JP3768624B2 - Control device for electric power steering device - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用の電動パワーステアリング装置の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動パワーステアリング装置は、車速、操舵トルク、エンジン回転速度などの各種パラメータに基づいて電動機の駆動トルクを制御することにより、その時の走行条件に適した補助操舵力を操舵系に加えるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、これらの従来技術に於ける操舵力特性は、上記各パラメータを基にして予め設定されたものであり、運転者の精神的・肉体的状態（疲労度・覚醒度・運転技量）の変化や、走行条件（天候・路面状態・車両自体の性能）の変化等には対応していないため、場合によっては操舵力特性が不適切になることがあり得る。
【０００４】
一方、高速フーリエ解析（以下ＦＦＴと略称す）処理によって舵角信号の周波数分布を算出し、これらの周波数分布のある周波数帯域のパワースペクトル密度に基づいて運転者の覚醒度を判断する技術が、特開平７−２０１０００号公報に開示されているが、修正操舵が比較的忙しいと感じられた場合とそうでない場合とでも、図１５並びに図１６に示す如く、周波数分布が明らかに異なっており、ある周波数帯域（０．２〜２Ｈｚ）のパワースペクトル密度を比較すると、図１７に示す如く、修正操舵の忙しさとパワースペクトル密度との間には相関があることが判明した。修正操舵の頻度が高いということは、運転者の緊張もそれだけ高まっていることを表しているものと考えられるが、このような状況は、ある周波数帯域のパワースペクトル密度から判断可能であろうことに本発明者らは想い至った。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点と発明者の知見とに基づいて案出されたものであり、その主な目的は、運転者の緊張状態を反映させて操舵力特性を適切に変更することができるように改良された電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明に於いては、少なくとも操舵トルク検出手段からの信号に基づいて操舵系に補助操舵力を付加する電動機の制御を行う電動パワーステアリング装置の制御装置に於いて、操舵系の操舵角を検出する操舵角検出手段と、操舵角検出手段の信号に基づいて操舵角のパワースペクトルを求めるパワースペクトル演算手段と、パワースペクトル演算手段の信号に基づいて修正操舵の程度を表す指数を設定する修正操舵指数設定手段と、修正操舵指数設定手段の信号に基づいて補助操舵力を補正する補正手段とを有するものとした。これにより、運転者の緊張度に応じてパワーステアリング装置の発生する補助操舵力を抑制することができる。特に、予め設定されたしきい値を指数が超えた場合に、視覚的に、あるいは聴覚的に運転者に警告を与える手段や、予め設定されたしきい値を指数が超えた場合には車速を制限する手段をも付加するものとすれば、運転者にリラックスすることを促したり、強制的に減速させて過度な緊張状態から抜け出させるようにしたりすることができる。
【０００７】
【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。
【０００８】
〔全体構成〕
図１は、本発明の全体構成を示している。本発明装置は、舵角センサ１が出力するステアリングホイールの舵角信号（θｓ）をＦＦＴ処理することによって一定時間間隔に於ける舵角のパワースペクトル密度を算出するパワースペクトル密度算出手段２と、車速センサ３が出力する車速信号（Ｖ）とパワースペクトル密度算出手段２が算出したパワースペクトル密度とにより、運転者の修正操舵の忙しさを表す修正操舵指数を設定する指数設定手段４と、指数設定手段４で設定した指数が所定の第１しきい値を超えた場合は、修正操舵の忙しさのために緊張度が高まっていることを、視覚的な、あるいは聴覚的な手段によって運転者に警告を与えるための警告手段５と、指数設定手段４で設定した指数に応じて操舵力を変化させ、路面外乱によるステアリングホイールのとられ量を減少させるための操舵力設定手段６と、指数設定手段４で設定した指数が所定の第２しきい値を超えた場合は、目標車速を算出して車速制御装置に発するための目標車速設定手段７とからなっている。
【０００９】
〔修正操舵指数算出〕
パワースペクトル密度から修正操舵の忙しさを表す修正操舵指数を求めるには、図２に示す如く、先ず、舵角データ（θｓ）をサンプリングし（ステップ１）、そのサンプリングデータをＦＦＴ処理する（ステップ２）。次いで予め設定された周波数帯域（例えば０．２〜２Ｈｚ）のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を算出する（ステップ３）。次に、図３に示されているように、予め設定されているベース指数マップ１１を参照し、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）に対応するベース指数（Ｓｂ）を求める（ステップ４）。これと並行して車速（Ｖ）を読み取り（ステップ５）、かつ予め設定されている車速レシオマップ１２を参照して車速レシオ（Ｖｒ）を求める（ステップ６）。これをベース指数（Ｓｂ）に乗算することにより、車速（Ｖ）に対応した修正操舵の忙しさを表す修正操舵指数（Ｓ）が求まる（ステップ７）。
【００１０】
〔警報〕
運転者の緊張度が過度に高まると、一度に多くのことに気を配る能力が減退するので、緊張度に応じて警報を発し、緊張の緩和を促す。これには、図４に示すように、先ず、修正操舵指数（Ｓ）を読み取り（ステップ２１）、予め設定された第１しきい値（Ｓｗ）と比較し（ステップ２２）、しきい値を超えていた場合（Ｓ≧Ｓｗ）は、緊張度が過度に高まっているものと判断し、警告灯の点滅などの視覚的手段により、またブザーの吹鳴や合成音声による聴覚的手段により、運転者に警告を発する（ステップ２３）。
【００１１】
〔車速制御〕
緊張度が高く運転に余裕の無い状態では反応速度も減退するので、図５に示すように、修正操舵指数（Ｓ）を読み取り（ステップ３１）、予め設定した第２しきい値（Ｓｂ）と比較し（ステップ３２）、しきい値を超えていた場合（Ｓ≧Ｓｂ）は、適正車速（Ｖｓ）を算出し（ステップ３３）、それに応じてスロットル弁やブレーキアクチュエータを制御することにより、強制的に減速制御する。
【００１２】
〔操舵力制御１〕
緊張度が高く修正操舵が過剰な時には、路面からの外乱に対して過剰反応を示しがちとなるので、図６並びに図７に示す如く、修正操舵指数（Ｓ）と車速（Ｖ）とを読み取り（ステップ４１）、予め設定されたレシオマップ１３から車速（Ｖ）に対応した補助操舵力レシオ（Ａｒ）を求め（ステップ４２）、この値を、ステアリングホイールの操舵力（Ｔｓ）と車速（Ｖ）とに基づいて設定されたパワーステアリング装置のベース補助操舵力算出手段１４の出力値、つまりベース補助操舵力目標値（Ｉｍｂ）に乗ずる（ステップ４３）。これにより、修正操舵指数（Ｓ）が大きいほど、つまり運転者の緊張度が高いほど、ベース補助操舵力目標値のゲインを低くした補助操舵力指令値（Ｉｍ）が出力され（ステップ４４）、中立付近のステアリングホイールの保舵力が高まるので、路面外乱に対してステアリングホイールがとられ難くなる（図８参照）。
【００１３】
〔操舵力制御２〕
図９並びに図１０は、路面外乱に対してステアリングホイールをとられ難くするための第２の手法を示している。この場合も、先ず修正操舵指数（Ｓ）と車速（Ｖ）とを読み取り（ステップ５１）、予め設定されたレシオマップ１５から車速（Ｖ）に対応した付加反力レシオ（Ｃｒ）を求め（ステップ５２）、この値に、舵角（θｓ）、ヨーレイト（γ）、横加速度（ＹＧ）などと車速（Ｖ）とに基づいて付加反力算出手段１６にて設定されるベース付加反力目標値（Ｉｈｂ）を乗ずる（ステップ５３）ことによって得た付加反力目標値（Ｉｈ）を、ベース補助操舵力目標値（Ｉｍｂ）から減算する（ステップ５４）。これにより、修正操舵指数（Ｓ）が大きいほど、つまり運転者の緊張度が高いほど大きくなる付加反力をベース補助操舵力目標値から差し引いた補助操舵力指令値（Ｉｍ）が出力され（ステップ５５）、中立付近のステアリングホイールの操舵力が増大するので、特に旋回中の路面外乱に対するステアリングホイールがとられ難くなる（図１１参照）。
【００１４】
〔操舵力制御３〕
図１２並びに図１３は、路面外乱に対してステアリングホイールをとられ難くするための第３の手法を示している。この場合も、先ず指数（Ｓ）と車速（Ｖ）とを読み取り（ステップ６１）、予め設定されたレシオマップ１７から車速（Ｖ）に対応したダンピングレシオ（Ｄｒ）を求め（ステップ６２）、この値に、舵角速度（ωｓ）と車速（Ｖ）とに基づいて設定されたベースダンピング量数算出手段１８の出力値（Ｉｄｂ）を乗ずる（ステップ６３）ことによって得たダンピング値（Ｉｄ）を、ベース補助操舵力目標値（Ｉｍｂ）から減算する（ステップ６４）。これにより、修正操舵指数（Ｓ）が大きいほど、つまり運転者の緊張度が高いほど大きくなるダンピング値をベース補助操舵力目標値から差し引いた補助操舵力指令値（Ｉｍ）が出力され（ステップ６５）、中立付近のステアリングホイールの操舵力が増大するので、特に急ハンドルを切ろうとした時の路面外乱に対するステアリングホイールがとられ難くなる（図１４参照）。
【００１５】
【発明の効果】
このように本発明によれば、ステアリングホイール操舵の周波数成分から運転者の緊張度を判断し、緊張度に応じてパワーステアリング装置の発生する補助操舵力を抑制することにより、過度な修正操舵を抑制し、運転者の緊張を緩和することができる上、視覚的に、あるいは聴覚的に運転者に警告を与える警報手段によって運転者に注意を喚起することにより、過度な緊張状態から抜け出すことを促すことができる。また車速減速手段によって強制的に減速させることにより、過度な緊張状態から抜け出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の概略全体構成図。
【図２】修正操舵指数算出処理に関わるフロー図。
【図３】修正操舵指数算出手段のブロック図。
【図４】警報発生処理に関わるフロー図。
【図５】車速制御処理に関わるフロー図。
【図６】操舵力制御処理の第１実施例に関わるフロー図。
【図７】操舵力制御手段の第１実施例のブロック図。
【図８】第１実施例により得られる操舵力特性線図。
【図９】操舵力制御処理の第２実施例に関わるフロー図。
【図１０】操舵力制御手段の第２実施例のブロック図。
【図１１】第２実施例により得られる操舵力特性線図。
【図１２】操舵力制御処理の第３実施例に関わるフロー図。
【図１３】操舵力制御手段の第３実施例のブロック図。
【図１４】第３実施例により得られる操舵力特性線図。
【図１５】修正操舵が比較的忙しいと感じられた場合の周波数分布を表すグラフ。
【図１６】修正操舵が比較的忙しくないと感じられた場合の周波数分布を表すグラフ。
【図１７】パワースペクトル密度の比較図。
【符号の説明】
１ 舵角センサ
２ パワースペクトル密度算出手段
３ 車速センサ
４ 指数設定手段
５ 警告手段
６ 操舵力設定手段
７ 目標車速設定手段
１１ ベース指数マップ
１２ 車速レシオマップ
１３ レシオマップ
１４ ベース補助操舵力算出手段
１５ レシオマップ
１６ 付加反力算出手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an electric power steering device for an automobile.
[0002]
[Prior art]
The conventional electric power steering device controls the drive torque of the electric motor based on various parameters such as the vehicle speed, the steering torque, and the engine rotation speed, thereby applying an auxiliary steering force suitable for the driving condition at that time to the steering system. ing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the steering force characteristics in these prior arts are preset based on the above parameters, and changes in the driver's mental and physical state (fatigue, arousal, driving skill) In addition, since it does not cope with changes in driving conditions (weather, road surface condition, performance of the vehicle itself), the steering force characteristics may become inappropriate in some cases.
[0004]
On the other hand, a technique for calculating the frequency distribution of the steering angle signal by fast Fourier analysis (hereinafter abbreviated as FFT) processing and determining the driver's arousal level based on the power spectral density of a frequency band having these frequency distributions, Although disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-201000, the frequency distribution is clearly different as shown in FIG. 15 and FIG. 16 when the corrected steering is felt relatively busy and when it is not. When comparing the power spectral density in a certain frequency band (0.2 to 2 Hz), it was found that there is a correlation between the busyness of the correction steering and the power spectral density, as shown in FIG. The high frequency of corrective steering is considered to indicate that the driver's tension has increased accordingly, but this situation can be judged from the power spectral density of a certain frequency band. The present inventors have conceived.
[0005]
The present invention has been devised on the basis of such problems of the prior art and the inventor's knowledge, and its main purpose is to appropriately adjust the steering force characteristics by reflecting the driver's tension state. An object of the present invention is to provide a control device for an electric power steering apparatus improved so as to be changed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the present invention provides a control device for an electric power steering device that controls an electric motor that adds an auxiliary steering force to a steering system based on at least a signal from a steering torque detecting means. A steering angle detecting means for detecting a steering angle of the steering system, a power spectrum calculating means for obtaining a power spectrum of the steering angle based on a signal of the steering angle detecting means, and a correction steering based on a signal of the power spectrum calculating means. A correction steering index setting means for setting an index representing the degree and a correction means for correcting the auxiliary steering force based on a signal from the correction steering index setting means are provided. Thereby, the auxiliary steering force which a power steering device generates according to a driver's tension degree can be controlled. In particular, means for visually or audibly warning the driver when the index exceeds a preset threshold, or the vehicle speed when the index exceeds a preset threshold. If a means for limiting the movement is also added, the driver can be encouraged to relax, or the vehicle can be forced to decelerate to escape from an excessive tension state.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0008]
〔overall structure〕
FIG. 1 shows the overall configuration of the present invention. The apparatus of the present invention includes power spectrum density calculating means 2 for calculating the power spectrum density of the steering angle at a constant time interval by performing FFT processing on the steering angle signal (θs) of the steering wheel output from the steering angle sensor 1; Index setting means 4 for setting a corrected steering index indicating the busyness of the driver's corrected steering based on the vehicle speed signal (V) output from the vehicle speed sensor 3 and the power spectrum density calculated by the power spectrum density calculating means 2; When the index set by the setting means 4 exceeds a predetermined first threshold value, it is confirmed by visual or auditory means that the tension is increasing due to busyness of the correction steering. The warning means 5 for giving a warning to the vehicle and the steering force is changed in accordance with the index set by the index setting means 4 to reduce the amount of the steering wheel taken by road disturbance. And the target vehicle speed setting means 7 for calculating the target vehicle speed and issuing it to the vehicle speed control device when the index set by the index setting means 4 exceeds a predetermined second threshold value. It is made up of.
[0009]
[Calculation of corrected steering index]
In order to obtain the corrected steering index representing the busyness of the corrected steering from the power spectral density, first, as shown in FIG. 2, the steering angle data (θs) is sampled (step 1), and the sampling data is subjected to FFT processing (step). 2). Next, a power spectral density (PSD) in a preset frequency band (for example, 0.2 to 2 Hz) is calculated (step 3). Next, as shown in FIG. 3, a base index (Sb) corresponding to the power spectral density (PSD) is obtained with reference to a preset base index map 11 (step 4). In parallel with this, the vehicle speed (V) is read (step 5), and the vehicle speed ratio (Vr) is obtained by referring to the preset vehicle speed ratio map 12 (step 6). By multiplying this by the base index (Sb), a corrected steering index (S) representing the busyness of the corrected steering corresponding to the vehicle speed (V) is obtained (step 7).
[0010]
〔alarm〕
If the driver's tension increases excessively, the ability to pay attention to many things at once will decline, so an alarm is issued according to the tension and the tension is eased. For this purpose, as shown in FIG. 4, first, the corrected steering index (S) is read (step 21) and compared with a preset first threshold value (Sw) (step 22). If it exceeds (S ≧ Sw), it is determined that the degree of tension is excessively increased, and visual means such as blinking of a warning light or auditory means using a buzzer sound or synthesized voice is used. A warning is issued (step 23).
[0011]
(Vehicle speed control)
Since the reaction speed also decreases when the degree of tension is high and there is no allowance for driving, as shown in FIG. 5, the corrected steering index (S) is read (step 31), and the preset second threshold value (Sb) If the threshold value is exceeded (S ≧ Sb), the appropriate vehicle speed (Vs) is calculated (step 33), and the throttle valve and brake actuator are controlled accordingly. Decelerate control.
[0012]
[Steering force control 1]
When the degree of tension is high and the correction steering is excessive, the reaction tends to show an excessive response to the disturbance from the road surface. Therefore, as shown in FIGS. 6 and 7, the correction steering index (S) and the vehicle speed (V) are read. (Step 41) An auxiliary steering force ratio (Ar) corresponding to the vehicle speed (V) is obtained from a preset ratio map 13 (Step 42), and this value is obtained from the steering wheel steering force (Ts) and the vehicle speed (V ) Is multiplied by the output value of the base auxiliary steering force calculation means 14 of the power steering apparatus, that is, the base auxiliary steering force target value (Imb) (step 43). As a result, the larger the corrected steering index (S), that is, the higher the driver's tension, the more the auxiliary steering force command value (Im) with a lower gain of the base auxiliary steering force target value is output (step 44). Since the steering force of the steering wheel near the neutral is increased, the steering wheel is difficult to be taken against road disturbance (see FIG. 8).
[0013]
[Steering force control 2]
9 and 10 show a second method for making it difficult for the steering wheel to be taken against road surface disturbance. Also in this case, first, the corrected steering index (S) and the vehicle speed (V) are read (step 51), and the additional reaction force ratio (Cr) corresponding to the vehicle speed (V) is obtained from the preset ratio map 15 (step). 52), a base additional reaction force target value set by the additional reaction force calculation means 16 based on the steering angle (θs), yaw rate (γ), lateral acceleration (YG), etc., and the vehicle speed (V). The additional reaction force target value (Ih) obtained by multiplying (Ihb) (step 53) is subtracted from the base auxiliary steering force target value (Imb) (step 54). As a result, the auxiliary steering force command value (Im) obtained by subtracting the additional reaction force that increases as the corrected steering index (S) increases, that is, as the driver's tension increases, from the base auxiliary steering force target value is output (step). 55) Since the steering force of the steering wheel near the neutral increases, it becomes difficult to take the steering wheel especially against a road surface disturbance during turning (see FIG. 11).
[0014]
[Steering force control 3]
12 and 13 show a third method for making it difficult for the steering wheel to be taken against road surface disturbance. Also in this case, first, the index (S) and the vehicle speed (V) are read (step 61), and the damping ratio (Dr) corresponding to the vehicle speed (V) is obtained from the preset ratio map 17 (step 62). A damping value (Id) obtained by multiplying the value by the output value (Idb) of the base damping amount calculation means 18 set based on the steering angular velocity (ωs) and the vehicle speed (V) (step 63), Subtraction is made from the base auxiliary steering force target value (Imb) (step 64). As a result, the auxiliary steering force command value (Im) obtained by subtracting the damping value, which increases as the corrected steering index (S) increases, that is, the driver's tension increases, from the base auxiliary steering force target value is output (step 65). ) Since the steering force of the steering wheel near the neutral increases, it becomes difficult to take the steering wheel against the road surface disturbance particularly when trying to turn the sharp steering wheel (see FIG. 14).
[0015]
【The invention's effect】
Thus, according to this onset bright, by suppressing the assisting steering force to determine the degree of strain of the driver from the frequency components of the steering wheel steering, generation of the power steering apparatus in accordance with degree of tension, excessive corrective steering To relieve the driver's tension and to get out of excessive tension by alerting the driver with warning means that visually or audibly alert the driver Can be encouraged. Moreover, it can be made to escape from an excessive tension | tensile_strength state by forcibly decelerating by a vehicle speed reduction means .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of an apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart related to a corrected steering index calculation process.
FIG. 3 is a block diagram of corrected steering index calculation means.
FIG. 4 is a flowchart related to alarm generation processing.
FIG. 5 is a flowchart related to vehicle speed control processing.
FIG. 6 is a flowchart related to the first embodiment of the steering force control process.
FIG. 7 is a block diagram of a first embodiment of the steering force control means.
FIG. 8 is a steering force characteristic diagram obtained by the first embodiment.
FIG. 9 is a flowchart related to a second embodiment of the steering force control process.
FIG. 10 is a block diagram of a second embodiment of the steering force control means.
FIG. 11 is a steering force characteristic diagram obtained by the second embodiment.
FIG. 12 is a flowchart related to a third embodiment of the steering force control process.
FIG. 13 is a block diagram of a third embodiment of the steering force control means.
FIG. 14 is a steering force characteristic diagram obtained by the third embodiment.
FIG. 15 is a graph showing a frequency distribution when it is felt that correction steering is relatively busy.
FIG. 16 is a graph showing a frequency distribution when it is felt that the correction steering is relatively busy.
FIG. 17 is a comparison diagram of power spectral density.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering angle sensor 2 Power spectrum density calculation means 3 Vehicle speed sensor 4 Index setting means 5 Warning means 6 Steering force setting means 7 Target vehicle speed setting means 11 Base index map 12 Vehicle speed ratio map 13 Ratio map 14 Base auxiliary steering force calculation means 15 Ratio Map 16 Additional reaction force calculation means

Claims (1)

少なくとも操舵トルク検出手段からの信号に基づいて操舵系に補助操舵力を付加する電動機の制御を行う電動パワーステアリング装置の制御装置であって、
前記操舵系の操舵角を検出する操舵角検出手段と、該操舵角検出手段の信号に基づいて操舵角のパワースペクトルを求めるパワースペクトル演算手段と、該パワースペクトル演算手段の信号に基づいて修正操舵の程度を表す指数を設定する修正操舵指数設定手段と、該修正操舵指数設定手段の信号に基づいて前記補助操舵力を補正する補正手段とを有すると共に、
前記修正操舵指数設定手段の信号が第１の閾値を超えた際に運転者に警告を発する警報手段と、前記修正操舵指数設定手段の信号が第２の閾値を超えた際に車速を減少させる減速手段とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。A control device for an electric power steering device that controls an electric motor that adds an auxiliary steering force to a steering system based on at least a signal from a steering torque detection means,
Steering angle detecting means for detecting a steering angle of the steering system, power spectrum calculating means for obtaining a power spectrum of the steering angle based on a signal of the steering angle detecting means, and correction steering based on a signal of the power spectrum calculating means A correction steering index setting means for setting an index representing the degree of the correction, and a correction means for correcting the auxiliary steering force based on a signal of the correction steering index setting means ,
Warning means for issuing a warning to the driver when the signal of the corrected steering index setting means exceeds a first threshold value, and reducing the vehicle speed when the signal of the corrected steering index setting means exceeds a second threshold value A control device for an electric power steering apparatus, comprising: a deceleration means .

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