JP3660061B2 - Signal processing device for vehicle behavior control device - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヨーレイトセンサ等のような車両の旋回に係る運動状態量を検出する検出手段の出力から、路面の凹凸等によって発生する低周波数域の振動成分を的確に除去することのできる車両挙動制御装置の信号処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールの操舵角等から求めた規範ヨーレイトと、実際に車両に作用しているヨーレイトの検出値との偏差に基づき、車両挙動をフィードバック制御するように構成された車両用操舵装置が知られている（例えば特開平８−３４３６０号公報等参照）。このようなフィードバック制御に於ける制御精度は、車両運動状態量の検出精度（この場合はヨーレイトセンサの出力精度）に大きく左右される。
【０００３】
さて、不整路面の走行時には、路面の凹凸によって車体が振られることでヨーイングモーメントが発生するので、ヨーレイトセンサの出力にノイズ的な信号の乗ることが避けられないが、上記の如き車両挙動のフィードバック制御に於ける制御指令値に、路面凹凸によるノイズ的な信号が含まれていると、この余分な信号によって制御が不適切になる可能性がある。従って、制御の応答性を的確化するためには、制御に有害な特定の周波数成分をセンサの出力から除去する必要がある。
【０００４】
信号からノイズを除去する手法としては、特定周波数成分のみを減衰させるフィルタ回路を通すことや、特定の領域のみのゲインを低下させる不感帯を設定することや、ノイズ成分が影響しない程度に信号のフィードバック量を制限するといった手法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、これら従来の手法は、十分なノイズ除去効果を得ようとすると、実際に必要な制御領域の効果までもが損なわれるという不都合がある。特に、路面凹凸によるヨーイング振動は、定常円旋回やバンク走行に於いて発生するヨーレイトと識別し難いため、応答性の劣化を招かずに不要な信号のみを除去することは極めて困難であった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて案出されたものであり、その主な目的は、路面凹凸等により生ずるノイズ的信号を、フィードバック制御の効果を損なうことなく車両運動状態量の検出信号から除去することができるように構成された車両挙動制御装置の信号処理装置を提供することにある。
【０００７】
このような目的を果たすために、本発明に於いては、車両挙動制御装置の信号処理装置を、車両の旋回に係る運動状態量を検出する検出手段（ヨーレイトセンサ１７）の出力から路面凹凸の影響で発生する直流に近い低周波数成分のみを抽出する濾波手段（３１）と、検出手段の出力と濾波手段の出力との差信号を得る減算手段（３２）と、減算手段からの信号が車両挙動に影響を及ぼさないレベルであったときにはその信号を出力しないようにする不感帯処理手段（３３）と、前記濾波手段の出力と前記不感帯処理手段の出力との和信号を得る加算手段（３４）とを有するものとした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明が適用される車両用操舵装置の概略構成を示している。この操舵装置は、手動操舵力発生装置１と電動式補助操舵力発生装置２とからなっており、ステアリングホイール３に一体結合されたステアリングシャフト４に自在継手を有する連結軸５を介してラック・アンド・ピニオン機構のピニオン６が連結され、ピニオン６に噛合して車幅方向に往復動し得るラック７の両端に、タイロッド８を介して左右の前輪９のナックルアームが連結されている。これにより、通常のラック・アンド・ピニオン式の転舵操作を行うことができるようになっている。
【００１０】
ラック７を軸方向に貫通させるようにして、ラック７と同軸的に電動機１０が設けられている。この電動機１０は、中空のロータ内にラック７を挿通すると共に、そのロータに駆動ヘリカルギア１１が取付けられており、この駆動ヘリカルギア１１には、ラック７と平行に延設されたボールスクリュー機構のスクリューシャフト１２の軸端に取付けられた被動ヘリカルギア１３が噛合している。そして、ボールスクリュー機構のナット１４は、ラック７に固定されている。
【００１１】
ステアリングシャフト４には、ステアリングホイール３の回転角度に対応した信号を出力するための舵角センサ１５と、ステアリングシャフト４の操舵トルクに対応した信号を出力するためのトルクセンサ１６とが取付けられている。
【００１２】
また、車体の適所には、車両のヨーレイト（ヨーイング角速度）に対応した信号を出力するヨーレイトセンサ１７と、車両の走行速度に対応した信号を出力する車速センサ１８とが取付けられている。
【００１３】
本実施例にあっては、ステアリングホイール３と操向車輪である前輪９とが機械的に連結されており、上記各センサ１５〜１８の出力を制御ユニット１９で処理して得られた制御信号を、駆動回路２０を介して電動機１０に与えることにより、電動機１０の出力トルクが制御される。
【００１４】
上述の操舵装置を制御する車両挙動制御装置は、図２に示す如く、ステアリングホイール３の操舵角θに対する理想的なヨーレイトを予め設定した関数式（或いはマップ）に基づいて算出するモデルヨーレイト演算部２１と、予めタイヤのグリップ特性や車両の応答特性を加味して定めた関数式に基づいて操舵角θに対するフィードフォワード（以下Ｆ／Ｆ）制御量を出力するＦ／Ｆ制御部２２と、車両に設けられたヨーレイトセンサ１７が出力する実際に車両ＶＣに作用している実ヨーレイト値γ_SENSと、モデルヨーレイト演算部２１が算出するモデルヨーレイト値γ_EST との偏差信号γ_ERから路面凹凸に起因するノイズ成分を除去する偏差信号補正部２３と、偏差信号補正部２３にて処理された偏差信号γ_EV4 と元の偏差信号γ_ERとのいずれをフィードバック制御部２４に入力するかをステアリングホイール３の操舵角速度θωに応じて決定する切換手段２５とからなっており、Ｆ／Ｆ制御量とＦ／Ｂ制御量との加算値を指令値として駆動回路２０に入力し、電動機１０の発生トルクを制御するようになっている。
【００１５】
偏差信号補正部２３は、図３に示すように、実ヨーレイト値γ_ＳＥＮＳとモデルヨーレイト値γ_ＥＳＴ との偏差信号γ_ＥＲから、路面凹凸の影響で発生する直流に近い低周波数成分のみを抽出するための濾波手段３１と、元の偏差信号γ_ＥＲと濾波手段３１の出力γ_ＥＶ１ との差分γ_ＥＶ２ を演算して時々刻々変化する変動分を除去して偏差信号を平滑化する減算手段３２と、この平滑化された偏差信号γ_ＥＶ２ を入力し、この信号が車両挙動に影響を及ぼさない程度のレベルであったときにはそれを出力しないようにする不感帯処理手段３３と、濾波手段３１の出力γ_ＥＶ１ に不感帯処理手段３３の出力γ_ＥＶ３ を加算して車両挙動に影響を与えるレベルの偏差のみを抽出する加算手段３４とからなっている。
【００１６】
これらにより、実ヨーレイト値γ_SENSとモデルヨーレイト値γ_EST との偏差信号γ_ERから、車両の運動に影響を及ぼさない領域の振動成分のみを除去することができる。しかも、処理された信号と処理されていない信号とを操舵角速度θωに応動する切換手段２５で切り換えることにより、運転者が素早い操舵をしているときには処理されていない信号を用いることで位相遅れを生じないようにすることができる
【００１７】
上記実施例は、Ｆ／Ｂ制御部２４の入力であるヨーレイト偏差γ_EVに適用したものについて説明したが、本発明は、ヨーレイトセンサ１７の出力そのもの、またはＦ／Ｂ制御部２４の出力や駆動回路２０への指令信号の処理にも等しく適用できるうえ、上記の操舵反力制御のみならず、４輪操舵車両の後輪舵角制御などのフィードバック制御に適用できる。またヨーレイトのみならず、横加速度やスリップアングルの補正にも適用できる。
【００１８】
【発明の効果】
このように本発明によれば、路面凹凸による振動成分のみを除去可能なので、ノイズ的な信号に影響されて車両挙動が安定を欠くおそれが解消される。しかも補正された信号と補正されない信号とを操舵角速度に応じて持ち替えることができるので、運転者が素早い操舵をしているときには補正回路を通過しない信号を用いることで位相遅れを生じないようにすることができる。従って、フィードバックゲインを大きく設定することができ、直進走行時のみならず、定常円旋回時やバンク走行時にも、応答性の高い円滑なフィードバック制御を実現し得る。なお、濾波手段のカットオフ周波数の設定により、極低周波の振動成分をも除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された車両用操舵装置の概略構成図。
【図２】同操舵装置の制御系のブロック図。
【図３】同操舵装置の信号処理系のブロック図。
【符号の説明】
１ 手動操舵力発生装置
２ 電動式補助操舵力発生装置
３ ステアリングホイール
４ ステアリングシャフト
５ 連結軸
６ ピニオン
７ ラック
８ タイロッド
９ 前輪
１０ 電動機
１１ 駆動ヘリカルギヤ
１２ スクリューシャフト
１３ 被動ヘリカルギヤ
１４ ナット
１５ 舵角センサ
１６ トルクセンサ
１７ ヨーレイトセンサ
１８ 車速センサ
１９ 制御ユニット
２０ 駆動回路
２１ モデルヨーレイト演算部
２２ Ｆ／Ｆ制御部
２３ 偏差信号補正部
２４ Ｆ／Ｂ制御部
２５ 切換手段
３１ 濾波手段
３２ 減算手段
３３ 不感帯処理手段
３４ 加算手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a vehicle behavior capable of accurately removing a low-frequency vibration component generated by road surface unevenness or the like from the output of a detection means for detecting a motion state quantity related to turning of the vehicle such as a yaw rate sensor. The present invention relates to a signal processing device of a control device.
[0002]
[Prior art]
There is known a vehicle steering apparatus configured to feedback control the vehicle behavior based on the deviation between the standard yaw rate obtained from the steering angle of the steering wheel and the detected value of the yaw rate actually acting on the vehicle. (See, for example, JP-A-8-34360). The control accuracy in such feedback control largely depends on the detection accuracy of the vehicle motion state quantity (in this case, the output accuracy of the yaw rate sensor).
[0003]
Now, when driving on irregular road surfaces, the yaw moment is generated by the vehicle body being shaken by the unevenness of the road surface, so it is inevitable that a noise-like signal rides on the output of the yaw rate sensor. If the control command value in the control includes a noise-like signal due to road surface unevenness, the extra signal may cause the control to be inappropriate. Therefore, in order to make the control responsiveness accurate, it is necessary to remove a specific frequency component harmful to the control from the output of the sensor.
[0004]
Methods for removing noise from the signal include passing a filter circuit that attenuates only the specific frequency component, setting a dead band that reduces the gain only in a specific region, and signal feedback to the extent that the noise component does not affect the signal. Techniques such as limiting the amount are known.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, these conventional methods have a disadvantage that even the effect of the control region that is actually necessary is lost if an attempt is made to obtain a sufficient noise removal effect. In particular, yawing vibration due to road surface unevenness is difficult to distinguish from yaw rate generated in steady circle turning or bank running, and it is extremely difficult to remove only unnecessary signals without causing deterioration in responsiveness.
[0006]
The present invention has been devised in view of such problems of the prior art, and the main purpose of the present invention is to detect a noise signal generated by road surface unevenness and the like in a vehicle motion state without impairing the effect of feedback control. It is an object of the present invention to provide a signal processing device for a vehicle behavior control device configured to be able to be removed from an amount detection signal.
[0007]
In order to achieve such an object, in the present invention, the signal processing device of the vehicle behavior control device causes the road surface unevenness to be detected from the output of the detection means (yaw rate sensor 17) for detecting the motion state quantity related to the turning of the vehicle . Filtering means (31) for extracting only low frequency components close to direct current generated by the influence, subtracting means (32) for obtaining a difference signal between the output of the detecting means and the output of the filtering means, and the signal from the subtracting means is the vehicle a dead-zone processing unit to not output a signal of Waso when there was a level that does not affect the behavior (33), adding means for obtaining a sum signal of the outputs of said dead-zone processing unit of said filtering means (34 ) .
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0009]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a vehicle steering apparatus to which the present invention is applied. This steering device comprises a manual steering force generator 1 and an electric auxiliary steering force generator 2, and is connected to a rack shaft via a connecting shaft 5 having a universal joint on a steering shaft 4 integrally coupled to a steering wheel 3. The pinion 6 of the and pinion mechanism is connected, and knuckle arms of the left and right front wheels 9 are connected via tie rods 8 to both ends of a rack 7 that can mesh with the pinion 6 and reciprocate in the vehicle width direction. Thereby, a normal rack-and-pinion type steering operation can be performed.
[0010]
An electric motor 10 is provided coaxially with the rack 7 so as to penetrate the rack 7 in the axial direction. The electric motor 10 has a rack 7 inserted through a hollow rotor, and a drive helical gear 11 is attached to the rotor. A ball screw mechanism extending parallel to the rack 7 is attached to the drive helical gear 11. The driven helical gear 13 attached to the shaft end of the screw shaft 12 is meshed. The nut 14 of the ball screw mechanism is fixed to the rack 7.
[0011]
A steering angle sensor 15 for outputting a signal corresponding to the rotation angle of the steering wheel 3 and a torque sensor 16 for outputting a signal corresponding to the steering torque of the steering shaft 4 are attached to the steering shaft 4. Yes.
[0012]
Further, a yaw rate sensor 17 for outputting a signal corresponding to the yaw rate (yaw angular velocity) of the vehicle and a vehicle speed sensor 18 for outputting a signal corresponding to the traveling speed of the vehicle are attached at appropriate positions of the vehicle body.
[0013]
In the present embodiment, the steering wheel 3 and the front wheel 9 that is the steering wheel are mechanically connected, and the control signal obtained by processing the outputs of the sensors 15 to 18 by the control unit 19. Is supplied to the electric motor 10 via the drive circuit 20, and the output torque of the electric motor 10 is controlled.
[0014]
As shown in FIG. 2, the vehicle behavior control device that controls the steering device described above calculates a model yaw rate calculation unit that calculates an ideal yaw rate with respect to the steering angle θ of the steering wheel 3 based on a preset function equation (or map). 21, an F / F control unit 22 that outputs a feedforward (hereinafter referred to as F / F) control amount with respect to the steering angle θ based on a function formula determined in advance by taking into account the grip characteristics of the tire and the response characteristics of the vehicle, Due to the road surface unevenness from the deviation signal γ _ER between the actual yaw rate value γ _SENS actually acting on the vehicle VC output from the yaw rate sensor 17 provided on the vehicle and the model yaw rate value γ _EST calculated by the model yaw rate calculation unit 21 a deviation signal correcting unit 23 for removing noise components, either an processed deviation signal gamma _EV4 and the original deviation signal gamma _ER at deviation signal correcting unit 23 off to The switching means 25 determines whether to input to the feedback control unit 24 according to the steering angular velocity θω of the steering wheel 3, and is driven by using the addition value of the F / F control amount and the F / B control amount as a command value. The generated torque of the electric motor 10 is controlled by inputting to the circuit 20.
[0015]
As shown in FIG. 3, the deviation signal correction unit 23 extracts only a low frequency component close to a direct current generated due to road surface unevenness from the deviation signal γ _ER between the actual yaw rate value γ _SENS and the model yaw rate value γ _EST. Filtering means 31, and a subtracting means 32 for calculating a difference γ _EV2 between the original deviation signal γ _ER and the output γ _EV1 of the filtering means 31 to remove a variation that changes from time to time and smoothing the deviation signal; The smoothed deviation signal γ _EV2 is input, and when this signal is at a level that does not affect the vehicle behavior , the dead zone processing means 33 and the output γ of the filtering means 31 are not output. _It comprises addition means 34 for extracting only the level deviation that affects the vehicle behavior by adding the output γ _EV3 of the dead zone processing means 33 to _EV1 .
[0016]
Accordingly, it is possible to remove only the vibration component in the region that does not affect the vehicle motion from the deviation signal γ _ER between the actual yaw rate value γ _SENS and the model yaw rate value γ _EST . In addition, by switching the processed signal and the unprocessed signal by the switching means 25 that responds to the steering angular velocity θω, the phase lag is obtained by using the unprocessed signal when the driver is steering quickly. It can be prevented from occurring.
Although the above embodiment has been described as applied to the yaw rate deviation γ _EV which is the input of the F / B control unit 24, the present invention is not limited to the output itself of the yaw rate sensor 17, or the output or drive of the F / B control unit 24. The present invention can be equally applied to processing of a command signal to the circuit 20 and can be applied not only to the steering reaction force control described above but also to feedback control such as rear wheel steering angle control of a four-wheel steering vehicle. Moreover, it can be applied not only to yaw rate but also to correction of lateral acceleration and slip angle.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since only the vibration component due to the road surface unevenness can be removed, the possibility that the vehicle behavior is not stable due to the influence of a noise-like signal is solved. In addition, the corrected signal and the uncorrected signal can be switched according to the steering angular velocity, so that a phase delay is not caused by using a signal that does not pass through the correction circuit when the driver is steering quickly. be able to. Therefore, a large feedback gain can be set, and smooth feedback control with high responsiveness can be realized not only when traveling straight ahead but also during steady circle turning or bank traveling. In addition, the very low frequency vibration component can also be removed by setting the cutoff frequency of the filtering means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vehicle steering apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a block diagram of a control system of the steering device.
FIG. 3 is a block diagram of a signal processing system of the steering device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manual steering force generator 2 Electric auxiliary | assistant steering force generator 3 Steering wheel 4 Steering shaft 5 Connecting shaft 6 Pinion 7 Rack 8 Tie rod 9 Front wheel 10 Electric motor 11 Drive helical gear 12 Screw shaft 13 Driven helical gear 14 Nut 15 Steering angle sensor 16 Torque Sensor 17 Yaw rate sensor 18 Vehicle speed sensor 19 Control unit 20 Drive circuit 21 Model yaw rate calculation unit 22 F / F control unit 23 Deviation signal correction unit 24 F / B control unit 25 Switching unit 31 Filtering unit 32 Subtracting unit 33 Dead band processing unit 34 Addition means

Claims (2)

車両の旋回に係る運動状態量を検出する検出手段の出力から路面凹凸の影響で発生する直流に近い低周波数成分のみを抽出する濾波手段と、
前記検出手段の出力と前記濾波手段の出力との差信号を得る減算手段と、
前記減算手段からの信号が車両挙動に影響を及ぼさないレベルであったときにはその信号を出力しないようにする不感帯処理手段と、
前記濾波手段の出力と前記不感帯処理手段の出力との和信号を得る加算手段とを有することを特徴とする車両挙動制御装置の信号処理装置。Filtering means for extracting only low-frequency components close to direct current generated by the influence of road surface unevenness from the output of detection means for detecting the amount of motion state related to turning of the vehicle;
Subtracting means for obtaining a difference signal between the output of the detecting means and the output of the filtering means;
A dead-zone processing unit to not output a signal of Waso when the signal from the subtraction means is at a level that does not affect the vehicle behavior,
A signal processing apparatus for a vehicle behavior control apparatus, comprising: addition means for obtaining a sum signal of the output of the filtering means and the output of the dead band processing means. 前記検出手段の出力と前記加算手段の出力とを切り換える切換手段を有することを特徴とする請求項１に記載の車両挙動制御装置の信号処理装置。  2. The signal processing apparatus for a vehicle behavior control apparatus according to claim 1, further comprising switching means for switching between an output of the detection means and an output of the addition means.

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