JP2012218617A - Steering device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、操舵補助電動モータを制御することによってステアリング機構に操舵補助力を与える車両用操舵装置に関するものである。 The present invention relates to a vehicle steering apparatus that applies a steering assist force to a steering mechanism by controlling a steering assist electric motor.
自動車用の電動パワーステアリングに用いられる操舵補助電動モータは、ラックとピニオンからなるステアリングギア装置に設けられるもの、ステアリングホイールとステアリングギア装置との間のコラム機構に設けられるものなどがあり、いずれの場合も転舵輪（本明細書では、単に「タイヤ」ということがある）に連結される転舵軸の作動を電動モータにより補助するようにしている。 Steering auxiliary electric motors used for electric power steering for automobiles include those provided in a steering gear device comprising a rack and a pinion, and those provided in a column mechanism between the steering wheel and the steering gear device. Also in this case, the operation of the steered shaft connected to the steered wheels (sometimes simply referred to as “tire” in the present specification) is assisted by an electric motor.
ステアリングホイールを大きく回転させて、車の進行方向に対してタイヤを大きく傾けるほど、ステアリングホイールを回転させるには大きな力を必要とする。従って、上述した電動モータにあってはステアリングホイールの操舵トルクが大きくなるに従い、モータ電流を増大させることによって、その補助力となる操舵補助トルクが大きくなるように設定されている
本明細書では、車両がタイヤを介して地面から受ける力のうち、地面がタイヤを横方向に引っ張る力を、「タイヤの横力」といい、タイヤの横力に基づいて発生するタイヤの接地点回りのトルクを「セルフアライニングトルク」という。すなわちタイヤ横滑り角（車両の進行方向とタイヤの向きとの角度差）が付いてタイヤの横力を発生しているタイヤはそれ自身でタイヤ横滑り角＝０の状態に戻ろうとするモーメント（セルフアライニングトルク）を発生する。このセルフアライニングトルクは、タイヤの横力とトレール長（接地中心からこのタイヤの横力の着力点までの距離）との積で表される。ここでトレール長は、ニューマチックトレールと、キャスタートレールとの和で表される。
The larger the steering wheel is rotated and the tire is tilted with respect to the traveling direction of the car, the more force is required to rotate the steering wheel. Therefore, in the above-described electric motor, as the steering torque of the steering wheel increases, the motor current is increased to increase the steering assist torque as the assist force. Of the force that the vehicle receives from the ground via the tire, the force that the ground pulls the tire laterally is called the “tire lateral force” and the torque around the ground contact point of the tire that is generated based on the tire lateral force. This is called “self-aligning torque”. In other words, a tire having a tire side slip angle (an angle difference between the traveling direction of the vehicle and the tire direction) and generating a side force of the tire itself will return to a state where the tire side slip angle = 0 (self-adjustment). (Lining torque) is generated. This self-aligning torque is represented by the product of the lateral force of the tire and the trail length (the distance from the center of contact to the point where the lateral force of the tire is applied). Here, the trail length is represented by the sum of the pneumatic trail and the caster rail.
従来、セルフアライニングトルクを推定し、この推定されたセルフアライニングトルクと電動モータの回転角度信号又は回転角速度信号とに基づいて操舵反力の定義を行って、操舵トルクにフィードバックする技術が提案されている（下記の特許文献１）。
この技術によれば、必要な操舵反力の定義を容易に行うことができ、安価な構成で、コーナーリング時に安定な操舵フィーリングを実現することができる。
Conventionally, a technique has been proposed in which self-aligning torque is estimated, the steering reaction force is defined based on the estimated self-aligning torque and the rotation angle signal or rotation angular velocity signal of the electric motor, and then fed back to the steering torque. (
According to this technique, it is possible to easily define a necessary steering reaction force, and to realize a stable steering feeling during cornering with an inexpensive configuration.
ところが、前記特許文献１記載の技術では、セルフアライニングトルクの推定に電動モータ電流指令値と、電動モータ回転角度信号又は回転角速度信号とを用いるようになっている。このため、タイヤの横力を使ってセルフアライニングトルクを実際に算出しているわけではなく、セルフアライニングトルクの高精度な推定ができているとはいえない。
そこで、本発明の目的は、タイヤの横力に注目し、このタイヤの横力に応じた反力制御を行うことにより、タイヤの横力に応じた反力をドライバに返すことができる、優れた操舵フィーリングを持つ車両用操舵装置を提供することである。
However, in the technique described in
Therefore, the object of the present invention is to pay attention to the lateral force of the tire, and by controlling the reaction force according to the lateral force of the tire, the reaction force according to the lateral force of the tire can be returned to the driver. The present invention provides a vehicle steering apparatus having a steering feeling.
前記の目的を達成するための本発明の車両用操舵装置は、操舵トルクを検出するためのトルクセンサと、車速を検出するための車速センサと、操舵補助力を発生するための操舵補助電動モータと、前記トルクセンサの検出操舵トルク及び前記車速センサの検出車速とに基づいて前記操舵補助電動モータを駆動制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記トルクセンサの検出操舵トルクと前記車速センサの検出車速とに基づいてタイヤの横滑り角を推定し、前記推定されたタイヤの横滑り角を用いてタイヤの横力を推定する横力第一推定部と、前記トルクセンサの検出操舵トルクに基づいて、ステアリング機構に対応した所定の伝達関数を用いて、タイヤの横力を推定する横力第二推定部と、前記横力第一推定部で推定された横力と、前記横力第二推定部で推定された横力とを互いに補間して補間後のタイヤの横力を出力する切替部と、前記切替部から出力されるタイヤの横力に基づいてアシスト量を演算するアシストトルク調整部と、前記演算されたアシストトルクに基づいて前記操舵補助電動モータを駆動する電動モータ駆動部とを有するものである。
In order to achieve the above object, a vehicle steering apparatus according to the present invention includes a torque sensor for detecting steering torque, a vehicle speed sensor for detecting vehicle speed, and a steering auxiliary electric motor for generating steering auxiliary force. And control means for driving and controlling the steering auxiliary electric motor based on the detected steering torque of the torque sensor and the detected vehicle speed of the vehicle speed sensor,
The control means estimates a tire side slip angle based on a detected steering torque of the torque sensor and a vehicle speed detected by the vehicle speed sensor, and estimates a side force of the tire using the estimated tire side slip angle. A first force estimation unit; a second lateral force estimation unit that estimates a lateral force of a tire using a predetermined transfer function corresponding to a steering mechanism based on a detected steering torque of the torque sensor; A switching unit that outputs the lateral force of the tire after interpolation by interpolating the lateral force estimated by the one estimating unit and the lateral force estimated by the second lateral force estimating unit, and output from the switching unit. An assist torque adjusting unit that calculates an assist amount based on the lateral force of the tire, and an electric motor driving unit that drives the steering assist electric motor based on the calculated assist torque.
この構成によれば、横力第一推定部を用いてタイヤの横滑り角に基づいてタイヤの横力を推定するとともに、横力第二推定部を用いて、検出操舵トルクに基づいて、ステアリング機構に対応した所定の伝達関数を用いて、タイヤの横力を推定することができる。横力第一推定部に基づくタイヤの横力は、実際の車両の走行状態に応じた値になる。横力第二推定部に基づくタイヤの横力は、ステアリング機構の状態から推定される値になるので、横力第一推定部に基づくタイヤの横力よりも単位時間あたり多くのデータが採取できる。この前記横力第一推定部で推定された横力と、前記横力第二推定部で推定された横力とを互いに補間して補間後の信号を出力することにより、より精度の良い、データ数の多いタイヤの横力のデータが求まる。この単位時間あたりデータ数の多いタイヤの横力を用いて、操舵補助力を発生することができるので、優れた操舵フィーリングを実現することができる。 According to this configuration, the lateral force of the tire is estimated based on the side slip angle of the tire using the first lateral force estimation unit, and the steering mechanism is based on the detected steering torque using the second lateral force estimation unit. The lateral force of the tire can be estimated using a predetermined transfer function corresponding to. The lateral force of the tire based on the first lateral force estimation unit is a value corresponding to the actual traveling state of the vehicle. Since the lateral force of the tire based on the second lateral force estimation unit is a value estimated from the state of the steering mechanism, more data can be collected per unit time than the lateral force of the tire based on the first lateral force estimation unit. . By interpolating the lateral force estimated by the lateral force first estimation unit and the lateral force estimated by the lateral force second estimation unit and outputting a signal after interpolation, more accurate, Data on the lateral force of tires with a large number of data is obtained. Since the steering assist force can be generated using the lateral force of the tire having a large number of data per unit time, an excellent steering feeling can be realized.
前記横力第二推定部は、前記横力第一推定部によって推定されたタイヤの横力に対して、前記横力第二推定部によって推定されたタイヤの横力の大きさを合わせるための係数補正部をさらに有することが好ましい。前記横力第二推定部で推定された横力に測定誤差がある場合、前記横力第二推定部で推定された横力に係数を乗ずることにより、誤差を補正し、前記横力第一推定部で推定された横力に合わせ込むことにより、より精度の良い、横力データを得ることができる。 The lateral force second estimating unit is configured to match the tire lateral force estimated by the lateral force second estimating unit with the tire lateral force estimated by the lateral force first estimating unit. It is preferable to further include a coefficient correction unit. If there is a measurement error in the lateral force estimated by the lateral force second estimating unit, the error is corrected by multiplying the lateral force estimated by the lateral force second estimating unit by a coefficient, and the lateral force first By matching with the lateral force estimated by the estimation unit, more accurate lateral force data can be obtained.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
車両用操舵装置は、ステアリングホイール等の操舵部材２と、操舵部材２に連結されるステアリングシャフト３とを有している。ステアリングシャフト３は、第１シャフト１１と第１シャフト１１と同軸上に配置された第２シャフト１２を含んでいる。第１のシャフト１１の一端に操舵部材２が同行回転可能に連結されている。第１のシャフト１１の他端と第２のシャフト１２の一端とは、トーションバーを介して連結されている。第２のシャフト１２の他端は、自在継手７、中間軸８、自在継手９及び舵取り機構を介して、前輪タイヤ４Ｌ，４Ｒと連結されている。第２シャフト１２は、減速機６を介して、操舵補助電動モータ２０に連結されている。この操舵補助電動モータ２０によって操舵補助力が与えられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
The vehicle steering apparatus includes a steering member 2 such as a steering wheel, and a
舵取り機構は、自在継手９に連結されるピニオン軸１５と、ピニオン軸１５の先端のピニオン１５ａに噛み合うラック１６ａを有し車両の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸１６と、ラック軸１６の一対の端部のそれぞれにタイロッド１７Ｌ，１７Ｒを介して連結されるナックルアーム１８Ｌ，１８Ｒとを有している。
本明細書では操舵部材２から自在継手９までの構成を「コラム機構」という。コラム機構と舵取り機構を合わせて、「ステアリング機構」という。
The steering mechanism includes a
In this specification, the configuration from the steering member 2 to the
車両用操舵装置は、さらにトルクセンサ１３と、車速センサ１４と、ＥＰＳ制御部２１とを有している。トルクセンサ１３は、ステアリングシャフト３の第１シャフト１１と第２シャフト１２との相対回転角に基づいて、操舵部材２の回転に基づく操舵トルクＴｈを検出する。車速センサ１４は、タイヤのロータの回転速度を読み取るセンサで、車速Ｖを検出する。
The vehicle steering apparatus further includes a
ＥＰＳ制御部２１の駆動出力側は操舵補助電動モータ２０に接続され、ＥＰＳ制御部２１の入力側は前記各センサ１３，１４に接続されている。ＥＰＳ制御部２１は、前記各センサ１３，１４の検出信号に基づいて、操舵補助電動モータ２０の駆動を制御する。
ＥＰＳ制御部２１は、トルクセンサ１３が検出する操舵トルク及び車速センサ１４が検出する車速に基づいて目標電流値を設定し、操舵補助電動モータ２０のモータ電流が目標電流値に一致するように操舵補助電動モータ２０を制御することによって、操舵状況及び車速に応じた適切な操舵補助を実現するものである。
The drive output side of the
The
前記構成の車両用操舵装置において、操舵部材２の回転は、コラム機構を介して舵取り機構に伝達される。舵取り機構では、ピニオン１５ａの回転がラック軸１６の軸方向の運動に変換され、各タイロッド１７Ｌ，１７Ｒを介して対応するナックルアーム１８Ｌ，１８Ｒがそれぞれ回動する。これにより、各ナックルアーム１８Ｌ，１８Ｒに連結された対応する前輪タイヤ４Ｌ，４Ｒがそれぞれ操向する。
In the vehicle steering apparatus having the above configuration, the rotation of the steering member 2 is transmitted to the steering mechanism via the column mechanism. In the steering mechanism, the rotation of the
ＥＰＳ制御部２１の内部構成を、図１を用いて説明する。ＥＰＳ制御部２１の、電流検出部４０、インバータ駆動回路３９以外の部分は、ＣＰＵ及びメモリ（ＲＯＭ及びＲＡＭなど）を備えるマイクロコンピュータで構成されている。マイクロコンピュータは、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能する。
この複数の機能処理部には、横力第一推定部３１、横力第二推定部４２、切替回路５０、アシスト調整部３５、電流値生成部３６、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部３８が含まれている。
The internal configuration of the
The plurality of function processing units include a lateral force
横力第一推定部３１は、伝達回路３２、タイヤ横滑り角推定部３３、横力第一算出部３４を有する。以下、横力第一推定部３１の各機能を説明する。
トルクセンサ１３によって検出された操舵トルクＴｈは、次式を用いて、伝達関数Ｐ(s)を有する伝達回路３２に与えられ、前輪タイヤ４Ｌ，４Ｒの転舵角（以下「タイヤの転舵角」という）δに変換される。
The lateral force
The steering torque Th detected by the
δ＝Ｐ(s)Ｔh …(1)
ここで伝達関数Ｐ(s)とは、図１の操舵部材２から前輪タイヤ４Ｌ，４Ｒに至るまでのコラム機構及び舵取り機構に対応する伝達関数であり、この式は、「タイヤの転舵角δ＝０の直進時であって操舵トルクＴｈ＝０の時点」から操舵部材２を回し始めたときに発生する操舵トルクＴｈに基づいて、タイヤの転舵角δが算出されることを表している。
δ = P (s) Th (1)
Here, the transfer function P (s) is a transfer function corresponding to the column mechanism and the steering mechanism from the steering member 2 to the
なお、タイヤの転舵角δを求める方法はこれに限られるものではなく、例えば、操舵部材２に連結されるシャフトに操舵角センサを取り付けて、この操舵角センサで検出される操舵角度信号に基づいて、タイヤの転舵角δを推定することも出来る（例えば操舵角度とタイヤの転舵角δとが比例関係にあるとみなせるならば、操舵角度からタイヤの転舵角δが簡単に算出できる）。 Note that the method of obtaining the tire turning angle δ is not limited to this. For example, a steering angle sensor is attached to a shaft connected to the steering member 2 and the steering angle signal detected by the steering angle sensor is used. Based on this, it is possible to estimate the tire turning angle δ (for example, if the steering angle and the tire turning angle δ can be considered to be in a proportional relationship, the tire turning angle δ can be easily calculated from the steering angle. it can).
このタイヤの転舵角δと、車速センサ１４により検出された車速Ｖとは、タイヤ横滑り角推定部３３に供給される。タイヤ横滑り角推定部３３は、次のようにしてタイヤの横滑り角βを推定する。以下、ｍ：車両重量、Ｖ：車両の速度、Ｌ：ホイールベース（Ｌ＝Ｌf＋Ｌr）、Ｌf：車両重心点と前車軸との距離、Ｌr：車両重心点と後車軸との距離、Ｋf：前輪のコーナーリングパワー（タイヤ横滑り角０度付近のタイヤの横力とタイヤ横滑り角との比）、Ｋr：後輪のコーナーリングパワー、とする。
The tire turning angle δ and the vehicle speed V detected by the
タイヤ横滑り角推定部３３は、タイヤの横滑り角βを、次の式を用いて推定する。
β＝（Ａ／Ｂ）（Ｌf／Ｌ）δ …(2)
Ａ，Ｂは、それぞれ
Ａ＝１−（ｍ／２Ｌ）（Ｌf／ＬrＫr）Ｖ2 …(3)
Ｂ＝１−（ｍ／２Ｌ2）［（ＬfＫf−ＬrＫr）／ＫfＫr］Ｖ2 …(4)
で表される。
The tire skid
β = (A / B) (Lf / L) δ (2)
A and B are respectively A = 1− (m / 2L) (Lf / LrKr) V 2 (3)
B = 1− (m / 2L 2 ) [(LfKf−LrKr) / KfKr] V 2 (4)
It is represented by
タイヤ横滑り角推定部３３で求められたタイヤの横滑り角βは、タイヤの横力を算出する横力第一算出部３４に供給される。横力第一算出部３４は、タイヤの横力Ｆyと横滑り角βとの関係を表す伝達関数Ｇ(s)を用いてタイヤの横力Ｆyを算出する。ここで、Ｆy：タイヤの横力、ｙ：タイヤの横方向変位、dｙ/dt：タイヤの横方向変位速度、ｋy：タイヤの横剛性と定義する。
The tire side slip angle β obtained by the tire side slip
タイヤの横力Ｆyについて、次の２つの式が成立している。
Ｆy＝Ｋf（β−（１／Ｖ）dｙ/dt） …(5)
Ｆy＝ｋy・ｙ …(6)
(5)式は前輪のコーナーリングパワーＫfとタイヤ横滑り角βとの積で決定されるタイヤの横力に、タイヤの横方向変位速度dｙ/dtに応じて、低速度ほど補正量が大きくなるように補正を施した式である。(6)式はタイヤの横方向変位ｙとタイヤの横剛性ｋyとにより、タイヤの横力Ｆyを求める式である。(6)式を時間微分して
dＦy/dt＝ｋy・dｙ/dt …(7)
が得られる。(5)式と(7)式とからタイヤの横方向変位速度dｙ/dtを消去すると、タイヤの横力Ｆyに関する微分方程式
（Ｋf／ｋy・Ｖ）dＦy/dt＋Ｆy＝Ｋf・β …(8)
が得られる。この(8)式の左辺の（Ｋf／ｋy・Ｖ）をＴ１と置く。すると(8)式は
Ｔ１dＦy/dt＋Ｆy＝Ｋf・β …(9)
と表記される。この(9)式をラプラス変換すれば、
sＴ１Ｆy(s)＋Ｆy(s)＝Ｋf・β(s) …(10)
という式が得られる。ただし、Ｆyのラプラス変換をＦy(s)、βのラプラス変換をβ(s)としている。この(10)式を変形して、
Ｆy(s)／β(s)＝Ｋf／（１＋sＴ１） …(11)
が得られる。(11)式の右辺のＫf／（１＋sＴ１）をＧ(s)と定義する。このＧ(s)はタイヤの横力に関する伝達関数となる。すなわち、Ｇ(s)を用いればタイヤの横力Ｆyと横滑り角βとの関係は、
Ｆy(s) ＝Ｇ(s)β(s) …(12)
で表される。ここに
Ｇ(s)＝Ｋf／（１＋sＴ１） …(13)
である。
The following two expressions hold for the lateral force Fy of the tire.
Fy = Kf (β− (1 / V) dy / dt) (5)
Fy = ky · y (6)
Equation (5) indicates that the correction amount increases as the vehicle speed decreases according to the lateral displacement speed dy / dt of the tire according to the lateral force of the tire determined by the product of the cornering power Kf of the front wheel and the tire side slip angle β. This is a formula in which is corrected. Equation (6) is an equation for obtaining the lateral force Fy of the tire from the lateral displacement y of the tire and the lateral stiffness ky of the tire. Differentiating equation (6) with time
dFy / dt = ky · dy / dt (7)
Is obtained. When the lateral displacement speed dy / dt of the tire is eliminated from the equations (5) and (7), the differential equation relating to the lateral force Fy of the tire (Kf / ky · V) dFy / dt + Fy = Kf · β (8)
Is obtained. (Kf / ky · V) on the left side of the equation (8) is set as T1. Then, equation (8) becomes T1dFy / dt + Fy = Kf · β (9)
It is written. If this equation (9) is Laplace transformed,
sT1Fy (s) + Fy (s) = Kf · β (s) (10)
Is obtained. However, the Laplace transform of Fy is Fy (s), and the Laplace transform of β is β (s). By transforming this equation (10)
Fy (s) / β (s) = Kf / (1 + sT1) (11)
Is obtained. Kf / (1 + sT1) on the right side of equation (11) is defined as G (s). This G (s) is a transfer function related to the lateral force of the tire. That is, if G (s) is used, the relationship between the lateral force Fy of the tire and the skid angle β is
Fy (s) = G (s) β (s) (12)
It is represented by Where G (s) = Kf / (1 + sT1) (13)
It is.
以上のようにして、横力第一推定部３１は、車速Ｖに基づいて変数Ｔ１（Ｔ１＝Ｋf／ｋy・Ｖ）を求め、このＴ１を用いてタイヤの横力に関する伝達関数Ｇ(s)を求め、横滑り角βのラプラス変換β(s)に、このタイヤの横力に関する伝達関数Ｇ(s)をかけることにより、タイヤの横力Ｆyのラプラス変換Ｆy(s)を求めることができる。
実時間の関数としてのタイヤの横力Ｆyは、伝達関数Ｆy(s)をラプラス逆変換することによって求めることができる。この場合、微分方程式(9)を解くための初期値として、「タイヤの転舵角δ＝０の直進時であって操舵トルクＴｈ＝０の時点」から操舵部材２を回し始める時点をｔ＝０とし、そのときのβやＦyを０と置いて初期値とすればよい。
As described above, the lateral force
The tire lateral force Fy as a function of real time can be obtained by inversely transforming the transfer function Fy (s). In this case, as an initial value for solving the differential equation (9), a time point at which the steering member 2 starts to be turned from “when the tire turning angle δ = 0 is straight and the steering torque Th = 0” is set to t = It may be set to 0, and β and Fy at that time may be set to 0 to be initial values.
横力第二推定部４２は、操舵トルクＴｈを入力して、操舵部材２から自在継手９までの、コラム機構の構造を表す伝達関数Ｇ1(s)と、減速機６の伝達関数Ｇ3(s)と、舵取り機構の構造を表す伝達関数１／Ｇ2(s)とを用いて、ラック軸１６にかかるラック軸力Ｆr（図１参照）を算出し、このラック軸力Ｆrに基づいてタイヤの横力Ｆy′（横力第一推定部３１によって推定される横力Ｆyと区別するため、“′”を付すこととする）を推定し、出力する回路である。
The second lateral
横力第二推定部４２は、コラム伝達関数記憶部４３、機械特性補償コントローラ４４、減速機伝達関数記憶部４５、ラック軸伝達関数記憶部４６、横力第二算出部４７、係数補正部４８を有している。
コラム伝達関数記憶部４３は、コラム機構の伝達関数Ｇ1(s)を保有している。減速機伝達関数記憶部４５はステアリングシャフト３の途中にある減速機６の入力軸から減速機６の出力軸に至るまでの伝達関数Ｇ3(s)を保有している。この伝達関数Ｇ3(s)は、操舵補助電動モータ２０の操舵補助に基づいてトルクが増大される場合の、その増大倍率に対応した係数を含んでいる。機械特性補償コントローラ４４は、ステアリングシャフト３や減速機６の慣性質量、ギアオイルの粘性抵抗による損失分等を考慮した補償量Ｃ(s)を保有している。ラック軸伝達関数記憶部４６はピニオン軸１５からナックルアーム１８Ｌ，１８Ｒに至るまでの舵取り機構の伝達関数１／Ｇ2(s)を保有している。
The second lateral
The column transfer
以上のコラム伝達関数記憶部４３、機械特性補償コントローラ４４、減速機伝達関数記憶部４５及びラック軸伝達関数記憶部４６の構成に基づき、操舵トルクＴｈは、次の式によりラック軸力Ｆrに変換される。
Ｆr＝[Ｇ1(s)＋Ｃ(s)Ｇ3(s)]Ｔｈ／Ｇ2(s) …(14)
ラック軸伝達関数記憶部４６から得られるラック軸力Ｆrは、横力第二算出部４７に入力され、ここでタイヤの横力Ｆy′が算出される。その算出方法を、図２を用いて説明する。
Based on the above-described configurations of the column transfer
Fr = [G1 (s) + C (s) G3 (s)] Th / G2 (s) (14)
The rack axial force Fr obtained from the rack shaft transfer
図２は、ラック軸１６にかかる軸力Ｆｒと、タイヤ４Ｌ若しくは４Ｒにかかる横力Ｆyとの関係を説明するための平面図である。同図において、“Ｋ”は操舵したときにタイヤが向きを変える仮想的な回転中心軸であるキングピンを示す。キングピンＫと横力Ｆyの着力点との距離はトレール長と言われるが、これを“ξ”で表す。トレール長ξはニューマチックトレールとキャスタートレールとの和で表される。また、キングピンＫとナックルアーム１８Ｌ，１８Ｒとの距離はナックルアーム長といわれるが、これを“Ｌ”で表す。
FIG. 2 is a plan view for explaining the relationship between the axial force Fr applied to the
コーナーリングしているときはキングピンＫの回りのトルクのつりあいの式：
Ｆr・Ｌ＝Ｆy・ξ…(15)
が成立しているので、この式を用いてラック軸力Ｆrを、タイヤの横力Ｆyに変換することができる。
横力第二算出部４７は、この(15)式を用いて、ラック軸伝達関数記憶部４６から出力されるラック軸力Ｆrをタイヤの横力Ｆy′に変換する。
When cornering, the formula for balancing the torque around the kingpin K:
Fr · L = Fy · ξ (15)
Therefore, the rack axial force Fr can be converted into the tire lateral force Fy using this equation.
The second lateral
図３は、横力第二算出部４７によって得られるタイヤの横力Ｆy′と、横力第一算出部３４によって得られるタイヤの横力Ｆyとの関係を表すグラフであり、横軸は時間ｔを表す。
図３（ａ）は、横力第一算出部３４によって得られたタイヤの横力Ｆyを黒丸で、横力第二算出部４７から出力されたタイヤの横力Ｆy′を三角でプロットしている。データの精度という点では、横力第一算出部３４によって得られたタイヤの横力Ｆyが、横力第二算出部４７から出力されたタイヤの横力Ｆy′よりも精度がよい。これは横力第一算出部３４はタイヤのコーナーリングパワー、車速という実測値を使ってタイヤの横力Ｆyを算出するのに対して、横力第二算出部４７はコラム機構をモデル化してタイヤの横力Ｆy′を推定しているからである。しかし、タイヤの横力Ｆy′のほうが、タイヤの横力Ｆyよりも単位時間あたりのデータ数（データの取得頻度）が多い。これはタイヤの横力Ｆyのデータ数がトルクセンサ１３や車速センサ１４のサンプリング周期に依存するからである。タイヤの横力Ｆy′は横力第二算出部４７において演算で求まるので、演算速度を上げればデータ数を多く採ることができる。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the lateral force Fy ′ of the tire obtained by the second lateral
In FIG. 3A, the tire lateral force Fy obtained by the lateral force
そこでタイヤの横力Ｆy′の精度を補正するため、係数補正部４８を設け、タイヤの横力Ｆy′に対して係数Ａをかけることにより、タイヤの横力Ｆy′の値をタイヤの横力Ｆyの値に近づけるようにしている。係数Ａの決め方は、実際に車両を回転走行させてタイヤの横力Ｆy′とタイヤの横力Ｆyとのデータをそれぞれ取得して、それぞれ平均演算した平均値を求め、それらの比から求めることができる。これ以外にタイヤの横力Ｆyのデータを取得して平均値を求め、タイヤの横力Ｆy′のデータを取得して平均値を求め、それらの平均値の比からも求めることができる。
Therefore, in order to correct the accuracy of the tire lateral force Fy ′, a
さらに、横力第一算出部３４によって得られたタイヤの横力Ｆyと、係数補正部４８から出力されるタイヤの横力Ａ・Ｆy′とを、１つの信号に混合するための切替回路５０を設けている。切替回路５０は、横力第一推定部３１からタイヤの横力Ｆyが出力される時刻では横力第一推定部３１側に切り替え、横力第二推定部４２からタイヤの横力Ａ・Ｆy′が出力される時刻では横力第二推定部４２側に切り替える。その切り替えの時刻を知るために、横力第一推定部３１と横力第二推定部４２とから、それぞれタイミング信号（図示せず）を入力している。
Further, a switching circuit 50 for mixing the tire lateral force Fy obtained by the first lateral
切替回路５０で混合された、係数Ａをかけた後のタイヤの横力Ａ・Ｆy′と、タイヤの横力Ｆyとを同時に表したグラフが、図３（ｂ）である。このグラフのようにタイヤの横力Ａ・Ｆy′とタイヤの横力Ｆyとは、大きさが揃っており、互いに補間される。また、データの取得頻度も、タイヤの横力Ｆy単独の場合と比較して多くなり、タイヤの横力Ａ・Ｆy′単独の場合と比較しても多くなっている。 FIG. 3B is a graph showing simultaneously the lateral force A · Fy ′ of the tire after applying the coefficient A and the lateral force Fy of the tire mixed by the switching circuit 50. As shown in this graph, the lateral force A · Fy ′ of the tire and the lateral force Fy of the tire have the same magnitude and are interpolated with each other. Further, the data acquisition frequency is higher than that in the case of the tire lateral force Fy alone, and is also higher than that in the case of the tire lateral force A · Fy ′ alone.
このようにして得られたタイヤの横力Ｆyの信号は、ＥＰＳ制御部２１のアシスト調整部３５に渡される。アシスト調整部３５は、タイヤの横力Ｆyのどの程度を操舵補助するか、その割合を考慮したアシスト量Ｔassistを演算する。アシスト量Ｔassistは、０から１までの値をとる変数Ｋsを用いて、次のように表すことができる。
Ｔassist=（Ｋs−１）Ｆy／Ｋs …(16)
変数Ｋs＝１のとき、操舵補助はない。Ｋs＝０のとき、タイヤの横力をすべて操舵補助するので、ドライバはタイヤの横力の存在を感じないことになる。Ｋsを予め定めておけば、タイヤの横力Ｆyのどの程度を操舵補助するかを決定することができる。なお、アシスト量Ｔassistを求めるのに、(16)式のような演算式を用いなくても、タイヤの横力Ｆyとアシスト量Ｔassistとの関係をマップに保存しておき、タイヤの横力Ｆyをそのマップに適用してアシスト量Ｔassistを求めても良い。
The tire lateral force Fy signal thus obtained is passed to the
T assist = (Ks-1) Fy / Ks (16)
When the variable Ks = 1, there is no steering assistance. When Ks = 0, the steering assist of all the lateral force of the tire is performed, so the driver does not feel the presence of the lateral force of the tire. If Ks is determined in advance, it is possible to determine how much the lateral force Fy of the tire is to assist steering. Incidentally, for obtaining the assist amount T assist, (16) without using an equation such as equation, to keep the map the relationship between lateral force Fy and the assist amount T assist the tire, the lateral tire The assist amount T assist may be obtained by applying the force Fy to the map.
アシスト調整部３５によって算出されたアシスト量Ｔassistは電流値生成部３６に入力される。電流値生成部３６は、アシスト量Ｔassistに見合った電流指令値Ｉ*を生成し、電流偏差演算回路３７に出力する。
一方、ＥＰＳ制御部２１の電流検出部４０は、インバータ駆動回路３９から、操舵補助電動モータ２０に流れる電流を検出する。検出された電流は電流偏差演算回路３７に与えられ、電流偏差演算回路３７は、電流指令値Ｉd*との差を演算し、これをＰＷＭ制御部３８に与える。ＰＷＭ制御部３８は、電流指令値Ｉd*と検出電流の差に基づいてパルス幅変調を行い、操舵補助電動モータ２０を駆動する。
The assist amount T assist calculated by the
On the other hand, the current detection unit 40 of the
以上のように、本発明の実施形態では、横力第一推定部３１によって、タイヤの横滑り角を、車両の重量、ホイールベース、タイヤのコーナーリングパワー及び車両の速度を用いて推定し、前記推定されたタイヤの横滑り角と、タイヤのコーナーリングパワー、タイヤの横剛性及び車両の速度とを用いて、タイヤの横力Ｆyを推定することができる。
また、これと平行して、横力第二推定部４２によって、操舵トルクを入力として、コラム機構及び舵取り機構の構造を表す伝達関数を用いてラック軸力Ｆrを算出し、タイヤの横力Ｆy′に変換し、係数を乗じることにより、タイヤの横力Ａ・Ｆy′を推定することができる。
As described above, in the embodiment of the present invention, the lateral force
In parallel with this, the lateral force
これらのタイヤの横力のデータを相互に補間して、一つの信号とすることにより、データ数を増やすことができるとともに、データ精度を上げることができる。そしてこのデータに基づいてアシストトルクを算出することができる。特に、タイヤの横力のデータ数が増えることによりタイヤの横力の精度が向上し、的確なアシストトルクの算出が可能になる。また、(16)式のように、時間遅れを含まない変数Ｋsを用いてアシスト量Ｔassistを決定するので、タイヤの横力の時間変化に応じて周波数応答がフラットになるようなアシストトルクを算出することができる。 By interpolating the lateral force data of these tires into one signal, the number of data can be increased and the data accuracy can be increased. The assist torque can be calculated based on this data. In particular, an increase in the number of tire lateral force data improves the accuracy of the tire lateral force, and enables accurate calculation of assist torque. Further, as shown in equation (16), since the assist amount T assist is determined using the variable Ks that does not include time delay, the assist torque that makes the frequency response flat according to the time change of the lateral force of the tire is set. Can be calculated.
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
２…操舵部材、６…減速機、２０…操舵補助電動モータ、１３…トルクセンサ、１４…車速センサ、１６…ラック軸、２１…ＥＰＳ制御部、３１…横力第一推定部、３２…伝達回路、３３…タイヤ横滑り角推定部、３４…横力第一算出部、３５…アシスト調整部、４２…横力第二推定部、４７…横力第二算出部、４８…係数補正部、５０…切替回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Steering member, 6 ... Reduction gear, 20 ... Steering auxiliary electric motor, 13 ... Torque sensor, 14 ... Vehicle speed sensor, 16 ... Rack shaft, 21 ... EPS control part, 31 ... Lateral force first estimation part, 32 ... Transmission Circuit, 33 ... Tire side slip angle estimating unit, 34 ... Side force first calculating unit, 35 ... Assist adjusting unit, 42 ... Side force second estimating unit, 47 ... Side force second calculating unit, 48 ... Coefficient correcting unit, 50 ... Switching circuit
Claims (5)
車速を検出するための車速センサと、
操舵補助力を発生するための操舵補助電動モータと、
前記トルクセンサの検出操舵トルク及び前記車速センサの検出車速に基づいて前記操舵補助電動モータを駆動制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記トルクセンサの検出操舵トルクと前記車速センサの検出車速とに基づいてタイヤの横滑り角を推定し、前記推定されたタイヤの横滑り角を用いてタイヤの横力を推定する横力第一推定部と、前記トルクセンサの検出操舵トルクに基づいて、ステアリング機構に対応した所定の伝達関数を用いて、タイヤの横力を推定する横力第二推定部と、前記横力第一推定部で推定された横力と、前記横力第二推定部で推定された横力とを互いに補間して補間後のタイヤの横力を出力する切替部と、前記切替部から出力されるタイヤの横力に基づいてアシスト量を演算するアシストトルク調整部と、前記演算されたアシストトルクに基づいて前記操舵補助電動モータを駆動する電動モータ駆動部とを有することを特徴とする、車両用操舵装置。 A torque sensor for detecting steering torque;
A vehicle speed sensor for detecting the vehicle speed;
A steering assist electric motor for generating steering assist force;
Control means for driving and controlling the steering assist electric motor based on the detected steering torque of the torque sensor and the detected vehicle speed of the vehicle speed sensor;
The control means estimates a tire side slip angle based on a detected steering torque of the torque sensor and a vehicle speed detected by the vehicle speed sensor, and estimates a side force of the tire using the estimated tire side slip angle. A first force estimation unit; a second lateral force estimation unit that estimates a lateral force of a tire using a predetermined transfer function corresponding to a steering mechanism based on a detected steering torque of the torque sensor; A switching unit that outputs the lateral force of the tire after interpolation by interpolating the lateral force estimated by the one estimating unit and the lateral force estimated by the second lateral force estimating unit, and output from the switching unit. The vehicle includes: an assist torque adjusting unit that calculates an assist amount based on a lateral force of the tire; and an electric motor driving unit that drives the steering assist electric motor based on the calculated assist torque. Operation Apparatus.
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|---|---|---|---|---|
| JP2014227141A (en) * | 2013-05-27 | 2014-12-08 | トヨタ自動車株式会社 | Vehicle behavior control device and vehicle state estimation device |
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2011
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