JP3884369B2

JP3884369B2 - Steering control device

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Publication number: JP3884369B2
Application number: JP2002331793A
Authority: JP
Inventors: 厚夫酒井; 省二小川; 俊博高橋; 裕教小山; 淑江佐々木
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: JP2004161198A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用のステアバイワイヤ・システムの操舵反力を制御するステアリング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、従来のステアバイワイヤ・システムの操舵反力を制御するステアリング制御装置としては、下記の特許文献１に記載されているものや、或いは、下記の特許文献２に記載されているもの等が一般に広く知られている。
これらの従来装置においては、運転者の操舵操作に伴う操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサが具備されており、ステアリングホイールに適度な手応え感を与えるための反力トルク（操舵反力Ｔ_R）の出力値を決定するために利用されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３４９４７号公報（第４−５頁、第１図）
【特許文献２】
特開平５−１０５１００号公報（第２−４頁、第１−３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の様な従来のステアバイワイヤ・システムにおいては、トルクセンサが故障した際に、手動操舵機構に切り換えなければならなかったため、以下のような問題があった。
（問題点１）
トルクセンサが故障した際に、手動操舵機構に切り換える場合、操舵感が急に重くなるため、運転者は戸惑いや違和感を覚える。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、トルクセンサが故障した際にも、操舵方式或いはステアリング制御の制御方式の切り換えを比較的円滑に実施できる様にすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、操舵アクチュエータがステアリング・ホイールに付与すべき操舵反力Ｔ_Rを制御する操舵機構と、転舵輪の実舵角に係わる転舵変位量ｘを制御する転舵機構とが機械的に分離されており、これら双方を連結する連結機構が電気的な連動機構によって代替的に構成されているステアバイワイヤ・システムにおいて、上記の操舵機構に、ステアリング・ホイールに運転者が付与する操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサと、路面反力による転舵機構に働く転舵反力Ｆを算定する転舵反力算定手段と、操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクＴと転舵反力算定手段により算定された転舵反力Ｆとに基づいて、操舵反力Ｔ _R を演算する操舵反力演算手段とを有し、操舵反力演算手段は、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、操舵反力Ｔ_Rの算定において、操舵トルクセンサが検出した操舵トルクＴの入力又は利用を中止する操舵トルク関連値切り離し手段とを備える。
【０００７】
この様な構成に従えば、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、操舵反力Ｔ_Rの算定において、操舵トルクセンサが正しく検出したとものとして扱われてしまう操舵トルクＴの検出値の入力又は利用が中止されるため、ステアリングホイールに、極端に的を外れた不当な操舵反力が付与される恐れが無くなる。
即ち、上記の第１の手段に従えば、必ずしも手動操舵機構に切り換えなくとも、ステアリング制御を続行することにより、運転者に操舵操作を継続させることが可能となるため、前述の問題点１については解決することができる。
【０００８】
しかしながら、上記の構成を用いた場合、以下の問題が派生する。
（問題点２）
トルクセンサが故障した際に、運転者がステアリングホイールに付与する操舵トルクの検出値Ｔを恒等的に０と仮定すると、操舵感が急に軽くなるため、運転者は戸惑いや違和感を覚える。
【０００９】
本発明の第１の手段は、この問題点２に対する対策を更に追加したものである。
即ち、操舵反力演算手段は、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、転舵反力Ｆの係数値、又は転舵反力Ｆの関連値の係数値を変更する第１ゲイン変更手段を備える。
【００１０】
この様な係数値（ゲイン）の修正により、操舵トルクの検出値Ｔが恒等的に０と仮定される場合にも、操舵アクチュエータから出力すべき所望の操舵反力Ｔ_Rの値を概算的に補正（適正化）することができる。このため、転舵反力Ｆ（又はその推定値Ｆ_h）の操舵感に対する影響度が、圧倒的或いは極端に支配的となる恐れが無くなる。
【００１１】
また、第２の手段は、上記の第１の手段において、操舵反力演算手段は、ステアリングホイールの回転速度ω_Hに基づいて、操舵機構の慣性モーメントに係わる慣性トルクＴ_Kを、操舵反力Ｔ_Rを構成する項の一つとして設定する慣性補償手段と、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、慣性トルクＴ_Kの係数値、又は慣性トルクＴ_Kの関連値の係数値を変更する第２ゲイン変更手段とを備えることである。
【００１２】
この様な構成に従えば、従来、トルクセンサの正常動作時に、主に操舵トルクＴ等を用いて演算処理されていた操舵機構或いは転舵機構の慣性に係わるシミュレーション（即ち、慣性トルクの出力）を、例えばステアリングホイールの回転速度ω_H等に基づいて、実施することができる様になる。
これにより、操舵感が極端に軽くなることを回避でき、よって、問題の違和感を軽減することが可能となる。
【００１３】
また、第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、操舵反力演算手段は、ステアリングホイールの回転速度ω_Hに基づいて、操舵機構或いは転舵機構の内部摩擦に係わる摩擦トルクＴ_Dを、操舵反力Ｔ_Rを構成する項の一つとして設定する摩擦補償手段と、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、摩擦トルクＴ_Dの係数値、又は摩擦トルクＴ_Dの関連値の係数値を変更する第３ゲイン変更手段とを備えることである。
【００１４】
この様な構成に従えば、従来、トルクセンサの正常動作時に、主に操舵トルクＴ等を用いて演算処理されていた操舵機構或いは転舵機構の内部の摩擦力に係わるシミュレーション（即ち、摩擦トルクの出力）を、例えばステアリングホイールの回転速度ω_H等に基づいて、実施することができる様になる。
これにより、操舵感が極端に軽くなることを回避でき、よって、問題の違和感を軽減することが可能となる。
【００１５】
また、第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段の転舵反力算定手段において、転舵反力Ｆの位相を補正する転舵反力位相補正手段と、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、転舵反力Ｆの位相に対する補正量を変更する位相補正量変更手段とを備えることである。
【００１６】
操舵トルクＴが検出できない場合、操舵トルクに関するフィードバックループが構成できなくなるため、操舵反力Ｔ_Rを生成出力する際の応答性が劣化する。この影響を軽減するためには、転舵反力Ｆに係わるオープン制御系の応答性を高くする（或いは低下させない）処置が有効となる。
上記の第５の手段によれば、転舵反力Ｆの位相に対する補正量を変更することにより、転舵反力Ｆの位相を早めること（或いは遅らせないこと）ができるので、これにより、操舵機構の操舵操作に対する応答性の劣化を軽減することができる。
【００１７】
また、第５の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段の転舵反力算定手段において、転舵反力Ｆを測定する転舵反力センサを備えることである。
この様な構成に従えば、転舵反力を転舵反力センサから直接測定することができるため、より高い精度で確実に転舵反力Ｆを求めることができる。
また、この様な構成に従えば、公知のオブザーバ等を用いた高度或いは複雑な推定処理により、転舵反力Ｆを推定する必要が無くなるため、このオブザーバ等に関する装置コスト、又は、オブザーバ等に関する処理プログラムの開発工数を削減することができる。
また、上記の構成に従えば、オブザーバをプログラムで構成する場合に比べて、制御装置使用時のＣＰＵオーバヘッドを削減することができる。
【００１８】
また、第６の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段の転舵反力算定手段において、転舵機構が有する転舵アクチュエータに流れる転舵電流の、測定値Ｉ_a、指令値Ｉ_n又は関連値ｕ_rに基づいて、転舵反力Ｆを推定する転舵反力推定手段を備えることである。
【００１９】
ただし、上記の関連値ｕ_rは、転舵アクチュエータに対する制御量ならば任意で良い。例えば、転舵モータの駆動回路における指令電圧やＰＷＭ制御におけるデューティー値等でも良い。また、勿論、転舵モータに流れる電流（転舵電流）の値や、その指令値等を用いても良い。
【００２０】
上記の構成に従えば、転舵反力Ｆを推定することにより、必ずしも転舵反力センサを具備しなくともステアリング制御装置を構成することが可能となるため、部品点数や部品コストの面で有利な制御装置を構成することが可能となる。
また、上記の構成に従えば、転舵反力センサの接続仕様（規格）、測定精度、価格、耐熱性、耐振性、耐久性、大きさ、形状、重量等について詳細に検討する必要が無くなり、また、これらの諸条件が設計上のネックになる様な恐れも無くなる。
【００２１】
また、第７の手段は、上記の第６の手段の転舵反力推定手段において、「転舵機構が有する転舵アクチュエータに流れる転舵電流の、測定値Ｉ_a、指令値Ｉ_n、又は関連値ｕ_r」と、「転舵変位量ｘ、その指令値ｘ_n、又はこれらに関連する関連値」とに基づいて、上記の転舵反力Ｆを推定する外乱オブザーバを備えることである。
【００２２】
この様な構成に従えば、比較的高い精度で上記の転舵反力Ｆを推定することができるため、転舵反力Ｆの推定精度と装置の部品コストの両面で、比較的合理的で均整の取れた制御装置を構成することができる。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
〔第１実施例〕
図１は、本実施例のステアリング制御装置１００のシステム構成図である。このステアリング制御装置１００は、運転者が操作するステアリングホイール（ハンドル）１を有する操舵機構と、転舵輪１６を転舵する転舵機構と、これらの操舵機構と転舵機構との連動制御を電気的に行う制御装置（コンピュータ）８等から構成されている。
【００２４】
操舵機構は、操舵反力を生成する操舵アクチュエータ（反力モータ５）を備える。反力モータ駆動回路６は、制御装置８から与えられる制御量（Ｔ_R）に応じて反力モータ５を駆動する。反力モータ５の出力軸は減速器を介して操舵軸（ステアリングシャフト）２に連結されており、この操舵軸２は操舵ハンドル１に連結されている。
【００２５】
操舵軸２には、この軸の回転角である操舵角θを検出する操舵角センサ３と、操舵軸２に加わる操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサ４が配設されている。ただし、操舵角センサ３の代わりに、反力モータの回転角を検出する反力モータ角センサを備え、反力モータの回転角から操舵角θを推定してもよい。この場合、減速比のみに基づいて反力モータの回転角を操舵角θに換算してもよいし、操舵軸の捩れ剛性を考慮して、操舵角θを補正してもよい。
【００２６】
一方、転舵機構は、転舵軸１３を転舵する転舵アクチュエータ（転舵モータ１１）を備える。転舵モータ駆動回路９は、制御装置８から与えられる制御量（ｕ_r）に応じて転舵モータ１１を駆動する。転舵モータ１１の回転運動を直線運動に変換する変換器（減速器１２）は、例えば、ボールねじ機構等から構成することができる。転舵軸１３の両端は、タイロッド１４、ナックルアーム１５を介して転舵輪１６に接続されている。
【００２７】
転舵軸１３には、この軸の転舵変位量ｘを検出する転舵変位量センサ１０と、外部（転舵輪１６側）から転舵軸１３に加わる転舵反力Ｆを検出する図示しない転舵反力センサとを備えても良いが、本実施例では、後者の転舵反力センサを外乱オブザーバにて置換した構成例について詳しく例示する。
【００２８】
また、転舵変位量センサ１０の代わりに、転舵モータの回転角を検出する転舵モータ角センサを備え、この転舵モータの回転角から転舵変位量ｘを推定してもよい。この場合、減速比のみで換算してもよいし、転舵軸１３の軸方向の剛性を考慮して補正してもよい。
【００２９】
制御装置８には、操舵角センサ３、操舵トルクセンサ４、転舵変位量センサ１０、車速センサ７の各検出結果（操舵角θ，操舵トルクＴ，転舵変位量ｘ，車速Ｖ）が入力され、これらの検出結果を基に、反力モータ５と転舵モータ１１が所定の駆動力を出力するように各駆動回路（６，９）へ制御信号（反力モータの制御量Ｔ_R，転舵モータの制御量ｕ_r）を出力する。
【００３０】
図２は、ステアリング制御装置１００の制御装置８の操舵反力生成方式に係わる論理的な主要構成を例示する制御ブロックダイヤグラムである。
反力モータ駆動回路６への制御信号（反力モータの制御量Ｔ_R）は、反力モータの制御量演算器８５により算出される。
【００３１】
一方、転舵モータ駆動回路９への制御信号（転舵モータの制御量ｕ_r）は、位置制御器８２により算出される。この位置制御器８２は、目標値演算器８１が算出する転舵変位量の目標値ｘ_nと、転舵変位量センサ１０が検出した転舵変位量ｘに基づいて、周知のＰＤ制御（比例・積分制御）により、上記の転舵モータの制御量ｕ_rを算出する。勿論、例えばＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）等の公知のその他の制御理論に基づいて、上記の転舵モータの制御量ｕ_rを算出しても良い。
【００３２】
転舵反力推定器８８は、転舵変位量ｘと転舵モータの制御量ｕ_rに基づいて転舵反力Ｆの推定値Ｆ_hを算定する。
この転舵反力推定器８８は、転舵反力Ｆを直接的に検出する転舵反力センサと置換することも可能であるが、以下の第１実施例では、転舵反力推定器８８を有するステアリング制御装置（１００）について、主要部分に関する説明を中心とする「Ｉ．正常時の動作」と、本発明の特徴部分に直接係わる詳細な説明を展開する「II．異常時の動作」の２部に分けて説明する。
【００３３】
Ｉ．正常時の動作
以下、上記の制御装置８の通常の動作（操舵トルクセンサ４の正常時の動作）について説明する。
図３は、ステアリング制御装置１００の制御装置８が実行する制御手順の概要を例示するフローチャートである。この制御手順は、図２のステアリング制御を具現する手段である。
【００３４】
図３の制御手順では、まず最初に、ステップ５１０によりシステムの初期化を行う。この初期化は、制御変数の初期化等の処理が中心である。これらの具体的な内容については、後から断片的に例示する。
【００３５】
ステップ５２０では、操舵角センサ３、操舵トルクセンサ４、転舵変位量センサ１０、車速センサ７の各検出結果（操舵角θ，操舵トルクＴ，転舵変位量ｘ，車速Ｖ）を入力する。
ステップ５３０では、転舵モータ制御を行うサブルーチン（図４）を呼び出して実行する。このサブルーチンは、図２の目標値演算器８１と位置制御器８２を具現するサブルーチンである。
【００３６】
ステップ５４０では、転舵反力を求める。この転舵反力は、転舵反力センサにて直接的に検出された信号から求めても良いが、本実施例では、転舵反力推定器８８により、転舵変位量ｘと転舵モータの制御量ｕ_rに基づいて転舵反力Ｆの推定値Ｆ_hを算定する手順について詳しく例示する。
ステップ５５０では、反力モータ制御を行うサブルーチン（図８）を呼び出して実行する。このサブルーチンは、図２の反力モータの制御量演算器８５を具現するサブルーチンである。
【００３７】
ステップ５６０では、ステップ５２０以降の処理を定期的（１例：0.５ms周期）に実行するために、タイマ割り込みの予約設定処理等を行い、タイマ割り込みの待ち状態に遷移する。
次に、ステップ５３０でサブルーチンとしてコールされる転舵モータ制御を行うサブルーチン（図４）に付いて、詳細に説明する。
【００３８】
１．転舵軸の制御手順
図４は、図１、図２の制御装置８により具現される転舵モータ制御部（即ち、上記の目標値演算器８１、及び位置制御器８２）が実行する制御手順を例示するフローチャートである。
【００３９】
操舵角θから転舵変位量ｘの目標値ｘ_nを式（１）により決定する。伝達比Ｇ_rには定数を用いても良いが、操舵角θや車速Ｖ等に応じて、例えば図５の様なマップ（ａ），（ｂ）を用いて、「Ｇ_r＝ｇ_r1×ｇ_r2」の様な形式にして、決定してもよい。例えばこの様な車速に応じた設定によれば、所望のステアリングギヤ比可変手段を具現することが可能である。
【００４０】
【数１】
ｘ_n＝Ｇ_rθ …（１）
例えばこの様にして、目標値演算器８１の演算処理（ステップ６２０、及びステップ６４０）を実行することができる。
【００４１】
偏差（ｘ_n−ｘ）、及びその時間微分ｄ（ｘ_n−ｘ）／ｄｔに基づいて転舵モータ１１の制御量ｕ_rを式（２）により決定し、転舵変位量ｘが上記の目標値ｘ_nに追従するように駆動制御を行う。ゲイン係数Ｇ_px，Ｇ_dxは定数である。
【数２】
ｕ_r＝Ｇ_px（ｘ_n−ｘ）＋Ｇ_dx・ｄ（ｘ_n−ｘ）／ｄｔ …（２）
例えばこの様にして、位置制御器８２の演算処理（ステップ６６０、及びステップ６８０）を実行することができる。
【００４２】
以下、外乱オブザーバに関する演算手法により、この転舵反力の推定値Ｆ_hを算定する手順（図３のステップ５４０）について、図６と図７を用いて具体的に例示する。
【００４３】
２．転舵反力の推定手順
転舵機構の運動方程式は式（３）で記述される。ただし、ここで、Ｍは、ラック軸質量やモータの慣性（イナーシャ）等から決まる転舵機構の転舵変位方向の有効質量である。
【数３】
Ｍ・ｄ²ｘ／ｄｔ²＝ｕ_r−ｆ−Ｆ≡ｄ …（３）
【００４４】
ただし、上記のｆは転舵モータ１１、変換器（減速器１２）等の転舵機構内部に生じる摩擦力である。この摩擦力ｆは、例えば、ｘ，ｖの関数ｙ等として求めておくと良い。この関数ｙは、ｘ，ｖ等に関する数式として求めておいても良いし、関数ｙを近似するマップ（テーブルデータ）と所定の補間処理から求めても良い。
【数４】
ｆ＝ｙ（ｘ，ｖ） …（４）
ただし、上記の小文字の変数ｖは、次式（５）によって定義される転舵軸１３の転舵速度である。
【数５】
ｖ＝ｄｘ／ｄｔ …（５）
【００４５】
ここで、式（３）の力ｄを外乱オブザーバにおける外乱とみなせば、図７の式（ａ）の形で表現される外乱オブザーバを構成することができる。ただし、以下、行列Ｇはオブザーバゲイン（３行２列の定数行列）であり、Ｆ_h，ｘ_h，ｖ_h，ｄ_hは、それぞれＦ，ｘ，ｖ，ｄの各推定値を表すものとする。
【００４６】
時刻ｋにおけるオブザーバの状態量をｘ₀(k)（３行１列の列ベクトル）とする。この時、オブザーバゲインＧを極配置法によって決定し、サンプリング時間を適当な時間間隔（１例：約0.５ms程度）で離散化すると、上記の状態量ｘ₀(k)は、図７の式（ｂ）の形で、逐次算出することができる。したがって、上記の力ｄの推定値ｄ_hは、図７の式（ｃ）の形で、逐次算出することができる。
ただし、ここで、ｋはサンプリング時刻を表す時刻パラメータ（整数変数）であり、行列Ａ，Ｃはそれぞれ３行３列の定数行列、行列Ｂ，Ｄはそれぞれ３行２列の定数行列である。また、状態量ｘ₀(k)の初期値ｘ₀(0)は０ベクトルで良い。また、転舵速度ｖの初期値ｖ(0)も０で良い。
【００４７】
したがって、上記の力ｄの推定値ｄ_hを用いて、転舵反力Ｆの推定値Ｆ_hは、次式（６）にて逐次求めることができる。
【数６】
Ｆ_h(k)＝ｕ_r(k)−ｆ(k)−ｄ_h(k) …（６）
【００４８】
例えばこの様にして、転舵反力センサの検出値Ｆの代わりに、転舵反力の推定値Ｆ_hを用いて、反力モータの制御量Ｔ_Rを設定すれば、転舵反力センサが不要になるのでコストを低減できる。また、転舵反力センサのノイズに起因する振動が発生しないので、滑らかな操舵感が得られる。
【００４９】
これらの理論に基づいて、図２の本発明に係わる転舵反力推定器８８（即ち、図３のステップ５４０）を構成することができる。
図６は、制御装置８により具現される転舵反力推定器８８が実行する制御手順を例示するフローチャートである。
【００５０】
本制御手順では、まず、最初に、ステップ９１０により、上記の式（５）により、転舵軸の移動速度ｖ(k)の値を求める。
次に、ステップ９２０では、図７の式（ｃ）によりｄ_h(k)の値を求める。
ステップ９３０では、上記の式（６）により、Ｆ_h(k)の値を求める。
ステップ９４０では、このＦ_hの値を、転舵反力を表す変数Ｆに代入する。これにより、反力モータの制御量演算器８５において、転舵反力Ｆの値が参照可能となる。
【００５１】
ステップ９５０及びステップ９６０では、次回の制御周期における演算処理の準備をしておく。即ち、ステップ９５０では、図７の式（ｂ）に従って、ｘ₀(k+1)の値を算出し、所定の記憶領域に記憶しておく。
また、ステップ９６０では、時刻パラメータｋを更新する。
【００５２】
尚、ステップ９６０の処理は、前述のステップ５６０の中で実行しても良い。また、ｋ＝０，ｘ₀(0)＝０，ｖ(0)＝０等の各種の使用変数の初期化処理は、前述のステップ５１０で実行するものとする。
【００５３】
次に、図３のステップ５５０でサブルーチンとしてコールされる反力モータ制御に付いて、詳細に説明する。
【００５４】
３．操舵軸（反力モータ）の制御手順
操舵トルクＴとその時間微分ｄＴ／ｄｔ、及び転舵反力Ｆとその時間微分ｄＦ／ｄｔに基づいて、反力モータ５の制御量Ｔ_Rを次式（７）に従って決定しても良いが、本実施例では、下記の式（８）により反力モータ５の制御量Ｔ_Rを決定する例を示す。ただし、ここで、ゲイン係数Ｇ_pt、Ｇ_dt、Ｇ_pf、Ｇ_dfは適当な定数であり、式（７）、式（８）の各右辺の第３項及び第４項の転舵反力Ｆには、前述の推定値Ｆ_hを代入するものとする。
【数７】
Ｔ_R＝Ｇ_ptＴ＋Ｇ_dt・ｄＴ／ｄｔ−Ｇ_pfＦ−Ｇ_df・ｄＦ／ｄｔ …（７）
【数８】
Ｔ_R＝Ｇ_ptＴ＋Ｇ_dt・ｄＴ／ｄｔ−ｆ_pf（Ｆ）−Ｇ_df・ｄＦ／ｄｔ …（８）
【００５５】
上記の式（７），（８）の各々の第３項と第４項は、操舵トルクが付与された方向と逆方向に作用する制御量である。第３項によってセルフアライニングトルク等の転舵反力に応じた操舵反力が生成される。また、第４項によって転舵反力に対して速やかに操舵反力が生成されると伴に、転舵反力に起因する振動が抑制される。そのため、転舵反力（路面情報）を違和感無く運転者に伝えることができると伴に、滑らかな操舵感が得られる。
【００５６】
一方、第１項と第２項は、操舵トルクが付与された方向に操舵軸を回転させるための制御量である。第１項によって減速器の摩擦に起因する操舵反力が抑制され、第２項によって反力モータのコギングに起因する振動が抑制される。そのため、転舵反力に応じた操舵反力を正確に付与することができる。
【００５７】
これらの理論に基づいて、図２の本発明に係わる制御量演算器８５（即ち、図３のステップ５５０でサブルーチンとしてコールされる反力モータ制御）を構成することができる。
図８は、制御装置８により具現される反力モータの制御量演算器８５が実行する制御手順を例示するフローチャートである。
まず、ステップ８１０では、式（８）の演算を実行する準備として、操舵トルクＴ、及び転舵反力Ｆの時間微分の値を求める。
次に、ステップ８３０では、式（８）のゲイン係数Ｇ_dfを決定する。
【００５８】
図９は、ゲイン係数Ｇ_pf，Ｇ_dfの算出に用いられるデータマップを例示するグラフである。ゲイン係数Ｇ_pf，Ｇ_dfは、車速Ｖに応じて図９のようなマップ（ａ），（ｂ）に基づいて変更してもよい。例えばこの様に、車速Ｖが大きい時程ゲイン係数Ｇ_pf，Ｇ_dfを大きくすることによって、車速Ｖが大きい時程操舵反力が大きくなるので、操舵感がより向上する。
【００５９】
この様に車速Ｖに応じて、ゲイン係数Ｇ_pf，Ｇ_dfを最適化する手段も、所望のステアリングギヤ比可変手段を具現する一例である。また、ゲイン係数Ｇ_pfを大きくすると制御系の安定性が悪化して振動が発生しやすくなるが、同時にゲイン係数Ｇ_dfも大きくすることによって振動を抑制できるので、この様な設定によっても滑らかな操舵感が得られる。
【００６０】
次に、ステップ８５０では、式（８）の第３項を決定する。ここで、上記の関数ｆ_pf（Ｆ）は図１０の様に車速Ｖに依存した関数にしてもよい。図１０は、上記の式（８）の第３項として利用することができる関数ｆ_pf（Ｆ，Ｖ）の設定形態を例示するグラフである。
【００６１】
転舵反力が小さい領域ほど操舵反力の増加率を大きくすることによって、ハンドルを中立位置から切り始めた際に、操舵反力は急峻立ち上がるので、ビルドアップ感の良い操舵感が得られる。更に、図１０に例示する様な車速Ｖに依存する関数ｆ_pf（Ｆ，Ｖ）を用いることにより、車速Ｖに応じて式（８）の第３項を最適化することが可能となる。例えばこの様な手段も、所望のステアリングギヤ比可変手段を具現する一例である。この様な設定に従えば、車速Ｖが大きい時程操舵反力が大きくなるので、操舵感がより向上する。
【００６２】
これらの手順により、式（８）の各項を求めることができる。ステップ８７０では、式（８）の演算処理を実行する。ステップ８９０では、ステップ８７０で算出した制御量Ｔ_Rを反力モータ駆動回路６に出力する。
以上の制御手順により、本第１実施例のステアリング制御装置１００において、安い生産コストで所望の操舵感を生成することが可能或いは容易となる。
【００６３】
II．異常時の動作
以下、本第１実施例のステアリング制御装置１００の、操舵トルクセンサ４の異常時における動作について説明する。
図１１は、本実施例の反力モータの制御量演算器８５（図２）に関する更に詳しい論理的な構成を例示する制御ブロックダイヤグラムである。本実施例の反力モータの制御量演算器８５では、既に式（８）と図８、図９、図１０を用いて説明した様に、制御量Ｔ_R（反力モータ５の出力トルク又は駆動電流）を算出して、反力モータ駆動回路６に出力する。
【００６４】
これらの動作は、操舵トルクセンサ４の異常時においても前述の正常時と同じであり、図１１が示している動作と図２の制御量演算器８５が示している動作とは一致している。
即ち、図１１の操舵トルク関連値演算部８５１では、次式（９）に従って、操舵トルク関連値Ｔ_tを算出する。また、転舵反力関連値演算部８５２では、次式（１０）に従って、転舵反力関連値Ｔ_fを算出する。
【数９】
Ｔ_t＝Ｇ_ptＴ＋Ｇ_dt・ｄＴ／ｄｔ …（９）
【数１０】
Ｔ_f＝ｆ_pf（Ｆ，Ｖ）＋Ｇ_df・ｄＦ／ｄｔ …（１０）
その後、操舵トルク関連値Ｔ_tと転舵反力関連値Ｔ_fは、次式（１１）に従って処理される。
【数１１】
Ｔ_R＝ａ₁Ｔ_t＋ａ₂Ｔ_f （初期値：ａ₁＝１，ａ₂＝−１） …（１１）
【００６５】
しかしながら、操舵トルクセンサ４の異常時においては、上記のゲインの値が、上記の正常時の値（ａ₁＝１，ａ₂＝−１）とは異なる。即ち、このゲイン（係数ａ₁，ａ₂）の値を異常時に、動的に切り換える手段が、本発明の最も大きな特徴部の一つになっている。
【００６６】
図１２は、トルクセンサ異常検出時の、本第１実施例の反力モータの制御量演算器８５（図１１）に関する処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）である。
図１２（ａ）の異常時処理を実行するサブルーチンは、操舵トルクセンサ４に異常が有った際に、前述のプログラムとは非同期に呼び出して実行される。この様なサブルーチンは、割り込み処理ルーチンとして登録しておく等の手法が最も一般的である。例えば、操舵トルクセンサ４が自らその異常時に直接制御装置に対して外部割り込みを掛けることができる場合等がそれである。
【００６７】
また、操舵トルクセンサ４の異常状態は、上記の各物理変数Ｆ，ｘ，θ，Ｔ，Ｖ等の間に矛盾がある場合に、これらの各変数間の不自然な関係（矛盾）をソフトウェアによって解析することにより検知する様にしても良い。
【００６８】
上記のサブルーチン（図１２（ａ））では、例えば図１２（ｂ）の変数規準表に従って、図１１の各ゲイン（係数ａ₁，ａ₂）の値を以下の式（１２）の様に書き換える。
【数１２】
ａ₁＝０（操舵トルク関連値切り離し手段に対応），
ａ₂＝−１／２（第１ゲイン変更手段に対応） …（１２）
【００６９】
例えばこの様に、ステアリング制御を続行することにより、運転者に操舵操作を継続させることが可能となるため、前述の問題点１に示した様に、操舵感が急激に重くなる様な事態を回避することが可能となる。
また、係数ａ₂を書き換える上記の第１ゲイン変更手段によれば、上記の様に操舵トルクの検出値Ｔが恒等的に０と仮定される場合にも、操舵アクチュエータから出力すべき所望の操舵反力Ｔ_Rの値を概算的に補正（適正化）することができる。このため、転舵反力Ｆの推定値Ｆ_hの操舵感に対する影響度が、圧倒的或いは極端に支配的となる恐れが無くなる。
【００７０】
尚、式（１１）から分る様に、上記の第１ゲイン変更手段によれば、式（１０）の右辺の第１項及び第２項の両方にゲイン（係数ａ₂）の変更の影響が及ぶが、この他の変形例としては、例えば、式（１０）の右辺第２項は不変とし、式（１０）の右辺第１項だけを上記の第１ゲイン変更手段によって半減させる様にしても良い。この様に第１ゲイン変更手段の影響範囲を限定すれば、操舵反力Ｔ_Rの出力時に位相が遅れ難くなるため、操舵反力の応答性が劣化しない。
【００７１】
また、式（１０）の右辺第２項（Ｇ_df・ｄＦ／ｄｔ）は、位相補償項と解釈する以外にも、転舵系のダンパー項を表現しているものと解釈することもできるので、操舵時の粘性感の向上のためにも、式（１０）の右辺第２項は不変とし、式（１０）の右辺第１項だけを半減させる様にすると良いものと考えられる。
これらの手法については、後述の第３実施例でも、位相補正量変更手段等として言及する。
【００７２】
〔第２実施例〕
上記の第１実施例のステップ５４０では、転舵反力センサを用いて転舵反力Ｆを直接測定する代わりに、転舵モータの制御量ｕ_rと転舵変位量ｘに基づいて、転舵反力Ｆの値を推定しているが、一般のステアリング制御装置（ＳＢＷシステム）においては、勿論、転舵反力センサを搭載して転舵反力Ｆをその転舵反力センサから直接求める様にしても良い。
【００７３】
図１３は、本第２実施例のステアリング制御装置２００の論理的なシステム構成図である。このステアリング制御装置２００は、転舵反力センサ２０を有する点が、前述の第１実施例のステアリング制御装置１００とは異なっている。
例えば、この様に転舵反力センサ２０を具備する場合には、部品コストやノイズ対策等が問題となる場合もあるが、しかし、この様な方式によれば、上記の外乱オブザーバに関して、それらの開発工数や運用時のＣＰＵオーバヘッド等を削減或いは抑制することができる。
【００７４】
図１４は、本第２実施例のステアリング制御装置２００の制御装置８の操舵反力生成方式に係わる論理的な主要構成を例示する制御ブロックダイヤグラムである。この制御装置２００では上記の構成を採るため、転舵反力推定器が配備されていないが、その他にも、操舵角θが反力モータの制御量演算器８５′に入力されている点が、前述の第１実施例とは大きく異なっている。
【００７５】
図１５は、本第２実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１４）に関する更に詳しい論理的な構成を例示する制御ブロックダイヤグラムである。即ち、この制御方式によれば、反力モータ５の制御量Ｔ_Rは、次式（１３）に従って、算定される。
【数１３】
Ｔ_R＝ａ₁Ｔ_t＋ａ₂Ｔ_f＋ａ₃Ｔ_K＋ａ₄Ｔ_D，
Ｔ_K＝ｇ_Kτ_KK，
Ｔ_D＝ｇ_Dτ_DD …（１３）
【００７６】
ただし、ここで、Ｔ_t，Ｔ_fは、前記の式（９）、式（１０）に従って算出するものとする。また、各係数ａ₁，ａ₂，ａ₃，ａ₄の初期値は、それぞれ、１，−１，０，０とする。また、変数τ_KK，ｇ_Kは、それぞれ図１６のマップ（ａ），（ｂ）によって決定される操舵速度ω_H（＝ｄθ／ｄｔ）若しくは車速Ｖの関数である。また、変数τ_DD，ｇ_Dは、それぞれ図１７のマップ（ａ），（ｂ）によって決定される操舵速度ω_H若しくは車速Ｖの関数である。
【００７７】
即ち、図１５の慣性トルク関連値演算部８５３では、図１６のマップ（ａ），（ｂ）を用いて、慣性トルクＴ_K（＝ｇ_Kτ_KK）を算出する。また、図１５の摩擦トルク関連値演算部８５４では、図１７のマップ（ａ），（ｂ）を用いて、摩擦トルクＴ_D（＝ｇ_Dτ_DD）を算出する。
【００７８】
図１８に、本第２実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１５）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）を例示する。
このサブルーチン（図１８（ａ））では、前述の第１実施例と同様に、例えば図１８（ｂ）の変数規準表に従って、図１５の各ゲイン（係数ａ₁，ａ₂，ａ₃，ａ₄）の値を以下の式（１４）の様に書き換える。
【数１４】
ａ₁＝０（操舵トルク関連値切り離し手段に対応），
ａ₂＝−１／２（第１ゲイン変更手段に対応），
ａ₃＝１（第２ゲイン変更手段に対応），
ａ₄＝１（第３ゲイン変更手段に対応） …（１４）
【００７９】
以上の様な構成に従えば、従来、トルクセンサの正常動作時に、主に操舵トルクＴ等を用いて演算処理されていた、操舵機構或いは転舵機構の慣性に係わるシミュレーション（即ち、慣性トルクの出力）や、或いは、操舵機構或いは転舵機構の内部の摩擦力に係わるシミュレーション（即ち、摩擦トルクの出力）等を、ステアリングホイールの回転速度ω_Hや車速Ｖ等に基づいて実施することができる様になる。これにより、操舵感が極端に軽くなることを回避でき、よって、問題の違和感を軽減することが可能となる。
【００８０】
尚、ゲインが０となる変数は、演算を省略しても良い。例えば、上記の場合、正常時には、式（１３）の慣性トルクＴ_K（＝ｇ_Kτ_KK）や摩擦トルクＴ_D（＝ｇ_Dτ_DD）等は、特に演算する必要が無い。例えば、制御量演算器８５′（図１５）をプログラムにより構成する場合、この様な省略によりＣＰＵオーバヘッドが削減できることは言うまでもない。
【００８１】
〔第３実施例〕
本第３実施例では、上記の第２実施例と略同様の異常時処理を実施するが、本第３実施例では、前述の式（１０）を以下の式（１５）の様に変形して用いる点が、大きく異なっている。ここで、ゲインλの初期値は１である。
【数１５】
Ｔ_f＝ｆ_pf（Ｆ，Ｖ）＋λＧ_df・ｄＦ／ｄｔ …（１５）
【００８２】
図１９は、本第３実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１７）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）である。
このサブルーチン（図１９（ａ））では、前述の第２実施例と同様に、例えば図１９（ｂ）の変数規準表に従って、各ゲイン（係数ａ₁，ａ₂，ａ₃，ａ₄，λ）の値を以下の式（１６）の様に書き換える。
【数１６】
ａ₁＝０（操舵トルク関連値切り離し手段に対応），
ａ₂＝−１／２（第１ゲイン変更手段に対応），
ａ₃＝１（第２ゲイン変更手段に対応），
ａ₄＝１（第３ゲイン変更手段に対応），
λ＝２（位相補正量変更手段に対応） …（１６）
【００８３】
以上の様な構成に従えば、第１実施例の最後でも言及した様に、操舵反力Ｔ_Rの出力時に位相が遅れ難くなるため、操舵反力の応答性が劣化せず、また、操舵時の粘性感も劣化しない。
【００８４】
尚、図１９（ｂ）の変数規準表において、係数ａ₃、ａ₄の各初期値（正常時の値）はそれぞれ１／５，３／１０などに設定されているが、例えばこの様に、最初から正常時においても、慣性トルクや摩擦トルク（ダンパートルク）等を操舵速度ω_Hや車速Ｖ等に基づいて生成して、操舵反力Ｔ_Rを構成する項の中にそれら（例：前記式（１３）のＴ_KやＴ_D等）を標準的に入れておいても良い。
【００８５】
この様な設定によれば、正常時においても最初から、操舵速度ω_H等をも考慮した慣性トルクや摩擦トルク（ダンパートルク）等を生成・出力することができると共に、上記の式（１６）に例示される様な変更（切り換え）を行った際の移行に伴う違和感が、若干でも緩和できると言った効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係わるステアリング制御装置１００の論理的なシステム構成図。
【図２】ステアリング制御装置１００の制御装置８の操舵反力生成方式に係わる論理的な主要構成を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【図３】ステアリング制御装置１００の制御装置８が実行する制御手順の概要を例示するフローチャート。
【図４】制御装置８により具現される転舵モータ制御部（目標値演算器８１、位置制御器８２）が実行する制御手順を例示するフローチャート。
【図５】伝達比Ｇ_rの算出に用いられるデータマップを例示するグラフ。
【図６】制御装置８により具現される転舵反力推定器８８が実行する制御手順を例示するフローチャート。
【図７】転舵反力推定器８８が使用するベクトル演算公式をまとめた公式表。
【図８】制御装置８により具現される反力モータの制御量演算器８５が実行する制御手順を例示するフローチャート。
【図９】ゲイン係数Ｇ_pf，Ｇ_dfの算出に用いられるデータマップを例示するグラフ。
【図１０】関数ｆ_pf（Ｆ，Ｖ）の設定形態を例示するグラフ。
【図１１】第１実施例の反力モータの制御量演算器８５（図２）に関する更に詳しい論理的な構成を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【図１２】第１実施例の反力モータの制御量演算器８５（図１１）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）。
【図１３】第２実施例のステアリング制御装置２００の論理的なシステム構成図。
【図１４】ステアリング制御装置２００の制御装置８の操舵反力生成方式に係わる論理的な主要構成を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【図１５】第２実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１６）に関する更に詳しい論理的な構成を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【図１６】第２実施例の慣性トルクＴ_Kの算定に係わるグラフ。
【図１７】第２実施例の摩擦トルクＴ_D（ダンパートルク）の算定に係わるグラフ。
【図１８】第２実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１７）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）。
【図１９】第３実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１７）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）。
【符号の説明】
１００ … ステアリング制御装置
１ … ステアリングホイール（ハンドル）
２ … 操舵軸（ステアリングシャフト）
３ … 操舵角センサ
４ … 操舵トルクセンサ
５ … 反力モータ
６ … 反力モータ駆動回路
７ … 車速センサ
８ … 制御装置（コンピュータ）
９ … 転舵モータ駆動回路
１０ … 転舵変位量センサ
１１ … 転舵モータ
１２ … 減速器
１３ … 転舵軸
８１ … 目標値演算器
８２ … 位置制御器
８５ … 反力モータの制御量演算器
８５１… 操舵トルク関連値演算部
８５２… 転舵反力関連値演算部
８５３… 慣性トルク関連値演算部
８５４… 摩擦トルク関連値演算部
８８ … 転舵反力推定器
Ｔ … 操舵トルク
Ｆ … 転舵反力
Ｖ … 車速
θ … 操舵角
ｘ … 転舵変位量
ｘ_n … 転舵変位量の目標値
ｕ_r … 転舵モータの制御量
Ｔ_R … 反力モータの制御量
Ｔ_K … 慣性トルク
Ｔ_D … 摩擦トルク（ダンパートルク）
Ｆ_h … 転舵反力の推定値
ｆ … 転舵機構内部に生じる摩擦力
Ｇ … オブザーバゲイン（３行２列の定数行列）
ｋ … サンプリング時刻を表す時刻パラメータ
ｘ₀(k) … 時刻ｋにおけるオブザーバの状態量（状態ベクトル）
Ａ，Ｃ … ３行３列の定数行列
Ｂ，Ｄ … ３行２列の定数行列[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a steering control device that controls a steering reaction force of a vehicle-mounted steer-by-wire system.
[0002]
[Prior art]
  For example, as a steering control device for controlling the steering reaction force of a conventional steer-by-wire system, a device described in the following Patent Document 1 or a device described in the following Patent Document 2 is generally used. Widely known.
  In these conventional apparatuses, a steering torque sensor for detecting a steering torque T accompanying a steering operation of a driver is provided, and a reaction force torque (steering reaction force T for giving an appropriate feel to the steering wheel) is provided._R) Is used to determine the output value.
[0003]
[Patent Document 1]
        JP 2001-334947 A (page 4-5, FIG. 1)
[Patent Document 2]
        JP-A-5-105100 (Page 2-4, Figure 1-3)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
  However, the conventional steer-by-wire system as described above has the following problems because it must be switched to the manual steering mechanism when the torque sensor fails.
(Problem 1)
  When switching to the manual steering mechanism when the torque sensor breaks down, the steering feeling suddenly increases, so the driver feels confused and uncomfortable.
[0005]
  The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to enable a relatively smooth switching of the steering method or the control method of the steering control even when the torque sensor fails. Is to do.
[0006]
[Means for Solving the Problem, Action, and Effect of the Invention]
  In order to solve the above problems, the following means are effective.
  That is, the first means of the present invention is the steering reaction force T that the steering actuator should apply to the steering wheel._RThe steering mechanism that controls the steering wheel and the steering mechanism that controls the steering displacement amount x related to the actual steering angle of the steered wheels are mechanically separated. In a steer-by-wire system that is configured alternatively, the steering mechanism includes a steering torque sensor that detects a steering torque T applied by the driver to the steering wheel, and a road surface reaction.By forceA steering reaction force calculating means for calculating a steering reaction force F acting on the steering mechanism;Based on the steering torque T detected by the steering torque sensor and the turning reaction force F calculated by the turning reaction force calculation means, the steering reaction force T _R Steering reaction force calculation means for calculating the steering reaction force calculation MeansWhen an abnormality of the steering torque sensor is detected, the steering reaction force T_RAnd a steering torque related value separating means for stopping the input or use of the steering torque T detected by the steering torque sensor..
[0007]
  According to such a configuration, when an abnormality of the steering torque sensor is detected, the steering reaction force T_RIn this calculation, the input or use of the detected value of the steering torque T, which is treated as if the steering torque sensor was correctly detected, is stopped, so that an unreasonable steering reaction force on the steering wheel is extremely inappropriate. No fear of being granted.
  That is, according to the first means described above, the driver can continue the steering operation by continuing the steering control without necessarily switching to the manual steering mechanism. Can be solved.
[0008]
  However, the aboveConstitutionWhen using, the following problem is derived.
(Problem 2)
  If the detected value T of the steering torque applied to the steering wheel by the driver is assumed to be zero when the torque sensor breaks down, the steering feeling suddenly becomes light, and the driver feels confused and uncomfortable.
[0009]
  BookInventionFirstMeasures against this problem 2Added moreIs.
  That isThe steering reaction force calculation means isFirst gain changing means for changing the coefficient value of the steering reaction force F or the coefficient value of the related value of the steering reaction force F when an abnormality of the steering torque sensor is detected is provided.The
[0010]
  Even when the detected value T of the steering torque is assumed to be zero by such correction of the coefficient value (gain), a desired steering reaction force T to be output from the steering actuator is obtained._RCan be roughly corrected (adjusted). For this reason, the steering reaction force F (or its estimated value F)_hThe influence on the steering feeling of) is overwhelming or extremely dominant.
[0011]
  Also,SecondMeans aboveFirst meansInSteering reaction force calculation meansSteering wheel rotation speed ω_HBased on the inertia torque T related to the moment of inertia of the steering mechanism_KThe steering reaction force T_RInertia compensation means set as one of the terms constituting the inertia torque T when the steering torque sensor abnormality is detected_KCoefficient value or inertia torque T_KAnd a second gain changing means for changing the coefficient value of the related value.
[0012]
  According to such a configuration, a simulation related to the inertia of the steering mechanism or the steering mechanism that has been conventionally processed mainly using the steering torque T or the like during normal operation of the torque sensor (ie, output of inertia torque). For example, the rotational speed ω of the steering wheel_HIt becomes possible to carry out based on the above.
  As a result, it is possible to avoid the steering feeling from becoming extremely light, and thus it is possible to reduce the uncomfortable feeling of the problem.
[0013]
  Also,ThirdMeans aboveFirst or second meansInSteering reaction force calculation meansSteering wheel rotation speed ω_HFriction torque T related to the internal friction of the steering mechanism or the steering mechanism based on_DThe steering reaction force T_RAnd friction compensation means set as one of the terms constituting the friction torque T when the abnormality of the steering torque sensor is detected_DCoefficient value or friction torque T_DAnd a third gain changing means for changing the coefficient value of the related value.
[0014]
  According to such a configuration, a simulation related to the frictional force in the steering mechanism or the steering mechanism that has been conventionally processed mainly using the steering torque T or the like during normal operation of the torque sensor (ie, friction torque). Output), for example, the rotational speed of the steering wheel ω_HIt becomes possible to carry out based on the above.
  As a result, it is possible to avoid the steering feeling from becoming extremely light, and thus it is possible to reduce the uncomfortable feeling of the problem.
[0015]
  Also,4thMeans above1st to 3rdWhen the steering reaction force calculation means of any one of the means detects an abnormality in the steering reaction force phase correction means for correcting the phase of the steering reaction force F and the steering torque sensor, the steering reaction force F is detected. And a phase correction amount changing means for changing the correction amount for the phase.
[0016]
  If the steering torque T cannot be detected, a feedback loop related to the steering torque cannot be formed, and therefore the steering reaction force T_RThe responsiveness when generating and outputting is deteriorated. In order to reduce this influence, a measure for increasing (or not reducing) the responsiveness of the open control system related to the steering reaction force F is effective.
  According to the fifth means, the phase of the steering reaction force F can be advanced (or not delayed) by changing the correction amount for the phase of the steering reaction force F. It is possible to reduce the deterioration of responsiveness to the steering operation of the mechanism.
[0017]
  Also,5thMeans above1st to 4thThe steering reaction force calculation means of any one of the means is provided with a steering reaction force sensor for measuring the steering reaction force F.
  According to such a configuration, since the turning reaction force can be directly measured from the turning reaction force sensor, the turning reaction force F can be obtained with higher accuracy and reliability.
  Further, according to such a configuration, it is not necessary to estimate the turning reaction force F by an advanced or complicated estimation process using a known observer or the like. Processing program development man-hours can be reduced.
  Further, according to the above configuration, the CPU overhead when using the control device can be reduced as compared with the case where the observer is configured by a program.
[0018]
  Also,6thMeans above1st to 4thIn the turning reaction force calculation means of any one means, the measured value I of the turning current flowing in the turning actuator of the turning mechanism_a, Command value I_nOr related value u_rA steering reaction force estimation means for estimating the steering reaction force F is provided.
[0019]
  Where the related value u_rMay be arbitrary as long as it is a control amount for the steering actuator. For example, a command voltage in the drive circuit of the steering motor, a duty value in PWM control, or the like may be used. Of course, the value of the current (steering current) flowing in the steering motor, the command value thereof, or the like may be used.
[0020]
  According to the above configuration, since the steering reaction force F is estimated, the steering control device can be configured without necessarily having the steering reaction force sensor. An advantageous control device can be constructed.
  In addition, according to the above configuration, there is no need to examine in detail the connection specifications (standards), measurement accuracy, price, heat resistance, vibration resistance, durability, size, shape, weight, etc. of the steering reaction force sensor. Moreover, there is no fear that these conditions become a design bottleneck.
[0021]
  Also,7thMeans above6thIn the turning reaction force estimation means of the means, “measured value I of the turning current flowing in the turning actuator of the turning mechanism”_a, Command value I_nOr related value u_r"," Steering displacement amount x, its command value x_nOr a related value related thereto ”is to provide a disturbance observer for estimating the turning reaction force F described above.
[0022]
  According to such a configuration, the above-described steering reaction force F can be estimated with relatively high accuracy. Therefore, both the estimation accuracy of the steering reaction force F and the component costs of the device are relatively reasonable. A well-balanced control device can be configured.
  By the above means of the present invention, the above-mentioned problem can be effectively or rationally solved.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
[First embodiment]
  FIG. 1 is a system configuration diagram of a steering control device 100 according to the present embodiment. This steering control device 100 electrically controls a steering mechanism having a steering wheel (handle) 1 operated by a driver, a steering mechanism that steers the steered wheels 16, and interlock control between these steering mechanisms and the steering mechanism. It consists of a control device (computer) 8 or the like that performs automatically.
[0024]
  The steering mechanism includes a steering actuator (reaction force motor 5) that generates a steering reaction force. The reaction force motor drive circuit 6 has a control amount (T_R) To drive the reaction force motor 5. An output shaft of the reaction force motor 5 is connected to a steering shaft (steering shaft) 2 via a speed reducer, and the steering shaft 2 is connected to a steering handle 1.
[0025]
  The steering shaft 2 is provided with a steering angle sensor 3 that detects a steering angle θ that is a rotation angle of the shaft, and a steering torque sensor 4 that detects a steering torque T applied to the steering shaft 2. However, instead of the steering angle sensor 3, a reaction force motor angle sensor that detects the rotation angle of the reaction force motor may be provided, and the steering angle θ may be estimated from the rotation angle of the reaction force motor. In this case, the rotation angle of the reaction force motor may be converted into the steering angle θ based only on the reduction ratio, or the steering angle θ may be corrected in consideration of the torsional rigidity of the steering shaft.
[0026]
  On the other hand, the steering mechanism includes a steering actuator (steering motor 11) that steers the steering shaft 13. The steered motor drive circuit 9 has a control amount (u_r) To drive the steered motor 11. The converter (speed reducer 12) that converts the rotational motion of the steered motor 11 into a linear motion can be constituted by, for example, a ball screw mechanism or the like. Both ends of the steered shaft 13 are connected to the steered wheels 16 via tie rods 14 and knuckle arms 15.
[0027]
  The steered shaft 13 detects a steered displacement amount sensor 10 that detects the steered displacement amount x of the shaft and a steered reaction force F that is applied to the steered shaft 13 from the outside (the steered wheel 16 side) (not shown). Although a steering reaction force sensor may be provided, in the present embodiment, a configuration example in which the latter steering reaction force sensor is replaced with a disturbance observer will be illustrated in detail.
[0028]
  Further, instead of the turning displacement sensor 10, a turning motor angle sensor for detecting the turning angle of the turning motor may be provided, and the turning displacement amount x may be estimated from the turning angle of the turning motor. In this case, it may be converted only by the reduction ratio, or may be corrected in consideration of the axial rigidity of the steered shaft 13.
[0029]
  The detection results (steering angle θ, steering torque T, steering displacement amount x, vehicle speed V) of the steering angle sensor 3, steering torque sensor 4, steering displacement sensor 10, and vehicle speed sensor 7 are input to the control device 8. Based on these detection results, control signals (control force T of reaction force motor T) are sent to each drive circuit (6, 9) so that reaction force motor 5 and steered motor 11 output a predetermined drive force._R, Steering motor control amount u_r) Is output.
[0030]
  FIG. 2 is a control block diagram illustrating a logical main configuration related to the steering reaction force generation method of the control device 8 of the steering control device 100.
  Control signal to reaction force motor drive circuit 6 (control amount T of reaction force motor_R) Is calculated by the control amount calculator 85 of the reaction force motor.
[0031]
  On the other hand, a control signal to the steered motor drive circuit 9 (control amount u of steered motor u_r) Is calculated by the position controller 82. This position controller 82 is a target value x of the steering displacement amount calculated by the target value calculator 81._nBased on the steering displacement amount x detected by the steering displacement amount sensor 10, the control amount u of the above-described steering motor is obtained by well-known PD control (proportional / integral control)._rIs calculated. Of course, based on other known control theories such as PID control (proportional / integral / derivative control), for example, the control amount u of the above-described steering motor_rMay be calculated.
[0032]
  The turning reaction force estimator 88 includes a turning displacement amount x and a turning motor control amount u._rEstimated value F of steering reaction force F based on_hIs calculated.
  The steered reaction force estimator 88 can be replaced with a steered reaction force sensor that directly detects the steered reaction force F. In the following first embodiment, the steered reaction force estimator 88 is used. As for the steering control device (100) having 88, "I. Operation at normal time" centering on the description of the main part and "II. Operation at abnormal time" which develops detailed description directly related to the characteristic part of the present invention. It will be described in two parts.
[0033]
I. Normal operation
  Hereinafter, the normal operation of the control device 8 (the normal operation of the steering torque sensor 4) will be described.
  FIG. 3 is a flowchart illustrating an outline of a control procedure executed by the control device 8 of the steering control device 100. This control procedure is means for implementing the steering control of FIG.
[0034]
  In the control procedure of FIG. 3, first, the system is initialized in step 510. This initialization is centered on processes such as initialization of control variables. These specific contents will be illustrated fragmentarily later.
[0035]
  In step 520, detection results (steering angle θ, steering torque T, steering displacement x, vehicle speed V) of the steering angle sensor 3, steering torque sensor 4, steering displacement sensor 10, and vehicle speed sensor 7 are input.
  In step 530, a subroutine (FIG. 4) for performing the steering motor control is called and executed. This subroutine is a subroutine that embodies the target value calculator 81 and the position controller 82 of FIG.
[0036]
  In step 540, the steering reaction force is obtained. This steering reaction force may be obtained from a signal directly detected by the steering reaction force sensor. In this embodiment, the steering reaction force estimator 88 and the steering displacement amount x and the steering reaction force are detected. Control amount u of motor_rEstimated value F of steering reaction force F based on_hThe procedure for calculating the value will be illustrated in detail.
  In step 550, a subroutine (FIG. 8) for performing reaction force motor control is called and executed. This subroutine is a subroutine that embodies the control amount calculator 85 of the reaction force motor of FIG.
[0037]
  In step 560, in order to execute the processing after step 520 periodically (one example: 0.5 ms cycle), a timer interrupt reservation setting process or the like is performed, and a transition to a timer interrupt wait state is made.
  Next, the subroutine (FIG. 4) for performing the steering motor control called as a subroutine in step 530 will be described in detail.
[0038]
1. Steering axis control procedure
  FIG. 4 is a flowchart illustrating a control procedure executed by the steered motor control unit (that is, the target value calculator 81 and the position controller 82) implemented by the control device 8 of FIGS. 1 and 2. .
[0039]
  Target value x of steering displacement x from steering angle θ_nIs determined by equation (1). Transmission ratio G_rAlthough a constant may be used, for example, maps (a) and (b) as shown in FIG._r= G_r1× g_r2It may be determined in a format such as For example, according to such setting according to the vehicle speed, a desired steering gear ratio variable means can be realized.
[0040]
[Expression 1]
  x_n= G_rθ (1)
  For example, in this way, the calculation processing (step 620 and step 640) of the target value calculator 81 can be executed.
[0041]
  Deviation (x_n-X) and its time derivative d (x_n-X) Control amount u of the steered motor 11 based on / dt_rIs determined by equation (2), and the steering displacement x is the target value x_nDrive control is performed so as to follow. Gain factor G_px, G_dxIs a constant.
[Expression 2]
  u_r= G_px(X_n-X) + G_dx・ D (x_n-X) / dt (2)
  For example, in this way, the calculation process (steps 660 and 680) of the position controller 82 can be executed.
[0042]
  Hereinafter, the estimated value F of the steering reaction force is calculated by a calculation method related to the disturbance observer._hThe procedure for calculating the value (step 540 in FIG. 3) is specifically illustrated with reference to FIGS.
[0043]
2. Steering reaction force estimation procedure
  The equation of motion of the turning mechanism is described by equation (3). Here, M is an effective mass in the steering displacement direction of the steering mechanism determined from the rack shaft mass, the inertia of the motor, and the like.
[Equation 3]
  M ・ d²x / dt²= U_r-F-F≡d (3)
[0044]
  However, said f is the frictional force which arises inside steering mechanisms, such as the steering motor 11 and a converter (speed reducer 12). The frictional force f may be obtained as a function y of x and v, for example. The function y may be obtained as a mathematical expression related to x, v, etc., or may be obtained from a map (table data) that approximates the function y and a predetermined interpolation process.
[Expression 4]
  f = y (x, v) (4)
  However, the lower case variable v is the turning speed of the turning shaft 13 defined by the following equation (5).
[Equation 5]
  v = dx / dt (5)
[0045]
  Here, if the force d in Expression (3) is regarded as a disturbance in the disturbance observer, a disturbance observer expressed in the form of Expression (a) in FIG. 7 can be configured. However, hereinafter, the matrix G is an observer gain (a constant matrix of 3 rows and 2 columns), and F_h, X_h, V_h, D_hRepresent the estimated values of F, x, v, and d, respectively.
[0046]
  The state quantity of the observer at time k is x₀(k) (column vector of 3 rows and 1 column). At this time, if the observer gain G is determined by the pole placement method and the sampling time is discretized at an appropriate time interval (for example, about 0.5 ms), the above state quantity x₀(k) can be calculated sequentially in the form of equation (b) in FIG. Therefore, the estimated value d of the above force d_hCan be sequentially calculated in the form of equation (c) in FIG.
  Here, k is a time parameter (integer variable) representing the sampling time, matrices A and C are constant matrices of 3 rows and 3 columns, respectively, and matrices B and D are constant matrices of 3 rows and 2 columns, respectively. Also, the state quantity x₀Initial value x of (k)₀(0) may be a 0 vector. Also, the initial value v (0) of the steering speed v may be zero.
[0047]
  Therefore, the estimated value d of the above force d_hUsing the estimated value F of the steering reaction force F_hCan be sequentially obtained by the following equation (6).
[Formula 6]
  F_h(k) = u_r(k) -f (k) -d_h(k) ... (6)
[0048]
  For example, in this way, instead of the detected value F of the turning reaction force sensor, the estimated value F of the turning reaction force_hIs used to control the reaction amount T of the reaction force motor._RSince the steering reaction force sensor becomes unnecessary, the cost can be reduced. Further, since vibration due to noise of the turning reaction force sensor does not occur, a smooth steering feeling can be obtained.
[0049]
  Based on these theories, the turning reaction force estimator 88 (that is, step 540 in FIG. 3) according to the present invention in FIG. 2 can be configured.
  FIG. 6 is a flowchart illustrating a control procedure executed by the turning reaction force estimator 88 embodied by the control device 8.
[0050]
  In this control procedure, first, in step 910, the value of the moving speed v (k) of the steered shaft is obtained by the above equation (5).
  Next, in step 920, d is calculated according to equation (c) in FIG._hFind the value of (k).
  In step 930, F is calculated according to the above equation (6)._hFind the value of (k).
  In step 940, this F_hIs substituted into a variable F representing the steering reaction force. As a result, the value of the steering reaction force F can be referred to in the control amount calculator 85 of the reaction force motor.
[0051]
  In step 950 and step 960, preparation for calculation processing in the next control cycle is made. That is, in step 950, according to the equation (b) in FIG.₀The value of (k + 1) is calculated and stored in a predetermined storage area.
  In step 960, the time parameter k is updated.
[0052]
  Note that the processing in step 960 may be executed in step 560 described above. K = 0, x₀It is assumed that initialization processing of various used variables such as (0) = 0 and v (0) = 0 is executed in step 510 described above.
[0053]
  Next, the reaction motor control called as a subroutine in step 550 of FIG. 3 will be described in detail.
[0054]
3. Steering shaft (reaction force motor) control procedure
  Based on the steering torque T and its time derivative dT / dt, and the turning reaction force F and its time derivative dF / dt, the control amount T of the reaction force motor 5 is controlled._RMay be determined according to the following equation (7), but in this embodiment, the control amount T of the reaction force motor 5 is calculated by the following equation (8)._RAn example of determining Where the gain coefficient G_pt, G_dt, G_pf, G_dfIs an appropriate constant, and the above-mentioned estimated value F is included in the steering reaction force F in the third and fourth terms on the right side of each of the equations (7) and (8)._hShall be substituted.
[Expression 7]
  T_R= G_ptT + G_dt・ DT / dt-G_pfFG_dfDF / dt (7)
[Equation 8]
  T_R= G_ptT + G_dtDT / dt-f_pf(F) -G_dfDF / dt (8)
[0055]
  The third term and the fourth term of each of the above formulas (7) and (8) are control amounts acting in the direction opposite to the direction in which the steering torque is applied. A steering reaction force corresponding to a turning reaction force such as self-aligning torque is generated by the third term. Further, when the steering reaction force is quickly generated with respect to the turning reaction force by the fourth term, vibration caused by the turning reaction force is suppressed. Therefore, the steering reaction force (road surface information) can be transmitted to the driver without a sense of incongruity, and a smooth steering feeling can be obtained.
[0056]
  On the other hand, the first term and the second term are control amounts for rotating the steering shaft in the direction in which the steering torque is applied. The first term suppresses the steering reaction force due to the friction of the speed reducer, and the second term suppresses the vibration due to the cogging of the reaction force motor. Therefore, the steering reaction force according to the steering reaction force can be accurately applied.
[0057]
  Based on these theories, the control amount calculator 85 according to the present invention shown in FIG. 2 (that is, reaction force motor control called as a subroutine at step 550 in FIG. 3) can be configured.
  FIG. 8 is a flowchart illustrating a control procedure executed by the reaction amount motor control amount calculator 85 embodied by the control device 8.
  First, in step 810, as a preparation for executing the calculation of equation (8), values of the steering torque T and the time derivative of the turning reaction force F are obtained.
  Next, in step 830, the gain coefficient G of equation (8)_dfTo decide.
[0058]
  FIG. 9 shows the gain coefficient G_pf, G_dfIt is a graph which illustrates the data map used for calculation of. Gain factor G_pf, G_dfMay be changed based on the maps (a) and (b) as shown in FIG. For example, the gain coefficient G increases as the vehicle speed V increases._pf, G_dfSince the steering reaction force increases as the vehicle speed V increases, the steering feeling is further improved.
[0059]
  In this way, the gain coefficient G depends on the vehicle speed V._pf, G_dfThe means for optimizing is also an example for realizing a desired steering gear ratio variable means. The gain coefficient G_pfIf the value is increased, the stability of the control system deteriorates and vibration is likely to occur._dfSince the vibration can be suppressed by increasing the value, smooth steering feeling can be obtained even with such a setting.
[0060]
  Next, in step 850, the third term of equation (8) is determined. Here, the above function f_pf(F) may be a function depending on the vehicle speed V as shown in FIG. FIG. 10 shows a function f that can be used as the third term of the above equation (8)._pfIt is a graph which illustrates the setting form of (F, V).
[0061]
  By increasing the rate of increase of the steering reaction force in the region where the steering reaction force is smaller, the steering reaction force rises sharply when the steering wheel is turned from the neutral position, so that a steering feeling with a good build-up feeling can be obtained. Further, the function f depending on the vehicle speed V as illustrated in FIG._pfBy using (F, V), it is possible to optimize the third term of the equation (8) according to the vehicle speed V. For example, such a means is also an example for realizing a desired steering gear ratio variable means. According to such a setting, the steering reaction force increases as the vehicle speed V increases, and the steering feeling is further improved.
[0062]
  By these procedures, each term of equation (8) can be obtained. In step 870, the calculation process of equation (8) is executed. In step 890, the control amount T calculated in step 870 is calculated._RIs output to the reaction force motor drive circuit 6.
  With the above control procedure, it is possible or easy to generate a desired steering feeling at a low production cost in the steering control device 100 of the first embodiment.
[0063]
II. Abnormal operation
  Hereinafter, the operation of the steering control device 100 of the first embodiment when the steering torque sensor 4 is abnormal will be described.
  FIG. 11 is a control block diagram illustrating a more detailed logical configuration related to the control amount calculator 85 (FIG. 2) of the reaction force motor of this embodiment. In the control amount calculator 85 of the reaction force motor of this embodiment, as already explained using the equation (8) and FIGS. 8, 9, and 10, the control amount T_R(Output torque or drive current of the reaction force motor 5) is calculated and output to the reaction force motor drive circuit 6.
[0064]
  These operations are the same as when the steering torque sensor 4 is abnormal as in the normal state described above, and the operations shown in FIG. 11 and the operations shown by the control amount calculator 85 in FIG. 2 are the same. .
  That is, in the steering torque related value calculation unit 851 in FIG. 11, the steering torque related value T according to the following equation (9)._tIs calculated. Further, in the steering reaction force related value calculation unit 852, the steering reaction force related value T is calculated according to the following equation (10)._fIs calculated.
[Equation 9]
  T_t= G_ptT + G_dtDT / dt (9)
[Expression 10]
  T_f= F_pf(F, V) + G_dfDF / dt (10)
  Then, steering torque related value T_tAnd steering reaction force related value T_fIs processed according to the following equation (11).
## EQU11 ##
  T_R= A₁T_t+ A₂T_f  (Initial value: a₁= 1, a₂= -1) (11)
[0065]
  However, when the steering torque sensor 4 is abnormal, the gain value is the normal value (a₁= 1, a₂= -1). That is, this gain (coefficient a₁, A₂The means for dynamically switching the value in the case of abnormality is one of the most significant features of the present invention.
[0066]
  FIG. 12 is a flowchart (a) for explaining the processing relating to the reaction amount motor control amount calculator 85 (FIG. 11) of the first embodiment when a torque sensor abnormality is detected, and a variable criterion table (b) representing gain setting criteria. ).
  The subroutine for executing the abnormal time processing of FIG. 12A is executed by being called asynchronously with the aforementioned program when the steering torque sensor 4 has an abnormality. Such a subroutine is most commonly registered as an interrupt processing routine. For example, this is the case when the steering torque sensor 4 can directly give an external interrupt to the control device when it is abnormal.
[0067]
  In addition, when there is a contradiction among the above-described physical variables F, x, θ, T, V, etc., the abnormal state of the steering torque sensor 4 indicates an unnatural relationship (conflict) between these variables. You may make it detect by analyzing by.
[0068]
  In the above subroutine (FIG. 12A), for example, according to the variable criterion table of FIG.₁, A₂) Is rewritten as the following equation (12).
[Expression 12]
  a₁= 0 (corresponds to the steering torque related value disconnection means),
  a₂= −1 / 2 (corresponding to the first gain changing means) (12)
[0069]
  For example, by continuing the steering control in this way, it becomes possible for the driver to continue the steering operation. It can be avoided.
  The coefficient a₂According to the first gain changing means that rewrites the desired steering reaction force T to be output from the steering actuator even when the detected value T of the steering torque is assumed to be zero as described above._RCan be roughly corrected (adjusted). For this reason, the estimated value F of the steering reaction force F_hThere is no possibility that the degree of influence on the steering feeling becomes overwhelming or extremely dominant.
[0070]
  As can be seen from equation (11), according to the first gain changing means, the gain (coefficient a) is added to both the first and second terms on the right side of equation (10).₂However, as another modification, for example, the second term on the right side of Equation (10) is not changed, and only the first term on the right side of Equation (10) is changed to the first gain changing means. You may make it halve by. In this way, if the range of influence of the first gain changing means is limited, the steering reaction force T_RTherefore, the response of the steering reaction force does not deteriorate.
[0071]
  In addition, the second term (G_dfDF / dt) can be interpreted not only as a phase compensation term but also as a damper term for a steering system. It is considered that the second term on the right side of (10) should be unchanged and only the first term on the right side of equation (10) should be halved.
  These techniques are also referred to as phase correction amount changing means and the like in the third embodiment described later.
[0072]
[Second Embodiment]
  In step 540 of the first embodiment, instead of directly measuring the turning reaction force F using the turning reaction force sensor, the control amount u of the turning motor u._rThe value of the steering reaction force F is estimated based on the steering displacement amount x. Of course, in a general steering control device (SBW system), a steering reaction force sensor is mounted and the steering reaction force F is estimated. The force F may be obtained directly from the steering reaction force sensor.
[0073]
  FIG. 13 is a logical system configuration diagram of the steering control device 200 of the second embodiment. This steering control device 200 is different from the steering control device 100 of the first embodiment described above in that it has a steering reaction force sensor 20.
  For example, in the case where the steering reaction force sensor 20 is provided in this way, there may be a problem in parts cost, noise countermeasures, etc. However, according to such a method, the above disturbance observers Development man-hours and CPU overhead during operation can be reduced or suppressed.
[0074]
  FIG. 14 is a control block diagram illustrating a logical main configuration related to the steering reaction force generation method of the control device 8 of the steering control device 200 of the second embodiment. Since the control device 200 employs the above-described configuration, a steering reaction force estimator is not provided, but the steering angle θ is input to the control amount calculator 85 ′ of the reaction force motor. This is very different from the first embodiment described above.
[0075]
  FIG. 15 is a control block diagram illustrating a more detailed logical configuration regarding the control amount calculator 85 ′ (FIG. 14) of the reaction force motor of the second embodiment. That is, according to this control method, the control amount T of the reaction force motor 5 is determined._RIs calculated according to the following equation (13).
[Formula 13]
  T_R= A₁T_t+ A₂T_f+ A_ThreeT_K+ A_FourT_D,
  T_K= G_Kτ_KK,
  T_D= G_Dτ_DD                                            ... (13)
[0076]
  Where T_t, T_fIs calculated according to the above equations (9) and (10). Each coefficient a₁, A₂, A_Three, A_FourAre initial values of 1, -1, 0, 0, respectively. The variable τ_KK, G_KIs the steering speed ω determined by the maps (a) and (b) of FIG._H(= Dθ / dt) or a function of the vehicle speed V. The variable τ_DD, G_DIs the steering speed ω determined by the maps (a) and (b) of FIG._HAlternatively, it is a function of the vehicle speed V.
[0077]
  That is, the inertia torque related value calculation unit 853 in FIG. 15 uses the maps (a) and (b) in FIG._K(= G_Kτ_KK) Is calculated. Further, the friction torque related value calculation unit 854 in FIG. 15 uses the maps (a) and (b) in FIG._D(= G_Dτ_DD) Is calculated.
[0078]
  FIG. 18 shows a flowchart (a) for explaining the processing when a torque sensor abnormality is detected and a variable criterion table representing gain setting criteria for the control amount calculator 85 ′ (FIG. 15) for the reaction force motor of the second embodiment. (B) is illustrated.
  In this subroutine (FIG. 18A), as in the first embodiment described above, each gain (coefficient a in FIG. 15) according to the variable criterion table of FIG.₁, A₂, A_Three, A_Four) Is rewritten as the following equation (14).
[Expression 14]
  a₁= 0 (corresponds to the steering torque related value disconnection means),
  a₂= -1 / 2 (corresponding to the first gain changing means),
  a_Three= 1 (corresponding to the second gain changing means),
  a_Four= 1 (corresponding to the third gain changing means) (14)
[0079]
  According to the above configuration, a simulation related to the inertia of the steering mechanism or the steering mechanism that has been conventionally processed mainly using the steering torque T or the like during normal operation of the torque sensor (that is, the inertia torque) Output), or a simulation related to the frictional force inside the steering mechanism or the steering mechanism (ie, the output of the friction torque), etc._HAnd the vehicle speed V can be implemented. As a result, it is possible to avoid the steering feeling from becoming extremely light, and thus it is possible to reduce the uncomfortable feeling of the problem.
[0080]
  It should be noted that the calculation for a variable with a gain of 0 may be omitted. For example, in the above case, the inertia torque T_K(= G_Kτ_KK) And friction torque T_D(= G_Dτ_DD) Etc. need not be particularly calculated. For example, when the control amount calculator 85 ′ (FIG. 15) is configured by a program, it goes without saying that such omission can reduce the CPU overhead.
[0081]
[Third embodiment]
  In the third embodiment, the abnormality processing is performed in substantially the same manner as in the second embodiment, but in the third embodiment, the above-described equation (10) is transformed into the following equation (15). The point of use is greatly different. Here, the initial value of the gain λ is 1.
[Expression 15]
  T_f= F_pf(F, V) + λG_dfDF / dt (15)
[0082]
  FIG. 19 is a flowchart (a) for explaining the processing and a variable criterion table representing gain setting criteria when a torque sensor abnormality is detected with respect to the control amount calculator 85 ′ (FIG. 17) for the reaction force motor of the third embodiment. (B).
  In this subroutine (FIG. 19A), in the same manner as in the second embodiment, each gain (coefficient a₁, A₂, A_Three, A_Four, Λ) is rewritten as the following equation (16).
[Expression 16]
  a₁= 0 (corresponds to the steering torque related value disconnection means),
  a₂= -1 / 2 (corresponding to the first gain changing means),
  a_Three= 1 (corresponding to the second gain changing means),
  a_Four= 1 (corresponding to the third gain changing means),
  λ = 2 (corresponding to phase correction amount changing means) (16)
[0083]
  According to the above configuration, as mentioned at the end of the first embodiment, the steering reaction force T_RTherefore, the response of the steering reaction force does not deteriorate, and the feeling of viscosity at the time of steering does not deteriorate.
[0084]
  In the variable criterion table of FIG._Three, A_FourEach initial value (normal value) is set to 1/5, 3/10, etc., but for example, inertia torque, friction torque (damper torque), etc. Steering speed ω_HBased on the vehicle speed V and the like, and the steering reaction force T_RIn the terms constituting (for example, T in the above formula (13))_KAnd T_DEtc.) may be included as standard.
[0085]
  According to such settings, the steering speed ω_HIt is possible to generate and output inertia torque, friction torque (damper torque), etc. that also take account of the above, and the discomfort associated with the transition when changing (switching) as exemplified in the above equation (16) However, there is an effect that it can be alleviated even a little.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a logical system configuration diagram of a steering control device 100 according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a control block diagram illustrating a logical main configuration related to a steering reaction force generation method of the control device 8 of the steering control device 100;
FIG. 3 is a flowchart illustrating an outline of a control procedure executed by the control device 8 of the steering control device 100.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a control procedure executed by a steered motor control unit (target value calculator 81, position controller 82) embodied by a control device 8;
[Fig.5] Transmission ratio G_rThe graph which illustrates the data map used for calculation.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a control procedure executed by a turning reaction force estimator 88 embodied by the control device 8;
7 is a formula table summarizing vector calculation formulas used by the steering reaction force estimator 88. FIG.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a control procedure executed by a control amount calculator 85 of the reaction force motor embodied by the control device 8;
FIG. 9 Gain factor G_pf, G_dfThe graph which illustrates the data map used for calculation.
FIG. 10: Function f_pfThe graph which illustrates the setting form of (F, V).
FIG. 11 is a control block diagram illustrating a more detailed logical configuration related to a control amount calculator 85 (FIG. 2) of the reaction force motor according to the first embodiment;
FIG. 12 is a flowchart (a) illustrating a process and a variable criterion table (b) indicating a gain setting criterion when a torque sensor abnormality is detected with respect to the control amount calculator 85 (FIG. 11) of the reaction force motor of the first embodiment. ).
FIG. 13 is a logical system configuration diagram of a steering control device 200 according to a second embodiment.
14 is a control block diagram illustrating a logical main configuration related to a steering reaction force generation method of the control device 8 of the steering control device 200. FIG.
FIG. 15 is a control block diagram illustrating a more detailed logical configuration related to a control amount calculator 85 ′ (FIG. 16) of the reaction force motor according to the second embodiment;
FIG. 16 shows an inertia torque T of the second embodiment._KGraph related to calculation.
FIG. 17 shows a friction torque T according to the second embodiment._DGraph related to calculation of (damper torque).
FIG. 18 is a flowchart (a) illustrating a process and a variable criterion table representing a gain setting criterion when a torque sensor abnormality is detected with respect to the control amount calculator 85 ′ (FIG. 17) of the reaction force motor of the second embodiment. b).
FIG. 19 is a flowchart (a) illustrating a process and a variable criterion table representing a gain setting criterion when a torque sensor abnormality is detected with respect to the control amount calculator 85 ′ (FIG. 17) of the reaction force motor of the third embodiment. b).
[Explanation of symbols]
  100 ... Steering control device
      1… Steering wheel (handle)
      2… Steering shaft (steering shaft)
      3 ... Steering angle sensor
      4 ... Steering torque sensor
      5 ... Reaction force motor
      6 ... Reaction force motor drive circuit
      7 ... Vehicle speed sensor
      8 ... Control device (computer)
      9 ... Steering motor drive circuit
    10 ... Steering displacement sensor
    11 ... Steering motor
    12 ... Reducer
    13 ... Steering shaft
    81 ... Target value calculator
    82 ... Position controller
    85 ... Control amount calculator for reaction force motor
    851 ... Steering torque related value calculation unit
    852 ... Steering reaction force related value calculation section
    853 ... Inertia torque related value calculation section
    854 ... Friction torque related value calculation unit
    88… Steering reaction force estimator
    T: Steering torque
    F ... Steering reaction force
    V ... Vehicle speed
    θ… steering angle
    x ... Steering displacement
    x_n  … Target value of turning displacement
    u_r   ... Control amount of steering motor
    T_R   ... Control amount of reaction force motor
    T_K   … Inertia torque
    T_D   … Friction torque (damper torque)
    F_h   … Estimated steering reaction force
    f ... Frictional force generated in the steering mechanism
    G: Observer gain (3-by-2 constant matrix)
    k ... Time parameter indicating sampling time
  x₀(k) ... Observer state quantity at time k (state vector)
  A, C ... 3-by-3 constant matrix
  B, D ... 3-by-2 constant matrix

Claims

操舵アクチュエータがステアリング・ホイールに付与すべき操舵反力Ｔ_Rを制御する操舵機構と、転舵輪の実舵角に係わる転舵変位量ｘを制御する転舵機構とが機械的に分離されており、これら双方を連結する連結機構が電気的な連動機構によって代替的に構成されているステアバイワイヤ・システムにおいて、
前記操舵機構は、
前記ステアリング・ホイールに運転者が付与する操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサと、
路面反力による前記転舵機構に働く転舵反力Ｆを算定する転舵反力算定手段と、
前記操舵トルクセンサにより検出された前記操舵トルクＴと前記転舵反力算定手段により算定された前記転舵反力Ｆとに基づいて、操舵反力Ｔ _R を演算する操舵反力演算手段とを有し、
前記操舵反力演算手段は、
前記操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、前記操舵反力Ｔ_Rの算定において、前記操舵トルクセンサが検出した前記操舵トルクＴの入力又は利用を中止する操舵トルク関連値切り離し手段と、
前記操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、前記転舵反力Ｆの係数値、又は前記転舵反力Ｆの関連値の係数値を変更する第１ゲイン変更手段とを有することを特徴とするステアリング制御装置。A steering mechanism for steering actuator controls the steering reaction force T _R to be applied to the steering wheel, a steering mechanism for controlling the turning displacement x according to the actual steering angle of the steered wheels are mechanically separated In a steer-by-wire system in which the coupling mechanism that couples both of these is alternatively configured by an electrical interlocking mechanism,
The steering mechanism is
A steering torque sensor for detecting a steering torque T applied by a driver to the steering wheel;
A turning reaction force calculating means for calculating a turning reaction force F acting on the turning mechanism by a road surface reaction force ;
On the basis of the said turning reaction force F which is calculated by said detected by the steering torque sensor and the steering torque T the turning reaction force calculating means, and a steering reaction force calculation means for calculating a steering reaction force T _R Have
The steering reaction force calculating means includes
Wherein when the abnormality of the steering torque sensor is detected, the calculation of the steering reaction force T _R, the steering torque related value disconnecting means to stop the input or use of the steering torque T that the steering torque sensor detects,
And a first gain changing means for changing a coefficient value of the steering reaction force F or a coefficient value of a related value of the steering reaction force F when an abnormality of the steering torque sensor is detected. Steering control device.

前記操舵反力演算手段は、
前記ステアリングホイールの回転速度ω_Hに基づいて、前記操舵機構の慣性モーメントに係わる慣性トルクＴ_Kを、前記操舵反力Ｔ_Rを構成する項の一つとして設定する慣性補償手段と、
前記操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、前記慣性トルクＴ_Kの係数値、又は前記慣性トルクＴ_Kの関連値の係数値を変更する第２ゲイン変更手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のステアリング制御装置。 The steering reaction force calculating means includes
Based on the rotational speed omega _H of the steering wheel, the inertia torque T _K according to the moment of inertia of the steering mechanism, the inertia compensation means for setting as one term that constitutes the steering reaction force T _R,
When the steering torque sensor abnormality is detected, the coefficient value of the inertia torque T _K, or characterized by having a second gain changing means for changing the coefficient values of the associated value of the inertia torque T _K The steering control device according to claim 1 .

前記操舵反力演算手段は、
前記ステアリングホイールの回転速度ω_Hに基づいて、前記操舵機構或いは転舵機構の内部摩擦に係わる摩擦トルクＴ_Dを、前記操舵反力Ｔ_Rを構成する項の一つとして設定する摩擦補償手段と、
前記操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、前記摩擦トルクＴ_Dの係数値、又は前記摩擦トルクＴ_Dの関連値の係数値を変更する第３ゲイン変更手段とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステアリング制御装置。 The steering reaction force calculating means includes
Based on the rotational speed omega _H of the steering wheel, the friction torque T _D according to the internal friction of the steering mechanism or the steering mechanism, a friction compensation unit for setting as one term that constitutes the steering reaction force T _R ,
When the steering torque sensor abnormality is detected, the coefficient value of the friction torque T _D, or characterized by having a third gain changing means for changing the coefficient values of the relevant values of the friction torque T _D The steering control device according to claim 1 or 2 .

前記転舵反力算定手段は、
前記転舵反力Ｆの位相を補正する転舵反力位相補正手段と、
前記操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、前記転舵反力Ｆの位相に対する補正量を変更する位相補正量変更手段とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のステアリング制御装置。The steering reaction force calculating means is:
A turning reaction force phase correcting means for correcting the phase of the turning reaction force F;
Wherein when the abnormality of the steering torque sensor is detected, any one of claims 1 to 3; and a phase correction amount changing means for changing the correction amount for the turning reaction force F of the phase The steering control device according to item 1.

前記転舵反力算定手段は、前記転舵反力Ｆを測定する転舵反力センサを有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のステアリング制御装置。The steering control device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the turning reaction force calculation means includes a turning reaction force sensor that measures the turning reaction force F.

前記転舵反力算定手段は、前記転舵機構が有する転舵アクチュエータに流れる転舵電流の測定値Ｉ_a、指令値Ｉ_n、又はこれらの関連値に基づいて、前記転舵反力Ｆを推定する転舵反力推定手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のステアリング制御装置。The turning reaction force calculating means, the measured value I _a of the turning current flowing in the steering actuator to the steering mechanism has the command value I _n, or on the basis of these related values, the turning reaction force F The steering control device according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a steered reaction force estimating unit.

前記転舵反力推定手段は、
前記転舵機構が有する転舵アクチュエータに流れる転舵電流の測定値Ｉ_a、指令値Ｉ_n、又はこれらの関連値と、
前記転舵変位量ｘ、その指令値ｘ_n、又はこれらに関連する関連値とに基づいて、
前記転舵反力Ｆを推定する外乱オブザーバを有することを特徴とする請求項６に記載のステアリング制御装置。The steering reaction force estimation means is
Measurements I _a of the turning current flowing in the steering actuator to the steering mechanism has the command value I _n, or with these related values,
Based on the steering displacement amount x, its command value x _n , or related values related thereto,
The steering control device according to claim 6 , further comprising a disturbance observer that estimates the steering reaction force F.