JP4089637B2 - Power steering device for vehicle and disturbance estimation device for vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、車両に対して横方向に加わる外乱を考慮して車両の操舵のアシスト状態を制御する車両用パワーステアリング装置、及び、この外乱について推定する車両用外乱推定装置に関する。 The present invention relates to a vehicle power steering device that controls a steering assist state of a vehicle in consideration of disturbance applied in a lateral direction with respect to the vehicle, and a vehicle disturbance estimation device that estimates the disturbance.
自動車の走行時には、様々な外乱を受けるため操舵に影響が及ぶことが多い。このような点に着目して、走行中に車両が受ける外乱に応じて、車両の操舵系を制御する技術が開発されている。
例えば特許文献1には、電動パワーステアリング装置を用いた操舵アシスト制御により、車両に加わる横風等の外乱がドライバの操舵操作に影響しないようにする、いわゆる外乱抑制性能を高めることができるようにするものが提案されている。
When a car is running, steering is often affected by various disturbances. Focusing on this point, a technique for controlling the steering system of the vehicle according to the disturbance that the vehicle receives during traveling has been developed.
For example, in
この技術では、操舵反力(操舵アシスト力に対応する)の制御においては、操舵角に基づく操舵反力の舵角成分T1(=操舵角にゲインをかけたもの)と、操舵角速度に基づくダンピング成分T2(=操舵角速度にゲインをかけたもの)と、車両のヨーレイトに基づく第1の車両挙動抑制成分T3(=ヨーレイトにゲインをかけたもの)と、車両の横加速度に基づく第2の車両挙動抑制成分T4(=横加速度にゲインをかけたもの)と、転舵反力に基づく路面成分T5(=転舵反力にゲインをかけたもの)とを算出し、次式のように、これら操舵反力の成分T1,T2,T3,T4,T5を加算して目標操舵反力Tsを決定し、反力モータ(操舵アシスト用電動モータに対応する)の出力トルク、すなわち操向ハンドルの操舵反力をこの目標操舵反力Tsに帰還制御する。
Ts=T1+T3+T4+T5−T2
In this technique, in the control of the steering reaction force (corresponding to the steering assist force), the steering angle component T1 of the steering reaction force based on the steering angle (= the gain obtained by multiplying the steering angle) and the damping based on the steering angular velocity. A component T2 (= steering angular velocity multiplied by gain), a first vehicle behavior suppression component T3 based on vehicle yaw rate (= yaw rate multiplied by gain), and a second vehicle based on lateral acceleration of the vehicle. Calculate the behavior suppression component T4 (= lateral acceleration multiplied by gain) and the road surface component T5 (= steering reaction force multiplied by gain) based on the steering reaction force, as in the following equation: These steering reaction force components T1, T2, T3, T4, and T5 are added to determine the target steering reaction force Ts, and the output torque of the reaction force motor (corresponding to the steering assist electric motor), that is, the steering handle Steering reaction force for this target To return control to the steering reaction force Ts.
Ts = T1 + T3 + T4 + T5-T2
一方、自動操舵の技術であるが、特許文献2には、自車両の横位置が走行車線区分線から定まる基準位置に近づくようにステアリング装置の操舵力をフィードバック制御する自動操舵制御において、自車両に横風やバンク等の外乱が作用したときに、自車両に働く横力とヨーイングモーメントとを演算により推定して、外乱による横力とヨーイングモーメントとを相殺するようにフィードバック制御における操舵量にフィードフォワードによる操舵量を加えた値に基づいてステアリング装置を自動操舵すると共に、自車両の走行状態に応じて外乱の判定しきい値を変更する技術が提案されている。
On the other hand, as a technique of automatic steering,
また、特許文献3には、車両の直線走行状態が検出された時は、車両に作用している外乱ヨーモーメント量を検出し、これに応じて外乱抑制ヨーモーメント量を求め、この外乱抑制ヨーモーメント量をヨーモーメント発生装置で発生させるための制御指令値を設定し、設定された制御指令値をヨーモーメント発生装置に出力する。したがって、制御指令値に基づいてヨーモーメント発生装置で発生する外乱抑制ヨーモーメントにより、横風外乱や路面外乱に対し車両姿勢を安定させるようにする技術が提案されている。
ところで、上述の各文献では、いずれも車両挙動に応じて操舵アシスト状態や操舵状態を制御しているが、車両挙動に影響を及ぼす外乱には、操舵の妨害になる外乱と、寧ろ操舵を助けるための外乱とがある。
つまり、車両の横方向運動に作用する外乱要因には、横風や轍路など車両挙動に悪影響を及ぼすもののほか、路面の横勾配等の車両の走行性を考慮した道路構造などによる寧ろ操舵を助けるためのものがある。前者の要因による外乱に対しては、できるだけ操舵に対する影響を抑制したいが、後者の重力加速度成分等に起因した横勾配外乱については、一般にカーブ路をスムーズに走行するために必要なものであり、この影響については抑制すべきでない。
By the way, in each of the above-mentioned documents, the steering assist state and the steering state are controlled according to the vehicle behavior. However, for disturbances that affect the vehicle behavior, the disturbance that interferes with steering and rather assists steering. There is a disturbance for.
In other words, disturbance factors that affect the lateral movement of the vehicle not only adversely affect the vehicle behavior such as crosswinds and narrow roads, but also assist the steering rather than by the road structure that takes into account the vehicle's running characteristics such as the lateral slope of the road surface. There is something for. For disturbance due to the former factor, we want to suppress the influence on steering as much as possible, but for the lateral gradient disturbance due to the latter gravitational acceleration component etc., it is generally necessary to run smoothly on a curved road, This effect should not be suppressed.
しかし、特許文献1の技術では、これらの外乱を分別できず、カーブ路をスムーズに走行するために必要な重力加速度成分をも外乱として除去してしまうことになり、適切な制御にはならない。
また、特許文献2には、外乱に起因して自車両に働く横力YwとヨーイングモーメントNwとを演算により推定する点は記載されているが、車両の横方向外乱を、操舵の妨害になる外乱と、寧ろ操舵を助けるための外乱とに分離して制御しようとする技術思想は見られない。
However, in the technique of
特許文献3にも、横風外乱や路面外乱に対し車両姿勢を安定させるとの記載はあるが、横方向外乱を、操舵の妨害になる外乱と、寧ろ操舵を助けるための外乱とに分離して制御しようとする技術思想は見られない。
また、車両の横方向外乱を、操舵の妨害になる外乱と、寧ろ操舵を助けるための外乱とに分離する際に、推定する横方向外乱の具体的な種別をより適切に設定することが、操舵アシストを適切に行うためには重要でなる。
In addition, when separating the lateral disturbance of the vehicle into a disturbance that hinders steering and a disturbance that assists steering, it is possible to more appropriately set the specific type of the lateral disturbance to be estimated. This is important for proper steering assist.
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、車両の横方向外乱を、操舵の妨害になる外乱と、寧ろ操舵を助けるための外乱とに分離して推定することにより、カーブ路のスムーズな走行性能を確保しながら、操舵への横方向外乱の影響を抑制できるように操舵アシストを適切に実施して、アクティブ・セーフティを向上させることができるようにした、車両用パワーステアリング装置及び車両用外乱推定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of the above-described problems, and estimates the lateral disturbance of a vehicle by separating it into a disturbance that hinders steering and a disturbance that aids steering, rather than a curved road. A vehicle power steering device capable of improving active safety by appropriately performing steering assist so as to suppress the influence of lateral disturbance on steering while ensuring smooth running performance, and An object of the present invention is to provide a vehicle disturbance estimation device.
上記目標を達成するため、本発明の車両用パワーステアリング装置は、車両に搭載され操舵系に操舵アシストトルクを付与するアクチュエータと、該車両の車速を検出する車速検出手段と、該車両に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、該車速検出手段及び該操舵トルク検出手段からの検出情報に基づいて該アクチュエータを制御する制御手段とをそなえた、パワーステアリング装置であって、該車両の操舵角を検出する操舵角検出手段と、該車両のヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段と、該車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、該車両の操舵−車両系モデルに基づいて、該車速検出手段,該操舵角検出手段,該ヨーレイト検出手段,該横加速度検出手段によりそれぞれ検出された該車両の車速Vと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyとから、該車両の横方向外乱を、横力によって該車両を横方向に移動させようとする横力外乱φcwと該車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって該車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定する推定手段とをそなえ、該制御手段には、該推定手段による推定結果から、該車両の横方向外乱のうち主として横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoとを抑制するように該アクチュエータで付与する該操舵アシストトルクを補正する補正手段をそなえていることを特徴としている。 In order to achieve the above target, a vehicle power steering apparatus according to the present invention is added to an actuator that is mounted on a vehicle and applies steering assist torque to a steering system, vehicle speed detection means that detects the vehicle speed of the vehicle, and the vehicle. A power steering device comprising: steering torque detection means for detecting steering torque; and control means for controlling the actuator based on detection information from the vehicle speed detection means and the steering torque detection means. Based on the steering angle detecting means for detecting the steering angle, the yaw rate detecting means for detecting the yaw rate of the vehicle, the lateral acceleration detecting means for detecting the lateral acceleration of the vehicle, and the steering-vehicle system model of the vehicle, The vehicle speed V detected by the vehicle speed detection means, the steering angle detection means, the yaw rate detection means, and the lateral acceleration detection means, respectively, and the steering. yaw moment from the δ and yaw rate γ and lateral acceleration G y, a lateral disturbance of the vehicle, the lateral force tends to rotate the lateral force disturbance phi cw and the vehicle tending to move the vehicle laterally An estimation means for separating and estimating the disturbance φ mo and the lateral gradient disturbance φ rb acting on the vehicle by the lateral inclination of the traveling road surface is provided, and the control means, based on the estimation result by the estimation means, A correction means for correcting the steering assist torque applied by the actuator is provided so as to mainly suppress the lateral force disturbance φ cw and the yaw moment disturbance φ mo among the lateral disturbances.
なお、上記のアクチュエータとしては、きめの細かい操舵アシスト制御を実施するのに有利な電動モータが適している。
また、該車両の操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段をさらにそなえ、該推定手段は、該車両のヨーレイト及び横速度をさらに推定するように構成され、該補正手段は、該操舵角速度検出手段と該操舵角検出手段と該車速検出手段とによりそれぞれ検出された操舵角と舵角速度と車速と、該推定手段により推定されたヨーレイトと横速度とから第1補正トルクを算出し、該推定手段により推定された上記の横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとから第2補正トルクを算出して、該第1補正トルクと第2補正トルクとに基づいて該操舵アシストトルクを補正することが好ましい(請求項2)。
An electric motor that is advantageous for carrying out fine steering assist control is suitable as the actuator.
The vehicle further includes steering angular velocity detecting means for detecting the steering angular velocity of the vehicle, the estimating means is configured to further estimate the yaw rate and lateral velocity of the vehicle, and the correcting means includes the steering angular velocity detecting means and the steering angular velocity detecting means. A first correction torque is calculated from the steering angle, the steering angular speed, the vehicle speed, and the yaw rate and lateral speed estimated by the estimation means detected by the steering angle detection means and the vehicle speed detection means, respectively. A second correction torque is calculated from the estimated lateral force disturbance φ cw , yaw moment disturbance φ mo, and side gradient disturbance φ rb, and the steering assist is calculated based on the first correction torque and the second correction torque. It is preferable to correct the torque (claim 2).
さらに、該推定手段は、該車速検出手段と該操舵角検出手段と該ヨーレイト検出手段と該横加速度検出手段とによりそれぞれ検出された車速Vと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyとの各状態量から、状態量である上記の横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを推定するオブザーバをそなえていることが好ましい(請求項3)。
さらに、該補正手段は、該補正手段は、操舵角と舵角速度とヨーレイトと横速度とのそれぞれに、車速に応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第1補正トルクを算出するとともに、上記の横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとのそれぞれに、車速に応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第2補正トルクを算出して、該第1補正トルクと第2補正トルクとに基づいて該操舵アシストトルクを補正することが好ましい(請求項4)。
Further, the estimating means includes the vehicle speed V, the steering angle δ, the yaw rate γ, and the lateral acceleration G y detected by the vehicle speed detecting means, the steering angle detecting means, the yaw rate detecting means, and the lateral acceleration detecting means, respectively. It is preferable to provide an observer for estimating the above-described lateral force disturbance φ cw , yaw moment disturbance φ mo, and lateral gradient disturbance φ rb as the state quantities from each state quantity (Claim 3).
Further, the correction means calculates the first correction torque by multiplying each of the steering angle, the steering angular speed, the yaw rate, and the lateral speed by a gain set in accordance with the vehicle speed, The second correction torque is calculated by multiplying the lateral force disturbance φ cw , the yaw moment disturbance φ mo, and the lateral gradient disturbance φ rb by a gain that is set according to the vehicle speed, respectively. Preferably, the steering assist torque is corrected based on the correction torque and the second correction torque.
また、本発明の車両用外乱推定装置は、該車両の車速Vを検出する車速検出手段と、該車両の操舵角δを検出する操舵角検出手段と、該車両のヨーレイトγを検出するヨーレイト検出手段と、該車両の横加速度Gyを検出する横加速度検出手段と、該車両の操舵−車両系モデルに基づいて、該車速検出手段,該操舵角検出手段,該ヨーレイト検出手段,該横加速度検出手段によりそれぞれ検出された該車両の車速Vと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyとから、該車両の横方向外乱を、横力によって該車両を横方向に移動させようとする横力外乱φcwと該車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって該車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定する推定手段とをそなえていることを特徴としている。 In addition, the vehicle disturbance estimation device of the present invention includes vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed V of the vehicle, steering angle detection means for detecting the steering angle δ of the vehicle, and yaw rate detection for detecting the yaw rate γ of the vehicle. Means for detecting a lateral acceleration G y of the vehicle, a vehicle speed detecting means, a steering angle detecting means, a yaw rate detecting means, and a lateral acceleration based on a steering-vehicle system model of the vehicle. From the vehicle speed V, the steering angle δ, the yaw rate γ, and the lateral acceleration G y detected by the detection means, the lateral disturbance of the vehicle is caused by the lateral force to move the vehicle laterally. A force disturbance φ cw , a yaw moment disturbance φ mo that attempts to rotate the vehicle, and a lateral gradient disturbance φ rb that acts on the vehicle due to a lateral inclination of the road surface, and an estimation means that separates and estimates It is characterized by.
また、該推定手段は、該車速検出手段と該操舵角検出手段と該ヨーレイト検出手段と該横加速度検出手段とによりそれぞれ検出された車速Vと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyとの各状態量から、状態量である上記の横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを推定するオブザーバをそなえていることが好ましい(請求項6)。 Further, the estimation means includes vehicle speed V, steering angle δ, yaw rate γ, and lateral acceleration G y detected by the vehicle speed detecting means, the steering angle detecting means, the yaw rate detecting means, and the lateral acceleration detecting means, respectively. It is preferable to provide an observer for estimating the above-described lateral force disturbance φ cw , yaw moment disturbance φ mo, and lateral gradient disturbance φ rb as the state quantities from each state quantity (Claim 6).
本発明の車両用パワーステアリング装置によれば、車両の横方向外乱を、横力によって車両を横方向に移動させようとする横力外乱φcwと車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定し、この推定結果から、車両の横方向外乱のうち主として横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoとを抑制するように操舵アシストトルクを付与するので、操舵アシストを適切に付与することができる。 According to the vehicle power steering apparatus of the present invention, the lateral disturbance of the vehicle is caused by the lateral force disturbance φ cw that attempts to move the vehicle laterally by the lateral force and the yaw moment disturbance φ mo that attempts to rotate the vehicle. And the lateral gradient disturbance φ rb acting on the vehicle due to the lateral inclination of the road surface, and from this estimation result, the lateral force disturbance φ cw and the yaw moment disturbance φ mo are mainly calculated from the lateral disturbance of the vehicle. Since the steering assist torque is applied so as to be suppressed, the steering assist can be appropriately applied.
つまり、横風や轍路などに起因した車両挙動としては、横力外乱φcw及びヨーモーメント外乱φmoとして把握でき、車両の横方向外乱のうち、主としてこれらの横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoとを抑制するように操舵アシストトルクを付与することで、カーブ路をスムーズに走行できるようにするために設けられた路面の横勾配等に起因する横勾配外乱φrbについては影響を抑制することなく、横風や轍路などに起因して横力外乱φcw及びヨーモーメント外乱φmoとして車両挙動に影響を及ぼし操舵の妨害になる外乱については影響を抑制することができ、例えばカーブ路のスムーズな走行性能を確保しながら、操舵への横力外乱の影響を抑制して、アクティブ・セーフティを向上させることができるようになる。 In other words, the vehicle behavior caused by the side wind and the bottleneck can be grasped as a lateral force disturbance φ cw and a yaw moment disturbance φ mo. Of the lateral disturbances of the vehicle, mainly these lateral force disturbance φ cw and yaw moment disturbance By applying steering assist torque so as to suppress φ mo , the influence on the side gradient disturbance φ rb caused by the side gradient of the road surface provided to enable smooth running on a curved road is suppressed. Without disturbing, it is possible to suppress the influence of the disturbance that influences the vehicle behavior as the lateral force disturbance φ cw and the yaw moment disturbance φ mo due to a side wind or a narrow road and disturbs the steering, for example, a curved road The active safety can be improved by suppressing the influence of the lateral force disturbance on the steering while ensuring the smooth running performance.
さらに、該車両の操舵角速度ωを検出する操舵角速度検出手段を設け、推定手段で車両のヨーレイトγ及び横速度vを推定するように構成し、補正手段で、操舵角速度検出手段と操舵角検出手段と車速検出手段とによりそれぞれ検出された操舵角δと舵角速度ωと車速Vと、推定手段により推定されたヨーレイトγと横速度vとから第1補正トルクを算し、推定手段により推定された横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとから第2補正トルクを算出して、該第1補正トルクと該第2補正トルクとに基づいて操舵アシストトルクを補正すれば、操舵アシストを適切に行なうことができる(請求項2)。 Further, steering angular velocity detection means for detecting the steering angular velocity ω of the vehicle is provided, and the estimation means estimates the vehicle yaw rate γ and lateral velocity v, and the correction means includes steering angular velocity detection means and steering angle detection means. The first correction torque is calculated from the steering angle δ, the steering angular velocity ω, the vehicle speed V detected by the vehicle speed detection means and the vehicle speed V, the yaw rate γ and the lateral speed v estimated by the estimation means, and estimated by the estimation means. If the second correction torque is calculated from the lateral force disturbance φ cw , the yaw moment disturbance φ mo, and the lateral gradient disturbance φ rb, and the steering assist torque is corrected based on the first correction torque and the second correction torque, Steering assist can be performed appropriately (claim 2).
また、推定手段では、オブザーバによって、操舵角検出手段とヨーレイト検出手段と横加速度検出手段と車速検出手段とによりそれぞれ検出された操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyと車速Vとの各状態量から、状態量である横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを推定することで、横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを確実に分離して推定することができ、操舵の妨害になる外乱と寧ろ操舵を助けるための外乱とを確実に分離して把握することができる(請求項3)。 Further, in the estimating means, each state of the steering angle δ, the yaw rate γ, the lateral acceleration G y and the vehicle speed V detected by the observer by the steering angle detecting means, the yaw rate detecting means, the lateral acceleration detecting means and the vehicle speed detecting means, respectively. The lateral force disturbance φ cw , the yaw moment disturbance φ mo, and the side gradient disturbance φ rb are obtained by estimating the state force side force disturbance φ cw , yaw moment disturbance φ mo, and side gradient disturbance φ rb It is possible to reliably separate and estimate, and it is possible to reliably separate and grasp a disturbance that hinders steering and a disturbance that assists steering (claim 3).
さらに、補正手段が、操舵角δ,舵角速度ω,ヨーレイトγ,横速度vのそれぞれに、車速Vに応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第1補正トルクを算出するとともに、横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとのそれぞれに、車速Vに応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第2補正トルクを算出して、該第1補正トルクと該第2補正トルクとに基づいて該操舵アシストトルクを補正することにより、操舵アシストをより適切に行なうことができる(請求項4)。 Further, the correction means calculates the first correction torque by multiplying each of the steering angle δ, the steering angular speed ω, the yaw rate γ, and the lateral speed v by a gain set in accordance with the vehicle speed V, and the lateral force. The second correction torque is calculated by multiplying each of the disturbance φ cw , the yaw moment disturbance φ mo, and the lateral gradient disturbance φ rb by a gain set in accordance with the vehicle speed V, and calculating the second correction torque. By correcting the steering assist torque based on the second correction torque, steering assist can be performed more appropriately.
本発明の車両用外乱推定装置によれば、操舵−車両系モデルに基づいて、車両の車速Vと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyとから、車両の横方向外乱を、横力によって車両を横方向に移動させようとする横力外乱φcwと車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜による重量によって車両を横方向に移動させようとする横勾配外乱φrbとに分離して推定するので、操舵の妨害になる外乱と寧ろ操舵を助けるための外乱とを確実に分離して把握することができる。 According to the vehicle disturbance estimation device of the present invention, the lateral disturbance of the vehicle is determined by the lateral force from the vehicle speed V, the steering angle δ, the yaw rate γ, and the lateral acceleration G y based on the steering-vehicle system model. Lateral force disturbance φ cw trying to move the vehicle laterally, yaw moment disturbance φ mo trying to rotate the vehicle, and lateral gradient disturbance trying to move the vehicle laterally due to the weight due to the lateral inclination of the road surface Since it is estimated separately from φ rb , it is possible to reliably separate and grasp the disturbance that hinders steering and the disturbance that assists steering.
また、推定手段では、オブザーバによって、操舵角検出手段とヨーレイト検出手段と横加速度検出手段と車速検出手段とによりそれぞれ検出された操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyと車速Vとの各状態量から、状態量である横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを推定することで、横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを確実に分離して推定することができる(請求項6)。 Further, in the estimating means, each state of the steering angle δ, the yaw rate γ, the lateral acceleration G y and the vehicle speed V detected by the observer by the steering angle detecting means, the yaw rate detecting means, the lateral acceleration detecting means and the vehicle speed detecting means, respectively. The lateral force disturbance φ cw , the yaw moment disturbance φ mo, and the side gradient disturbance φ rb are obtained by estimating the state force side force disturbance φ cw , yaw moment disturbance φ mo, and side gradient disturbance φ rb It can be reliably separated and estimated (claim 6).
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図1〜図11は本発明の一実施形態としての車両用パワーステアリング装置及び車両用外乱推定装置について示すもので、これらの図に基づいて説明する。
本実施形態にかかる車両用パワーステアリング装置は、図1に示すように、操舵アクチュエータとして電動モータ(ここでは、DCモータ)11をそなえ、車両の操舵操作状態や車両の状態を検出してこれらの検出結果からECU(電子制御ユニット)30により目標とする操舵アシスト量を設定し、この目標操舵アシスト量が得られるようにDCモータ11を制御するようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1 to 11 show a power steering apparatus for a vehicle and a disturbance estimation apparatus for a vehicle as an embodiment of the present invention and will be described based on these drawings.
As shown in FIG. 1, the power steering apparatus for a vehicle according to the present embodiment includes an electric motor (here, a DC motor) 11 as a steering actuator, detects the steering operation state of the vehicle and the state of the vehicle, and detects these. A target steering assist amount is set by an ECU (electronic control unit) 30 from the detection result, and the
DCモータ11は、例えば図3に示すように、ステアリングホイール1,ステアリングシャフト2,ラックアンドピニオン3,タイロッド4,操舵輪(前輪)5L、5R等からなる操舵系(ここでは、ラックアンドピニオン3)に付設されている。もちろん、本装置は、ピニオンタイプの電動パワステだけでなく、油圧パワステに小型モータを追加する場合やラックアシストタイプの電動パワステにも適用することができる。
For example, as shown in FIG. 3, the
また、操舵操作状態及び車両状態を検出する手段としては、操舵角速度(前輪舵角速度)ωf_sを検出する操舵速度検出手段(前輪舵角速度検出手段)としてのハンドル角速度センサ21と、操舵角度(前輪舵角)δf_sを検出する操舵角検出手段(前輪舵角検出手段)としてのハンドル角センサ22と、車両のヨーレイトγsを検出するヨーレイト検出手段としてのヨーレイトセンサ(ヨー角速度センサ)23と、車両の横加速度Gy_sを検出する横加速度検出手段としての横加速度センサ24と、車速Vを検出する車速検出手段25と、ドライバがステアリングホイール(ハンドル)を通じて加える操舵トルク(入力操舵トルク)Th_sを検出する操舵トルク検出手段(操舵トルクセンサ)26とがそなえられる。
Further, as means for detecting the steering operation state and the vehicle state, a steering wheel
ECU30には、その機能要素として、基本操舵アシスト量(基本アシストトルク)Tm_baseを算出する基本操舵アシスト量演算部(電動パワステ制御演算部)31と、車両に加わる横方向外乱等を推定する推定手段としてのオブザーバ32と、操舵系に加わる外乱成分に応じた操舵アシスト補正量(アシストトルク補正量)を算出して、これに応じて操舵アシスト量(外乱抑制制御量)を補正する補正手段(外乱抑制補正手段)33とが設けられている。
The
電動パワステ制御演算部31では、操舵トルク検出手段26で検出された入力操舵トルクTh_sと車速検出手段25で検出された車速Vとに基づいて基本操舵アシスト量(基本アシストトルク)Tm_baseを算出する。
オブザーバ32では、前輪舵角検出手段22,ヨーレイト検出手段23,横加速度検出手段24,車速検出手段25でそれぞれ検出された前輪舵角δf_s,ヨーレイトγs,横加速度Gy_s,車速Vに基づいて、車両に加わる横方向外乱等[具体的には、横力外乱推定値(横力によって車両を横方向に移動させようとする横力外乱φcwの推定値)φcw_e,ヨーモーメント外乱推定値(車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoの推定値)φmo_e,横勾配外乱推定値(走行路面の横傾斜によって車両に作用する横勾配外乱φrbの推定値)φrb_e,横速度推定値ve,ヨーレイト推定値γe]を推定する。
The electric power steering
In
この横方向外乱等を推定する機能(推定手段)と、上記の前輪舵角検出手段22,ヨーレイト検出手段23,横加速度検出手段24,車速検出手段25とから、本実施形態としての車両用外乱推定装置が構成される。
補正手段33には、補正用操舵アシスト量(補正アシストトルク)Tm_addを算出する操舵アシスト補正量演算部(外乱抑制制御演算部)34と,を加算する基本アシストトルクTm_baseに補正アシストトルクTm_addを加算する加算部35とがそなえられる。
From the function (estimating means) for estimating the lateral disturbance and the like, the front wheel steering
The correction means 33 includes a steering assist correction amount calculation unit (disturbance suppression control calculation unit) 34 for calculating a correction steering assist amount (correction assist torque) T m_add and a correction assist torque T added to a basic assist torque T m_base. An adder 35 for adding m_add is provided.
操舵アシスト補正量演算部34は、オブザーバ32でそれぞれ推定された横力外乱推定値φcw_e,ヨーモーメント外乱推定値φmo_e,横勾配外乱推定値φrb_e,横速度推定値ve,ヨーレイト推定値γeと、前輪舵角速度検出手段21で検出された前輪舵角速度ωf_sと、前輪舵角速度検出手段21で検出された前輪舵角δf_sと、車速検出手段25で検出された車速Vとに基づいて、操舵系に加わる外乱成分に応じた補正アシストトルクTm_addを算出する。
The steering assist correction
つまり、操舵アシスト補正量演算部34では、前輪舵角速度ωf_sにゲインKωを掛けて前輪舵角速度対応補正量(=Kωωf_s)を、前輪舵角δf_sにゲインKδを掛けて前輪舵角対応補正量(=Kδωf_s)を、横速度推定値veにゲインKvを掛けて横速度対応補正量(=Kvve)を、ヨーレイト推定値γeにゲインKrを掛けてヨーレイト対応補正量(=Krγe)を、それぞれ算出し、これらの補正量の加算値(第1補正トルク)Tm_fb(=Kωωf_s+Kδωf_s+Kvve+Krγe)により基本アシストトルクTm_baseをフィードバック補正する。
That is, the steering assist correction
また、横力外乱推定値φcw_eにゲインKΦ_cwを掛けて横方向外乱対応補正量(第2補正トルク)Tm_cw(=KΦ_cwφcw_e)を算出し、さらに、ヨーモーメント外乱推定値φmo_eにゲインKΦ_moを掛けて横方向外乱対応補正量(第2補正トルク)Tm_mo(=KΦ_moφmo_e)を算出し、これらの補正量Tm_cw,Tm_moにより基本アシストトルクTm_baseをフィードフォワード補正する。
なお、図1中に示すように、横勾配外乱推定値φrb_eにゲインKΦ_rb(=微小値)を掛けて横勾配外乱対応補正量(第2補正トルク)Tm_rb(=KΦ_rbφrb_e)を算出し、この補正量により基本アシストトルクTm_baseをフィードフォワード補正してもよいが、基本的には、横力外乱推定値φcw_e及びヨーモーメント外乱推定値φmo_eを主体として(或いは、これらのみに応じて)、横方向外乱の影響が解消されるように、基本アシストトルクTm_baseをフィードフォワード補正することが肝要である。
Further, the lateral force disturbance estimated value φ cw_e is multiplied by the gain K Φ_cw to calculate a lateral disturbance corresponding correction amount (second correction torque) T m_cw (= K Φ_cw φ cw_e ), and further, the yaw moment disturbance estimated value φ mo_e lateral disturbance corresponding correction amount by multiplying the gain K Fai_mo (second correction torque) T m_mo (= K Φ_mo φ mo_e) is calculated, the correction amount T M_cw, feedforward the basic assist torque T M_base by T M_mo to correct.
As shown in FIG. 1, the lateral gradient disturbance estimated value φ rb_e is multiplied by the gain K Φ_rb (= small value) to correct the lateral gradient disturbance corresponding correction amount (second correction torque) T m_rb (= K Φ_rb φ rb_e ). The basic assist torque T m_base may be feedforward corrected using this correction amount, but basically, the lateral force disturbance estimated value φ cw_e and the yaw moment disturbance estimated value φ mo_e are mainly used (or these Therefore , it is important to feed-forward correct the basic assist torque T m_base so that the influence of the lateral disturbance is eliminated.
したがって、オブザーバ32の推定によって分離された横勾配外乱と横力外乱とヨーモーメント外乱のうち、横風外乱の影響のみを抑制するように制御系が構成されている。
つまり、図4に示すように、一般に、カーブ路における道路の横勾配はカーブを曲がることによって生じる遠心力を打ち消してカーブでの旋回走行を容易にするために設けられている。また、直線路における横勾配は、2〜3%程度の小さい値であるが排水のために設けられている。オブザーバ32では、横方向外乱のうちこのような横勾配外乱については外乱抑制対象から除外して横風外乱の影響のみを抑制するように制御系を構成しているのである。
Therefore, the control system is configured to suppress only the influence of the lateral wind disturbance among the lateral gradient disturbance, the lateral force disturbance, and the yaw moment disturbance separated by the estimation of the
That is, as shown in FIG. 4, the road lateral slope on the curved road is generally provided to cancel the centrifugal force generated by turning the curve and facilitate turning on the curve. In addition, the lateral slope on the straight road is a small value of about 2-3%, but is provided for drainage. In the
オブザーバ32による推定についてさらに説明すると、DCモータ11に関する各変数の関係は、図2〜図5に示すように制御ブロックにモデル化することができる。図3〜図5は図2の各部(一点鎖線で仕切られる部分P1,P2,P3)をそれぞれ拡大して示したものである。
なお、図1及び図2〜図5における各パラメータについては以下の表1に示す。
The estimation by the
The parameters in FIGS. 1 and 2 to 5 are shown in Table 1 below.
図2に示す関係から、オブザーバの状態方程式として次式(A)が導出される。
したがって、オブザーバ32では、前輪舵角δf_s,ヨーレイトγs,横加速度Gy_s,操舵トルクTh,車速Vの各状態量を入力量として、横速度推定値veとヨーレイト推定値γeと横力外乱推定値φcw_eとヨーモーメント外乱推定値φmo_eと横勾配外乱推定値φrb_eとの各状態量を推定することができる。
ここで、横勾配外乱と横風外乱とモーメント外乱とを推定するオブザーバ32について、さらに詳細に説明する。
Thus, the
Here, the
オブザーバ32を設計するにあたって、ロバストな横制御システムを構成する必要があり、次の仮定(a)〜(d)を基本とする。
(a)センサ信号は,ステアリング角,ステアリンクトルク,ヨーレイト,横加速度を仮定する。
(b)タイヤとサスペンションの非線形性は考慮しない。
(c)横外乱に対してロバストな制御系を設計するためドライバの操作を想定しない(Th=0)。
In designing the
(A) The sensor signal assumes a steering angle, a steer torque, a yaw rate, and a lateral acceleration.
(B) Non-linearity of tire and suspension is not considered.
(C) Since a control system that is robust against lateral disturbance is designed, no driver operation is assumed (Th = 0).
図5に示すように、実際の操舵系は機械的な系とDCモータの系とで構成される。また、慣性系は、ステアリングホイール,DCモータ,タイヤから成り、弾性系はトーションバーとタイヤから成る。ここで、キングピン回りに微分方程式をたてると次式(1)〜(3)のようになる。 As shown in FIG. 5, the actual steering system is composed of a mechanical system and a DC motor system. The inertial system is composed of a steering wheel, a DC motor, and a tire, and the elastic system is composed of a torsion bar and a tire. Here, when a differential equation is built around the kingpin, the following equations (1) to (3) are obtained.
ここで、前輪実舵角δfは、センサ値であるThとαとから計測可能である。
前式(2)を変形すると、次式(4)となる。
Here, the front wheel actual steering angle δ f can be measured from the sensor values Th and α.
When the previous equation (2) is modified, the following equation (4) is obtained.
車両の横運動とヨー運動を表す微分方程式を示す上記の式(5),(6)は、一般によく知られているものである。
横方向外乱φは、前述のように、横力外乱φcwと横勾配外乱φrbとから成る[下式(7)参照]。
The above equations (5) and (6) showing differential equations representing the lateral movement and yaw movement of the vehicle are generally well known.
As described above, the lateral disturbance φ is composed of the lateral force disturbance φ cw and the lateral gradient disturbance φ rb [see the following equation (7)].
ところで、Gセンサの検出値Gy_sは、左右に勾配のない平坦路sでは、式(8a)のようになるが、横勾配の外乱φrb。が含まれると、式(8b)のようになる。 By the way, the detection value G y — s of the G sensor is expressed by the equation (8a) on the flat road s having no right and left gradient, but is a disturbance φ rb having a lateral gradient. Is included, equation (8b) is obtained.
線形ロバストを制御するにあたり、4次の微分方程式を制御対象モデルとして適用すると、この4次モデルは、操舵系モデルの2つの状態変数である前輪実舵角δfと前輪実舵角速度δf´および車両系の2つの状態変数である横速度vとヨーレイトγとで構成される。ここで、横方向外乱φcw,φmo,φrbは外部入力として制御対象に与えられる。なお、前式(1)におけるドライバトルクはゼロと仮定する(Th=0)。
In controlling the linear robustness, when a fourth-order differential equation is applied as a control target model, the fourth-order model is obtained by the front wheel actual steering angle δ f and the front wheel actual steering angular velocity δ f ′, which are two state variables of the steering system model. And two state variables of the vehicle system, the lateral velocity v and the yaw rate γ. Here, the lateral disturbances φ cw , φ mo , and φ rb are given to the controlled object as external inputs. Note that the driver torque in the previous equation (1) is assumed to be zero (T h = 0).
v,φcw,φmo,φrbは前記のように、外乱オブザーバから推定される。一方、外乱抑制フィードフォワードループは、横風外乱φcw,ヨーモーメント外乱φmoの影響を低減することを目的し、具体的には横力外乱φcw及びヨーモーメント外乱φmoによって生じるヨーレイトの定常値をゼロにするようにフィードフォワードゲインを定める。まず、フィードフォワードゲインkff_cwを定める際,式(14)においてφmo=0,φrb=0と仮定する。 As described above, v, φ cw , φ mo and φ rb are estimated from the disturbance observer. On the other hand, the disturbance suppression feedforward loop aims to reduce the influence of the side wind disturbance φ cw and the yaw moment disturbance φ mo . Specifically, the steady value of the yaw rate caused by the side force disturbance φ cw and the yaw moment disturbance φ mo The feed forward gain is determined so that the value is zero. First, when determining the feedforward gain k ff_cw , it is assumed that φ mo = 0 and φ rb = 0 in equation (14).
以上の仮定から次の状態方程式(18)が得られる。 From the above assumption, the following equation of state (18) is obtained.
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、各ゲインKω,Kδ,Kv,Kr,Kff_cw,Kff_mo,Kff_rbについては、系の安定性や操舵フィーリングを向上させることができるように、車速に応じて適宜設定することが重要である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, each gain Kω, Kδ, K v, K r, K ff_cw, K ff_mo, for K Ff_rb, as it is possible to improve the stability and steering feeling of the system, be set appropriately in accordance with the vehicle speed is important.
11 DCモータ
21 前輪舵角速度検出手段(操舵角速度検出手段)
22 前輪舵角検出手段(操舵角検出手段)
23 ヨーレイト検出手段
24 横加速度検出手段
25 車速検出手段
26 操舵トルク検出手段
30 制御手段としての電子制御ユニット(ECU)
31 基本制御量設定部(電動パワステ制御演算部)
32 推定手段(オブザーバ)
33 補正手段(外乱抑制補正手段)
34 操舵アシスト補正量演算部(外乱抑制制御演算部)
35 演算部
11
22 Front wheel rudder angle detecting means (steering angle detecting means)
23 Yaw rate detection means 24 Lateral acceleration detection means 25 Vehicle speed detection means 26 Steering torque detection means 30 Electronic control unit (ECU) as control means
31 Basic control amount setting unit (Electric power steering control calculation unit)
32 Estimation means (observer)
33 Correction means (disturbance suppression correction means)
34 Steering assist correction amount calculation unit (disturbance suppression control calculation unit)
35 Calculation unit
Claims (6)
該車両の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
該車両のヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段と、
該車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
該車両の操舵−車両系モデルに基づいて、該車速検出手段,該操舵角検出手段,該ヨーレイト検出手段,該横加速度検出手段によりそれぞれ検出された該車両の車速Vと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyとから、該車両の横方向外乱を、横力によって該車両を横方向に移動させようとする横力外乱φcwと該車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって該車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定する推定手段とをそなえ、
該制御手段には、該推定手段による推定結果から、該車両の横方向外乱のうち主として横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoとを抑制するように該アクチュエータで付与する該操舵アシストトルクを補正する補正手段をそなえている
ことを特徴とする、車両用パワーステアリング装置。 An actuator mounted on a vehicle for applying steering assist torque to a steering system, vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed of the vehicle, steering torque detection means for detecting steering torque applied to the vehicle, vehicle speed detection means, A power steering device comprising control means for controlling the actuator based on detection information from the steering torque detection means,
Steering angle detection means for detecting the steering angle of the vehicle;
Yaw rate detecting means for detecting the yaw rate of the vehicle;
Lateral acceleration detecting means for detecting lateral acceleration of the vehicle;
The vehicle speed V, steering angle δ, and yaw rate γ detected by the vehicle speed detecting means, the steering angle detecting means, the yaw rate detecting means, and the lateral acceleration detecting means based on the vehicle steering-vehicle system model, respectively. And the lateral acceleration G y , the lateral disturbance of the vehicle, the lateral force disturbance φ cw that attempts to move the vehicle laterally by lateral force, and the yaw moment disturbance φ mo that attempts to rotate the vehicle, An estimation means for separating and estimating the lateral gradient disturbance φ rb acting on the vehicle by the lateral inclination of the traveling road surface;
From the estimation result by the estimation means, the control means is provided with the steering assist torque applied by the actuator so as to suppress mainly the lateral force disturbance φ cw and the yaw moment disturbance φ mo among the lateral disturbances of the vehicle. A power steering apparatus for a vehicle, comprising a correcting means for correcting.
該推定手段は、該車両のヨーレイト及び横速度をさらに推定するように構成され、
該補正手段は、該操舵角速度検出手段と該操舵角検出手段と該車速検出手段とによりそれぞれ検出された操舵角と舵角速度と車速と、該推定手段により推定されたヨーレイトと横速度とから第1補正トルクを算出し、該推定手段により推定された上記の横力外乱φcwとヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとから第2補正トルクを算出して、該第1補正トルクと該第2補正トルクとに基づいて該操舵アシストトルクを補正する
ことを特徴とする、請求項1記載の車両用パワーステアリング装置。 A steering angular velocity detecting means for detecting the steering angular velocity of the vehicle;
The estimating means is configured to further estimate the yaw rate and lateral velocity of the vehicle;
The correcting means is configured to calculate the first angle based on the steering angle, the steering angular speed, the vehicle speed detected by the steering angular speed detecting means, the steering angle detecting means, and the vehicle speed detecting means, and the yaw rate and lateral speed estimated by the estimating means. 1 correction torque is calculated, a second correction torque is calculated from the lateral force disturbance φ cw , yaw moment disturbance φ mo, and lateral gradient disturbance φ rb estimated by the estimation means, and the first correction torque and 2. The vehicle power steering apparatus according to claim 1, wherein the steering assist torque is corrected based on the second correction torque.
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の車両用パワーステアリング装置。 The estimating means includes states of the vehicle speed V, the steering angle δ, the yaw rate γ, and the lateral acceleration G y detected by the vehicle speed detecting means, the steering angle detecting means, the yaw rate detecting means, and the lateral acceleration detecting means, respectively. The vehicle according to claim 1, further comprising an observer for estimating the lateral force disturbance φ cw , the yaw moment disturbance φ mo, and the lateral gradient disturbance φ rb as state quantities from the quantity. Power steering device.
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両用パワーステアリング装置。 The correction means calculates the first correction torque by multiplying each of the steering angle, the steering angular speed, the yaw rate, and the lateral speed by a gain that is set according to the vehicle speed, and the lateral force disturbance φ cw described above. And the yaw moment disturbance φ mo and the lateral gradient disturbance φ rb are multiplied by gains set in accordance with the vehicle speed to calculate the second correction torque, and the first correction torque and the second correction torque are calculated. The power steering apparatus for a vehicle according to any one of claims 1 to 3, wherein the steering assist torque is corrected based on the torque.
該車両の操舵角δを検出する操舵角検出手段と、
該車両のヨーレイトγを検出するヨーレイト検出手段と、
該車両の横加速度Gyを検出する横加速度検出手段と、
該車両の操舵−車両系モデルに基づいて、該車速検出手段,該操舵角検出手段,該ヨーレイト検出手段,該横加速度検出手段によりそれぞれ検出された該車両の車速Vと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyとから、該車両の横方向外乱を、横力によって該車両を横方向に移動させようとする横力外乱φcwと該車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって該車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定する推定手段とをそなえている
ことを特徴とする、車両用外乱推定装置。 Vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed V of the vehicle;
Steering angle detection means for detecting the steering angle δ of the vehicle;
A yaw rate detecting means for detecting the yaw rate γ of the vehicle;
Lateral acceleration detecting means for detecting the lateral acceleration G y of the vehicle;
The vehicle speed V, steering angle δ, and yaw rate γ detected by the vehicle speed detecting means, the steering angle detecting means, the yaw rate detecting means, and the lateral acceleration detecting means based on the vehicle steering-vehicle system model, respectively. And the lateral acceleration G y , the lateral disturbance of the vehicle, the lateral force disturbance φ cw that attempts to move the vehicle laterally by lateral force, and the yaw moment disturbance φ mo that attempts to rotate the vehicle, A vehicle disturbance estimation device comprising: estimation means for separating and estimating a lateral gradient disturbance φrb acting on the vehicle by a lateral inclination of a traveling road surface.
ことを特徴とする、請求項5記載の車両用外乱推定装置。
The estimating means includes states of the vehicle speed V, the steering angle δ, the yaw rate γ, and the lateral acceleration G y detected by the vehicle speed detecting means, the steering angle detecting means, the yaw rate detecting means, and the lateral acceleration detecting means, respectively. The vehicle disturbance estimation according to claim 5, further comprising an observer for estimating the lateral force disturbance φ cw , the yaw moment disturbance φ mo, and the lateral gradient disturbance φ rb as state quantities from the quantity. apparatus.
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