the above equation (5) is used as the grip loss degree g (shaded portion in the figure). Show.
このため、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ42と車両の横加速度を検出する横加速度センサ43とを設け、これらヨーレートセンサ42で検出したヨーレートγと横加速度センサ43で検出した横加速度Gyとを横力検出部44へ入力し、この横力検出部44で前記(4)式の演算を行って横力Fyを算出し、算出した横力FyをSAT推定部41に入力して、このSAT推定部41で前記(3)式の演算を行うことにより、セルフアライニングトルク推定値SATpを算出する。
For this reason, a yaw rate sensor 42 that detects the yaw rate of the vehicle and a lateral acceleration sensor 43 that detects the lateral acceleration of the vehicle are provided, and the yaw rate γ detected by the yaw rate sensor 42 and the lateral acceleration Gy detected by the lateral acceleration sensor 43 are obtained. This is input to the lateral
そして、SAT検出部35で検出したセルフアライニングトルク検出値SATdとSAT推定部41で推定したセルフアライニングトルク推定値SATpとをグリップロス度検出部23に入力し、このグリップロス度検出部23で前記(5)式の演算を行うことにより、タイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度gを算出し、算出したグリップロス度gを補償値補正部24に入力する。
The self-aligning torque detection value SATd detected by the
この補償値補正部24は、グリップロス度検出部23で検出したグリップロス度gが入力されるゲイン算出部51と、このゲイン算出部51で算出された補償ゲインKを摩擦補償部36で算出された摩擦補償値Ifに乗算する乗算器52とを備えている。
ゲイン算出部51は、入力されるグリップロス度gをもとに、図10に示すゲイン算出マップを参照して摩擦補償値Ifを補正する補償ゲインKを算出する。ここで、ゲイン算出マップは、図10に示すように、グリップロス度gが正値である場合には、グリップロス度gが0から第1の閾値Th1までの間では補償ゲインKが“1”となり、グリップロス度gが第1の閾値Th1を超えると補償ゲインKが“1”からグリップロス度gの増加に応じて増加し、第1の閾値Th1より僅かに大きい閾値Th1′で補償ゲインKが“1”より大きい所定値Ksに達し、その後、グリップロス度gが第2の閾値Th2に達するまでは補償ゲインKが所定値Ksを維持し、グリップロス度gが第2の閾値Th2を超えるとグリップロス度gの増加に応じて比較的急な傾きで補償ゲインKが “1”を下回るように減少して“0”に達するように特性線が設定されている。また、グリップロス度gが負値である場合も0から第1の閾値−Th1までの間補償ゲインKが“1”を維持し、第1の閾値−Th1から閾値−Th1′までの間で補償ゲインKが所定値Ksまで増加し、その後第2の閾値−Th2までの間で補償ゲインKが所定値Ksを維持し、第2の閾値−Th2を超えると、グリップロス度gの絶対値の増加に応じて比較的急な傾きで補償ゲインKが“1”を下回るように減少して“0”に達するように特性線が設定されている。
The compensation
The
また、d−q軸電流指令値演算部25は、補償後操舵補助電流指令値Iref′とモータ角速度ωmとに基づいてd軸電流指令値Idrefを算出するd軸電流指令値算出部61と、電気角変換部30から入力される電気角θe及びモータ角速度ωmに基づいてd−q軸誘起電圧モデルEMF(Electromotive Force)のd軸EMF成分ed(θ)及びq軸EMF成分eq(θ)を算出する誘起電圧モデル算出部62と、この誘起電圧モデル算出部62から出力されるd軸EMF成分ed(θ)及びq軸EMF成分eq(θ)とd軸電流指令値算出部61から出力されるd軸電流指令値Idrefと補償後操舵補助電流指令値Iref′とモータ角速度ωmとに基づいてq軸電流指令値Iqrefを算出するq軸電流指令値算出部63とを備えている。そして、d軸電流指令値算出部61で算出されたd軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値算出部63で算出されたq軸電流指令値Iqrefが2相/3相変換部26に供給される。
The dq-axis current command
この2相/3相変換部26では、入力されるd軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefを電気角変換部30から入力される電気角θeに基づいて2相/3相変換して3相モータ電流指令値Iaref、Ibref及びIcrefを算出し、算出したモータ電流指令値Iaref、Ibref及びIcrefをモータ電流制御部27に出力する。
The two-phase / three-
モータ電流制御部27は、電動モータ12の3相コイルに供給されるモータ電流Ia、Ib及びIcを検出するモータ電流検出部70と、2相/3相変換部26から入力されるモータ電流指令値Iaref,Ibref及びIcrefからモータ電流検出部70で検出したモータ電流Ia、Ib及びIcを個別に減算して各相電流偏差ΔIa、ΔIb及びΔIcを求める減算器71a、71b及び71cと、求めた各相電流偏差ΔIa、ΔIb及びΔIcに対して比例積分制御を行って電圧指令値Va、Vb及びVcを算出する電流制御部72と、この電流制御部72から出力される電圧指令値Va、Vb及びVcに基づいてデューティ演算を行って電動モータ12の各相のデューティ比を算出してパルス幅変調(PWM)信号でなるインバータ制御信号を形成するパルス幅変調部73と、このパルス幅変調部73から出力されるインバータ制御信号に基づいて3相モータ電流Ia、Ib及びIcを形成して電動モータ12に出力するインバータ74とを備えている。
The motor
次に、コントローラ15での動作を図11のフローチャートを参照して説明する。
まず、トルクセンサ14からの操舵トルクT、車速センサ16からの車速Vx、回転角センサ17からのモータ回転角θm、ヨーレートセンサ42からのヨーレートγ、横加速度センサ43からの横加速度Gyを読込む(ステップS1)。次いで、入力した操舵トルクT及び車速Vxに基づき図3に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵トルクT及び車速Vxに応じた操舵補助電流指令値Irefを算出し(ステップS2)、回転角センサ17からのモータ回転角θmに基づいて電動モータ12の角速度ωmを演算すると共に、角加速度αmを演算する(ステップS3)。
Next, the operation of the controller 15 will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the steering torque T from the
次いで、操舵トルクT、操舵補助電流指令値Iref、モータ角速度ωm及びモータ角加速度αmをもとに前記(2)式の演算を行ってセルフアライニングトルク検出値SATdを検出する(ステップS4)。さらに、ヨーレートγ、横加速度Gyをもとに前記(4)式の演算を行って横力Fyを算出し、算出した横力Fyとトレールεnとに基づいて前記(3)式の演算を行うことにより、セルフアライニングトルク推定値SATpを算出する(ステップS5)。 Next, based on the steering torque T, the steering assist current command value Iref, the motor angular velocity ωm, and the motor angular acceleration αm, the calculation of equation (2) is performed to detect the self-aligning torque detection value SATd (step S4). Furthermore, the lateral force Fy is calculated based on the yaw rate γ and the lateral acceleration Gy, and the lateral force Fy is calculated. Based on the calculated lateral force Fy and the trail εn, the above equation (3) is calculated. Thus, the self-aligning torque estimated value SATp is calculated (step S5).
続いて、セルフアライニングトルク検出値SATd及びセルフアライニングトルク推定値SATpの偏差からグリップロス度gを検出し(ステップS6)、このグリップロス度gに基づき図9に示す補償ゲイン算出マップを参照して摩擦補償値Ifを補正するための補償ゲインKを算出し(ステップS7)、続いて角速度ωmの符号と予め設定した補償補正値Ifaとを乗算して摩擦補償値Ifを算出し(ステップS8)、算出した摩擦補償値Ifに補償ゲインKを乗算して補正摩擦補償値If′を算出する(ステップS9)。 Subsequently, the grip loss degree g is detected from the deviation between the self-aligning torque detection value SATd and the self-aligning torque estimated value SATp (step S6), and the compensation gain calculation map shown in FIG. 9 is referred to based on the grip loss degree g. Then, the compensation gain K for correcting the friction compensation value If is calculated (step S7), and then the friction compensation value If is calculated by multiplying the sign of the angular velocity ωm and the preset compensation correction value Ifa (step S7). S8), the corrected friction compensation value If ′ is calculated by multiplying the calculated friction compensation value If by the compensation gain K (step S9).
次いで、モータ角速度ωmに基づいてヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償値Icを算出すると共に、モータ角加速度αmに基づいて電動モータ12の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止する慣性補償値Iiを算出し(ステップS10)、収斂性補償値Ic、慣性補償値Ii及び補正摩擦補償値If′を加算して補償値Icomを算出し(ステップS11)、算出した補償値Icomを操舵補助電流指令値Irefに加算して補償後操舵補助電流指令値Iref′を算出する(ステップS12)。
Next, a convergence compensation value Ic for compensating the convergence of the yaw rate is calculated based on the motor angular velocity ωm, and an inertial feeling or a torque equivalent generated by the inertia of the
次いで、算出した補償後操舵補助電流指令値Iref′に基づいてd軸電流指令値Idrefを算出すると共に、q軸電流指令値Iqrefを算出し(ステップS13)、次いでd軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefを電気角θeに基づいて2相/3相変換して3相モータ電流指令値Iaref、Ibref及びIcrefを算出する(ステップS14)。 Next, the d-axis current command value Idref is calculated based on the calculated post-compensation steering assist current command value Iref ′, the q-axis current command value Iqref is calculated (step S13), and then the d-axis current command values Idref and q The shaft current command value Iqref is subjected to two-phase / three-phase conversion based on the electrical angle θe to calculate three-phase motor current command values Iaref, Ibref, and Icref (step S14).
次いで、3相モータ電流指令値Iaref、Ibref及びIcrefからモータ電流検出部70で検出したモータ電流Ia、Ib及びIcを減算して電流偏差ΔIa、ΔIb及びΔIcを算出し(ステップS15)、PI電流制御部72で算出した電流偏差ΔIa、ΔIb及びΔIcに対してPI制御処理を行って電圧指令値Va、Vb及びVcを算出し(ステップS16)、算出した電圧指令値Va、Vb及びVcをパルス幅変調してパルス幅変調信号を形成し、形成したパルス幅変調信号をインバータ74に出力する(ステップS17)。
Next, the motor currents Ia, Ib, and Ic detected by the motor
これにより、インバータ74から3相のモータ駆動電流Ia、Ib及びIcが電動モータ12に出力され、電動モータ12が駆動制御されることにより、操舵トルクT及び車速Vxに応じた最適な操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速ギヤ11を介してステアリングシャフト2に伝達される。
したがって、図10に示すように、グリップロスが生じていないかグリップロス度gが不感帯幅となる−Th1≦g≦+Th1内の値であれば補償ゲインKが“1”に設定され、この補償ゲインKが乗算器52で摩擦補償部36から出力される摩擦補償値Ifに乗算されるので、摩擦補償値Ifがそのまま補正摩擦補償値If′として加算器37に入力される。
As a result, three-phase motor drive currents Ia, Ib, and Ic are output from the
Therefore, as shown in FIG. 10, if the grip loss does not occur or the grip loss degree g is a value within −Th1 ≦ g ≦ + Th1 where the dead band width is obtained, the compensation gain K is set to “1”. Since the gain K is multiplied by the friction compensation value If output from the
このため、指令値補償部22で、通常の収斂性補償値Ic、慣性補償値Ii及び補正摩擦補償値If′が算出されて、これら補償値が加算されて補償値Icomが算出され、これが操舵補助電流指令値演算部21で算出された操舵補助電流指令値Irefに加算されて操舵状態に最適な指令値補償が行われ、運転者のステアリングホイール1の操舵操作を的確に補助することができる。
Therefore, the command
この状態から、グリップロス度gの絶対値が第1の閾値Th1を超えて増加すると、第2の閾値Th2未満であるときには、補償ゲイン算出部51で“1”より大きい補償ゲインKが算出され、この補償ゲインKが摩擦補償部36で算出される摩擦補償値Ifに乗算器52で乗算される。
このため、摩擦補償値Ifが増加補正されて補正摩擦補償値If′となるので、摩擦補償量が増加されることになり、操舵反力を減少させて、運転者にタイヤのグリップ力が失われ始めている状態を確実に感知させることができる。
From this state, when the absolute value of the grip loss degree g increases beyond the first threshold Th1, when the absolute value of the grip loss degree g is less than the second threshold Th2, the compensation
For this reason, the friction compensation value If is corrected to increase to become the corrected friction compensation value If ′, so that the friction compensation amount is increased, the steering reaction force is reduced, and the tire grip force is lost to the driver. It is possible to reliably detect the state of being broken.
さらに、グリップロス度gの絶対値が第2の閾値Th2以上となると、補償ゲイン算出部51で算出される補償ゲインKがグリップロス度gの増加に応じて“1”を下回るように減少することになり、この補償ゲインKが乗算器52で摩擦補償部36で算出され摩擦補償値Ifに乗算されるので、乗算器52の出力である補正摩擦補償値If′は、摩擦補償値Ifより小さなとなり、操舵反力を増加させることになるので、運転者のステアリングホイールの切増し操舵を抑制させることができ、グリップ力が失われることにより車両挙動が不安定となることを抑制することができる。
Further, when the absolute value of the grip loss degree g is equal to or greater than the second threshold Th2, the compensation gain K calculated by the compensation
また、ここでは、操舵トルクT、アシストトルクTm、電動モータ12の角速度ωm及び角加速度αmに基づいて検出したセルフアライニングトルク検出値SATdと、車両に発生する横力Fyに基づくセルフアライニングトルク推定値SATpとの偏差からグリップロス度gを算出している。ここで、タイヤのグリップ力が失われた場合、これに対するセルフアライニングトルクの応答性は、グリップ力が失われたことに対するヨーレートの応答性に比較して速い。
Also, here, the self-aligning torque based on the self-aligning torque detection value SATd detected based on the steering torque T, the assist torque Tm, the angular velocity ωm and the angular acceleration αm of the
したがって、セルフアライニングトルクを用いてグリップロス度を算出することによって、ヨーレートを用いてグリップロス度を算出する場合に比較してより早い段階で、グリップロス度の変化を検出することができる。よって、セルフアライニングトルクを用いてグリップロス度を算出することにより、グリップ状況をより高精度に検出することができ、このようにして検出したグリップ状況にしたがって操舵補助電流指令値Irefを補正し、操舵補助力を低減することによって、より的確に操舵補助力を発生させることができ、グリップロス度に応じて切り増しし過ぎることを回避し、グリップ力が失われることにより車両挙動が不安定となることを抑制することができ、車両走行安定性を向上させることができる。 Therefore, by calculating the grip loss degree using the self-aligning torque, it is possible to detect a change in the grip loss degree at an earlier stage than when calculating the grip loss degree using the yaw rate. Therefore, by calculating the degree of grip loss using the self-aligning torque, the grip situation can be detected with higher accuracy, and the steering assist current command value Iref is corrected in accordance with the grip situation thus detected. By reducing the steering assist force, it is possible to generate the steering assist force more accurately, avoiding excessive increase according to the degree of grip loss, and unstable vehicle behavior due to loss of grip force Can be suppressed, and vehicle running stability can be improved.
また、上述のようにグリップロス度が不感帯幅内の値である場合には、摩擦補償値Ifの補正は行わないので、グリップロスが発生していないか比較的グリップロスが小さく悪影響を及ぼすことのない状況であるにも関わらず操舵補助力が抑制され、十分な操舵補助力を発生されないことに起因して運転者に違和感を与えることを回避することができる。
ここで、操舵トルクセンサ14が操舵トルク検出手段に対応し、図8の処理が制御手段に対応し、このうちステップS2の処理が電流指令値演算部に対応し、ステップS4の処理がSAT検出部35(セルフアライニングトルク検出手段)に対応し、ステップS5の処理がSAT推定部41に対応し、ステップS6の処理がグリップロス度検出部(グリップロス度検出手段)に対応し、ステップS7及びS9の処理が補償値補正部(補償値補正手段)に対応し、ステップS8の処理が摩擦補償部(摩擦補正手段)に対応し、ステップS8〜S12の処理が指令値補償部22に対応し、ステップS13の処理がd−q軸電流指令値演算部25に対応し、ステップS14の処理が2相/3相変換部26に対応し、ステップS15の処理が減算器71a〜71cに対応し、ステップS16の処理がPI電流制御部72に対応し、ステップS17の処理がパルス幅変調部73に対応している。
Further, as described above, when the grip loss degree is a value within the dead band width, the friction compensation value If is not corrected, so that the grip loss does not occur or the grip loss is relatively small and has an adverse effect. It is possible to prevent the driver from feeling uncomfortable due to the fact that the steering assist force is suppressed in spite of the absence of the situation and sufficient steering assist force is not generated.
Here, the
なお、上記実施形態においては、補償ゲイン算出部51でグリップロス度gに基づいて補償ゲインKを算出する補償ゲイン算出マップの特性線が線形に設定されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、特性線を非線形に設定するようにしてもよく、さらには図10で一点鎖線図示のように、グリップロス度gが第2の閾値Th2又は−Th2を超えたときに、負側まで減少させて、操舵反力をより大きくするようにしてもよい。このとき、補償ゲインKの下限値Ks′を設定しておくとよい。
In the above embodiment, the case where the characteristic line of the compensation gain calculation map in which the compensation
次に、本発明の第2の実施形態を図12及び図13について説明する。
この第2の実施形態では、摩擦補償部36で算出した摩擦補償値Ifの補正をゲインKを乗算する場合に代えて摩擦補償値Ifに補正値Gを加算するようにしたものである。
すなわち、第2の実施形態では、図12に示すように、前述した第1の実施形態における補償値補正部24の構成が、ゲイン算出部51及び乗算器52が省略され、これらに代えてグリップロス度gをもとに図13に示す補正値算出マップを参照して摩擦補償値Ifに対する補正値Gを算出する補正値算出部53及びこの補正値算出部53で算出した補正値Gを摩擦補償値Ifに加算する加算器54が設けられていることを除いては前述した図2と同様の構成を有し、図2との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the second embodiment, the correction value G is added to the friction compensation value If instead of the correction of the friction compensation value If calculated by the
That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 12, the configuration of the compensation
ここで、補正値算出マップは、図13に示すように、グリップロス度gが正値である場合には、グリップロス度gが0から第1の閾値Th1までの間では補正値Gが“0”となり、グリップロス度gが第1の閾値Th1を超えると補正値Gが“0”からグリップロス度gの増加に応じて増加し、第1の閾値Th1より僅かに大きい閾値Th1′で補正値Gが所定値Gsに達し、その後、グリップロス度gが第2の閾値Th2に達するまでは補正値Gが所定値Gsを維持し、グリップロス度gが第2の閾値Th2を超えるとグリップロス度gの増加に応じて補正値Gが “0”を超えて負方向まで減少するように特性線が設定されている。また、グリップロス度gが負値である場合も0から第1の閾値−Th1までの間補正値Gが“0”を維持し、第1の閾値−Th1から閾値−Th1′までの間で補正値Gが所定値Gsまで増加し、その後第2の閾値−Th2までの間で補正値Gが所定値Gsを維持し、第2の閾値−Th2を超えると、グリップロス度gの絶対値の増加に応じて補正値Gが“0”を超えて負方向まで減少するように特性線が設定されている。このとき、補正値Gの下限値Gs′を設定して置くと良い。 Here, as shown in FIG. 13, in the correction value calculation map, when the grip loss degree g is a positive value, the correction value G is “0” between the grip loss degree g and the first threshold value Th1. When the grip loss degree g exceeds the first threshold Th1, the correction value G increases from “0” as the grip loss degree g increases, and reaches a threshold Th1 ′ that is slightly larger than the first threshold Th1. When the correction value G reaches the predetermined value Gs and then the grip loss degree g remains at the predetermined value Gs until the grip loss degree g reaches the second threshold Th2, and the grip loss degree g exceeds the second threshold Th2. The characteristic line is set so that the correction value G exceeds “0” and decreases in the negative direction as the grip loss degree g increases. Even when the grip loss degree g is a negative value, the correction value G remains “0” from 0 to the first threshold −Th1, and between the first threshold −Th1 and the threshold −Th1 ′. When the correction value G increases to the predetermined value Gs, and thereafter the correction value G maintains the predetermined value Gs until the second threshold value -Th2, and exceeds the second threshold value -Th2, the absolute value of the grip loss degree g The characteristic line is set so that the correction value G exceeds “0” and decreases in the negative direction in accordance with an increase in the value of. At this time, a lower limit value Gs ′ of the correction value G may be set and set.
この第2の実施形態によると、グリップロス度gが生じていないかグリップロス度gが不感帯幅となる−Th1≦g≦+Th1内であれば補正値Gが“0”に設定され、この補正値Gが加算器54で摩擦補償部36から出力される摩擦補償値Ifに加算されるので、摩擦補償値Ifがそのまま補正摩擦補償値If′として加算器37に入力される。このため、指令値補償部22で、通常の収斂性補償値Ic、慣性補償値Ii及び補正摩擦補償値If′が算出されて、これら補償値が加算されて補償値Icomが算出され、これが操舵補助電流指令値演算部21で算出された操舵補助電流指令値Irefに加算されて操舵状態に最適な指令値補償が行われ、運転者のステアリングホイール1の操舵操作を的確に補助することができる。
According to the second embodiment, the correction value G is set to “0” if the grip loss degree g is not generated or the grip loss degree g is within the dead band width −Th1 ≦ g ≦ + Th1, and this correction is performed. Since the value G is added to the friction compensation value If output from the
この状態から、グリップロス度gの絶対値が第1の閾値Th1を超えて増加すると、第2の閾値Th2未満であるときには、補償ゲイン算出部51で“0”より大きい補正値Gが算出され、この補正値Gが摩擦補償部36で算出される摩擦補償値Ifに加算器54で加算される。
このため、摩擦補償値Ifが増加補正されて補正摩擦補償値If′となるので、摩擦補償量が増加されることになり、操舵反力を減少させて、運転者にタイヤのグリップ力が失われ始めている状態を確実に感知させることができる。
From this state, when the absolute value of the grip loss degree g increases beyond the first threshold Th1, when it is less than the second threshold Th2, the compensation
For this reason, the friction compensation value If is corrected to increase to become the corrected friction compensation value If ′, so that the friction compensation amount is increased, the steering reaction force is reduced, and the tire grip force is lost to the driver. It is possible to reliably detect the state of being broken.
さらに、グリップロス度gの絶対値が第2の閾値Th2以上となると、補償ゲイン算出部51で算出される補正値Gがグリップロス度gの増加に応じて“0”を超えて減少することになり、この補正値Gが加算器54によって摩擦補償部36で算出され摩擦補償値Ifに加算されるので、乗算器52の出力である補正摩擦補償値If′は、補正値Gが負となったときに摩擦補償値Ifより小さな値となり、操舵反力を増加させることになるので、運転者のステアリングホイールの切増し操舵を抑制させることができ、グリップ力が失われることにより車両挙動が不安定となることを抑制することができる。
Furthermore, when the absolute value of the grip loss degree g is equal to or greater than the second threshold Th2, the correction value G calculated by the compensation
なお、上記第1及び第2の実施形態においては、摩擦補償値Ifに補償ゲインKを乗算するか又は摩擦補償値Ifに補正値Gを加算する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、摩擦補償値Ifに補償ゲインKを乗算し、その乗算値に補正値Gを加算して補正摩擦補償値If′を算出するようにしてもよい。
また、上記第1及び第2の実施形態においては、車両の横加速度を横加速度センサ43で検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ステアリング機構SMの操舵角と車速Vxとに基づいて横加速度を推定するようにしてもよい。
In the first and second embodiments, the case where the friction compensation value If is multiplied by the compensation gain K or the correction value G is added to the friction compensation value If has been described. However, the present invention is not limited to this. Instead, the corrected friction compensation value If ′ may be calculated by multiplying the friction compensation value If by the compensation gain K and adding the correction value G to the multiplied value.
In the first and second embodiments, the case where the lateral acceleration of the vehicle is detected by the lateral acceleration sensor 43 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the steering angle of the steering mechanism SM and the vehicle speed Vx are not limited thereto. The lateral acceleration may be estimated based on the above.
さらに、上記第1及び第2の実施形態においては、ヨーレートγ、横加速度Gy及び車両運動モデルに基づいて横力Fyを推定し、この横力Fyに基づいて実際に車両に作用するセルフアライニングトルクを推定する場合について説明したが、ハブ等に横力センサを設け、この横力センサで直接横力を検出し、これを用いてセルフアライニングトルク推定値SATpを算出してもよい。 Further, in the first and second embodiments, the lateral force Fy is estimated based on the yaw rate γ, the lateral acceleration Gy, and the vehicle motion model, and the self-aligning that actually acts on the vehicle based on the lateral force Fy. Although the case of estimating the torque has been described, a lateral force sensor may be provided on the hub or the like, and the lateral force may be directly detected by the lateral force sensor, and the self-aligning torque estimated value SATp may be calculated using this.
また、横力Fyを用いずに、水平面における車両運動モデルと、車速Vx及び操舵角δとを用いてセルフアライニングトルクを推定してもよい。
つまり、ヨーレートγとスリップ角βと車速Vxと操舵角δとの関係は、次式(6)及び(7)で表すことができる。
mVx・(dβ/dt)
=−[mVx+[(Kf・Lf−Kr・Lr)/Vx]]・γ−(Kf+Kr)・β+Kf・δ/n
……(6)
I・(dγ/dt)
=−[(Kf・Lf2+Kr・Lr2)/Vx]・γ+(−Kf・Lf+Kr・Lr)・β
+Kf・Lf・δ/n
……(7)
なお、(6)及び(7)式中の、mは車両重量、Iは車両重心を通るZ軸回りの慣性モーメント、Lはホイールベース(L=Lf+Lr)、Lf,Lrは、前,後車軸から重心までの水平距離、Kf,Krは、前,後タイヤのコーナリングパワー、nはオーバーオールステアリングギア比、δ/nは前輪実舵角、βは車体重心のスリップ角、Vxは車速、γはヨーレートである。
Alternatively, the self-aligning torque may be estimated using the vehicle motion model in the horizontal plane, the vehicle speed Vx, and the steering angle δ without using the lateral force Fy.
That is, the relationship among the yaw rate γ, the slip angle β, the vehicle speed Vx, and the steering angle δ can be expressed by the following equations (6) and (7).
mVx · (dβ / dt)
= − [MVx + [(Kf · Lf−Kr · Lr) / Vx]] · γ− (Kf + Kr) · β + Kf · δ / n
...... (6)
I · (dγ / dt)
= − [(Kf · Lf 2 + Kr · Lr 2 ) / Vx] · γ + (− Kf · Lf + Kr · Lr) · β
+ Kf · Lf · δ / n
...... (7)
In the equations (6) and (7), m is the vehicle weight, I is the moment of inertia about the Z axis passing through the center of gravity of the vehicle, L is the wheel base (L = Lf + Lr), and Lf and Lr are the front and rear axles. The horizontal distance from the center of gravity to the center of gravity, Kf and Kr are the cornering power of the front and rear tires, n is the overall steering gear ratio, δ / n is the actual steering angle of the front wheels, β is the slip angle of the center of gravity of the vehicle body, Vx is the vehicle speed, and γ is Yaw rate.
セルフアライニングトルクはヨーレートγとスリップ角βの関数として表すことができることから、ヨーレートγとスリップ角βとを車速Vxと操舵角δとの関数として整理すれば、セルフアライニングトルク推定値SATpを求めることができる。車速Vxと操舵角δよりセルフアライニングトルク推定値SATpを求めると、図14に示すようになる。この特性は実験によって車両毎の特性値を測定してから、車両運動モデルを用いてシミュレーションによって作成してもよい。 Since the self-aligning torque can be expressed as a function of the yaw rate γ and the slip angle β, if the yaw rate γ and the slip angle β are arranged as a function of the vehicle speed Vx and the steering angle δ, the self-aligning torque estimated value SATp is obtained. Can be sought. When the self-aligning torque estimated value SATp is obtained from the vehicle speed Vx and the steering angle δ, it is as shown in FIG. This characteristic may be created by simulation using a vehicle motion model after measuring a characteristic value for each vehicle by experiment.
したがって、この場合には、図15に示すように、車速センサ(車速検出手段)21で検出した車速Vxと、図示しない操舵角センサ(操舵角検出手段)で検出した操舵角δとをSAT推定部41に入力し、このSAT推定部41で、図14の特性図にしたがってセルフアライニングトルク推定値SATpを算出すればよい。
さらにまた、上記第1及び第2の実施形態においては、モータ角速度ωm、モータ角加速度αm、操舵トルクT及び操舵補助電流指令値Irefに基づいてセルフアライニングトルクSATを推定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、操舵補助電流指令値Irefに代えて、モータ電流検出部70で検出したモータ電流Ia〜Icを3相/2相変換してq軸電流Iqを算出し、このq軸電流Iqとモータ角加速度αmとに基づいて下記(8)式の演算を行って算出したモータアシストトルクTmaを適用するようにしてもよい。
Therefore, in this case, as shown in FIG. 15, the vehicle speed Vx detected by the vehicle speed sensor (vehicle speed detection means) 21 and the steering angle δ detected by a steering angle sensor (steering angle detection means) (not shown) are estimated by SAT. The
In the first and second embodiments, the case where the self-aligning torque SAT is estimated based on the motor angular velocity ωm, the motor angular acceleration αm, the steering torque T, and the steering auxiliary current command value Iref has been described. However, the present invention is not limited to this, and instead of the steering assist current command value Iref, the motor currents Ia to Ic detected by the motor
Tma= Kt・Iq−Jm・αm ……(8)
ここで、Ktはモータのトルク定数、Jmはモータのロータ部の慣性モーメントである。
この他、電動モータ12の出力軸、減速ギヤ11の入出力軸等のトルク伝達軸に磁歪式トルクセンサなどのトルクセンサを配設し、このトルクセンサで検出したモータアシストトルクTmaを適用するようにしてもよい。
Tma = Kt · Iq−Jm · αm (8)
Here, Kt is the torque constant of the motor, and Jm is the moment of inertia of the rotor portion of the motor.
In addition, a torque sensor such as a magnetostrictive torque sensor is provided on the torque transmission shaft such as the output shaft of the
なおさらに、上記第1及び第2の実施形態においては、ステアリングシャフト2に減速ギヤ11を介して電動モータ12を連結したコラム形式の電動パワーステアリング装置に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、減速ギヤ11に代えて他の減速機を適用することもでき、さらにはステアリングギヤ機構8に減速機を介して電動モータを連結するピニオン形式の電動パワーステアリング装置やラック軸に減速機を介して電動モータを連結するラック形式の電動パワーステアリング装置にも本発明を適用することができる。
In the first and second embodiments, the case where the present invention is applied to a column-type electric power steering apparatus in which the
また、上記第1及び第2の実施形態においては、本発明をブラシレスモータに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ブラシ付きモータに適用する場合には、図16に示すように、角速度演算部31でモータ電流検出部70から出力されるモータ電流検出値Im及び端子電圧検出部90から出力されるモータ端子電圧Vmに基づいて下記(9)式の演算を行ってモータ角速度ωmを算出すると共に、d−q軸電流指令値演算部25を省略して補償後操舵補助電流指令値Iref′を直接モータ電流制御部27に供給し、さらにモータ電流制御部27を夫々1つの減算部71、電流制御部72、パルス幅変調部73とインバータ74に代えたHブリッジ回路91で構成すればよい。
In the first and second embodiments, the case where the present invention is applied to a brushless motor has been described. However, the present invention is not limited to this. As shown in the figure, the angular
ωm=(Vm−Im・Rm)/K0 …………(9)
ここで、Rmはモータ巻線抵抗、K0はモータの起電力定数である。
ωm = (Vm−Im · Rm) / K 0 (9)
Here, Rm is the motor winding resistance, and K 0 is the electromotive force constant of the motor.
1 ステアリングホイール
2 ステアリングシャフト
12 電動モータ
14 操舵トルクセンサ
15 コントローラ
17 回転角センサ
19 車速センサ
21 操舵補助電流指令値演算部
22 指令値補償部
23 グリップロス検出部
24 補償値補正部
25 d−q軸電流指令値演算部
26 モータ電流制御部
35 SAT検出部
36 SAT補償部
41 SAT推定部
42 ヨーレートセンサ
43 横加速度センサ
44 横力検出部
51 補償ゲイン算出部
52 乗算器
53 補正値算出部
54 加算器
DESCRIPTION OF
Claims (8)
タイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出手段と、少なくとも前記電動モータで発生した操舵補助力を当該ステアリング機構に伝達する伝達経路の摩擦を補償する摩擦補償手段と、前記グリップロス度検出手段で検出したグリップロス度に基づいて前記摩擦補償手段の摩擦補償値を補正する補償値補正手段とを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 Steering torque detection means for detecting steering torque input to a steering mechanism for turning steered wheels, an electric motor for applying steering assist force to the steering mechanism, and a steering assist current command value based on the steering torque And an electric power steering device having control means for controlling the electric motor based on the calculated steering assist current command value,
Grip loss degree detection means for detecting the degree of grip loss indicating the degree of tire grip loss, and friction compensation means for compensating for friction of a transmission path for transmitting at least the steering assist force generated by the electric motor to the steering mechanism And an electric power steering apparatus comprising: a compensation value correcting means for correcting a friction compensation value of the friction compensating means based on the grip loss degree detected by the grip loss degree detecting means.
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