JP4098807B2 - Vehicle steering control device - Google Patents
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Description
この発明は、運転者のハンドル操作により生じた操舵トルクを、電動モータにより補助する電動式パワーステアリング制御装置などの車両用操舵制御装置に関するものである。 The present invention relates to a vehicle steering control device such as an electric power steering control device that assists a steering torque generated by a steering operation of a driver by an electric motor.
電動式パワーステアリング制御装置において、運転者による操舵トルクをアシストするアシストモータの駆動電流の目標値を演算するために、タイヤが路面から受ける路面反力トルク推定値を演算することが行われる。例えば特開2003−127888号公報(先行技術1)には、運転者による操舵トルクと、アシストモータによるアシストトルクとに基づいて得られるステアリング軸換算の路面反力トルク信号から、摩擦項を外乱として除去して、路面反力トルク推定値を得るようにしたものが開示されている。 In the electric power steering control device, in order to calculate the target value of the driving current of the assist motor that assists the steering torque by the driver, the road surface reaction force torque estimated value that the tire receives from the road surface is calculated. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-127888 (Prior Art 1), a friction term is determined as a disturbance from a road surface reaction force torque signal in terms of a steering shaft obtained based on a steering torque by a driver and an assist torque by an assist motor. What is removed and the road surface reaction force torque estimated value is obtained is disclosed.
しかし先行技術1に開示されたものは、摩擦項を定常値の外乱として、ステアリング軸反力トルク信号のヒステリシスを除去するものであるので、高周波の外乱に対して、路面反力トルク推定値の推定精度が悪化する。
However, since the technique disclosed in the
高周波の外乱を打ち消すために、ステアリング軸換算の路面反力トルク信号をローパスフィルタ処理することも考えられているが、このローパスフィルタ処理では、実際の路面反力トルクの変化に対し、路面反力トルク推定値に位相遅れまたはゲインのずれが生じるという問題がある。 In order to cancel out high-frequency disturbances, it is also considered to low-pass filter the road surface reaction force torque signal converted to the steering axis. In this low-pass filter processing, the road surface reaction force against the actual road reaction torque change There is a problem that a phase delay or a gain shift occurs in the estimated torque value.
一方、路面反力トルク推定値を1段以上の1次ローパスフィルタから得るようにしたものにおいて、このローパスフィルタの時定数を、車速に応じて変更するものが、特許第3353770号公報(先行技術2)に開示されており、またローパスフィルタの時定数を、ハンドルの操舵速度に応じて変更するものが、特開2001−239951号公報(先行技術3)に開示されている。 On the other hand, when the estimated value of the road surface reaction force torque is obtained from one or more primary low-pass filters, the time constant of the low-pass filter is changed according to the vehicle speed, as disclosed in Japanese Patent No. 3353770 (prior art). Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001-239951 (Prior Art 3) discloses that the time constant of the low-pass filter is changed according to the steering speed of the steering wheel.
しかしこの先行技術2に開示されたものでは、車速が上昇したときに、路面反力トルク推定値の推定精度が低下する不都合がある。また先行技術3に開示されたものでは、ハンドルの操舵速度が上昇したときに、路面反力トルク推定値の推定精度が低下する不都合がある。
However, the technique disclosed in Prior
そこで特開2003−312521号公報(先行技術4)では、ステアリング軸反力トルク信号を1段以上の1次ローパスフィルタ処理して路面反力トルク推定値を得るものにおいて、ローパスフィルタ処理の時定数を、ハンドルの操舵速度と車速の両方に応じて変更するものが提案されている。 Therefore, in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-312521 (prior art 4), the steering shaft reaction force torque signal is subjected to one or more stages of first-order low-pass filter processing to obtain a road surface reaction force torque estimated value. Has been proposed that changes the steering wheel according to both the steering speed of the steering wheel and the vehicle speed.
しかしこの先行技術4に開示されてものは、路面反力トルクとハンドルの操舵角との勾配が必須となっているので、路面反力トルクとハンドルの操舵角の比を測定する必要があり、この測定に工数を要するほか、同じ車種であっても車のグレードの変化などにより自動車の前輪荷重が変わる場合などでは、路面反力トルクとハンドルの操舵角との比を測定し直す必要がある。また、この測定は通常、アスファルトなどの高μ路(路面摩擦係数が大きい路面)において実施されるものであり、滑りやすい路面(低μ路)においては路面反力トルクとハンドルの操舵角の比の特性が高μ路のものと異なってくるため、路面反力の推定精度が低下する不具合がある。 However, since the gradient between the road surface reaction torque and the steering angle of the steering wheel is essential, it is necessary to measure the ratio of the road surface reaction torque and the steering angle of the steering wheel. In addition to the time required for this measurement, it is necessary to remeasure the ratio of the road reaction torque to the steering angle of the steering wheel when the front wheel load of the vehicle changes due to changes in the vehicle grade, etc. . This measurement is usually performed on high μ roads such as asphalt (road surface with a large road friction coefficient), and on slippery road surfaces (low μ roads), the ratio of road surface reaction torque to steering angle of the steering wheel. However, there is a problem that the estimation accuracy of the road surface reaction force is lowered.
そこで、特開2005−112044号公報(先行技術5)では、ローパスフィルタ処理の時定数の演算にステアリング軸反力トルクの微分出力とステアリング機構に発生する摩擦トルクを表す摩擦トルク信号に基づいて演算する方法が提案されている。
しかしながらこの先行技術5に開示されているものでは、操舵の方向が変化するとき、すなわちハンドル切返しの際に、摩擦トルク方向が反転するため、ステアリング軸反力トルクの微分出力が理論上無限大となり、ローパスフィルタ処理の時定数の演算値が誤った値になるため、正確な路面反力トルク推定値を得ることができないという課題があった。
However, in the technique disclosed in
また、ステアリング軸反力トルク信号は通常高周波のノイズ成分を含んでいるため、この微分出力がノイズの影響を大きく受け、正しい時定数の演算値を得られず、正確な路面反力トルク推定値を得ることができないという課題があった。 In addition, since the steering shaft reaction force torque signal usually contains a high-frequency noise component, this differential output is greatly affected by noise, and a correct time constant calculation value cannot be obtained, and an accurate road reaction force torque estimation value is obtained. There was a problem of not being able to get.
この出願は、このような先行技術の問題を改善し、ハンドルの切り返しの影響を受けることなく正確な路面反力トルク推定値を得ることができる車両用操舵制御装置を提案するものである。 This application proposes a vehicle steering control device that improves such a problem of the prior art and can obtain an accurate estimated value of the road surface reaction force torque without being affected by turning of the steering wheel.
この発明による車両用操舵制御装置は、運転者により操舵されるハンドルと、このハンドルに連結されたステアリング軸と、このステアリング軸に結合され運転者による操舵トルクを補助するアシストトルクを発生するアシストモータとを有するステアリング機構を備えた車両用操舵制御装置であって、路面反力トルクに基づいて前記ステアリング軸に作用するステアリング軸反力トルクに応じたステアリング軸反力トルク信号を発生する信号出力手段と、前記運転者による操舵の方向が変化したことを検出するハンドル切返し検出手段と、前記ステアリング軸反力トルク信号をフィルタするローパスフィルタ手段と、このローパスフィルタ手段の時定数を演算する時定数演算手段とを有し、前記時定数演算手段が、前記ステアリング軸反力トルク信号の微分出力と、前記ステアリング機構の摩擦トルクを表す摩擦トルク信号と、前記ハンドル切返し検出手段の出力とに基づき、前記時定数を演算し、前記ローパスフィルタ手段が前記時定数によって前記ステアリング軸反力トルク信号をフィルタすることにより路面反力トルクの推定値を演算することを特徴とするものである。 A vehicle steering control device according to the present invention includes a steering wheel that is steered by a driver, a steering shaft that is coupled to the steering wheel, and an assist motor that is coupled to the steering shaft and generates assist torque that assists the steering torque of the driver. And a signal output means for generating a steering shaft reaction force torque signal corresponding to the steering shaft reaction force torque acting on the steering shaft based on a road surface reaction force torque. A steering wheel turning-back detecting means for detecting that the steering direction of the driver has changed, a low-pass filter means for filtering the steering shaft reaction force torque signal, and a time constant calculation for calculating a time constant of the low-pass filter means And the time constant calculating means includes the steering shaft reaction force The time constant is calculated based on the differential output of the torque signal, the friction torque signal representing the friction torque of the steering mechanism, and the output of the steering wheel return detection means, and the low-pass filter means uses the time constant to calculate the steering shaft. An estimated value of the road surface reaction force torque is calculated by filtering the reaction force torque signal.
この発明による車両用操舵制御装置では、ハンドル切返しを検出し、ハンドル切返し状態の際に演算された時定数を補正するので、ハンドル切返しの際に、摩擦トルク方向の反転による影響を受けることなく精度良い路面反力トルク推定値を得ることができる。
また、ステアリング軸反力トルク信号の微分出力をノイズ周波数成分を除去した状態で得られるため、ノイズの影響を受けることなく、精度良い路面反力トルク推定値を得ることができる。
In the steering control device for a vehicle according to the present invention, the steering wheel return is detected and the time constant calculated when the steering wheel is turned back is corrected. Therefore, the accuracy is not affected by the reversal of the friction torque direction when the steering wheel is turned back. A good estimated value of road surface reaction torque can be obtained.
Further, since the differential output of the steering shaft reaction force torque signal can be obtained with the noise frequency component removed, an accurate road surface reaction force torque estimated value can be obtained without being affected by noise.
以下、この発明による車両用操舵制御装置のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。 Several embodiments of a vehicle steering control device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による車両用操舵装置の制御装置の全体構成を示す。この実施の形態1は、自動車に搭載される電動式パワーステアリング制御装置である。この実施の形態1による車両用操舵制御装置は、ステアリング機構10を有し、このステアリング機構10は、運転者により操舵されるハンドル1と、このハンドル1に連結されたステアリング軸2と、ステアリング軸2の回動をタイヤ7に伝達するステアリングギヤボックス3と、ステアリング軸2に加わるトルクを検出するトルクセンサ4と、運転者による操舵トルクを補助するアシストトルクを発生するアシストモータ5と、ラックとピニオン機構6とを含んでいる。
FIG. 1 shows the overall configuration of a control device for a vehicle steering system according to
図1において、ハンドル1は自動車の運転者が操舵する自動車のステアリングハンドルであり、ステアリング軸2の上端に連結されている。ハンドル1には運転者による操舵トルクThdlが加えられ、この操舵トルクThdlはステアリング軸2に伝達される。トルクセンサ4はステアリング軸2に結合され、操舵トルクThdlに応じた操舵トルク検出信号Thdl(s)を発生する。アシストモータ5は電気モータであり、これもステアリング軸2に減速ギヤを介して結合され、ステアリング軸2に操舵トルクThdlをアシストするアシストトルクTassistを与える。
In FIG. 1, a
ステアリングギヤボックス3はステアリング軸2の下端に設けられる。ステアリング軸2に与えられる操舵トルクThdlとアシストトルクTassistとを加え合わせた合成トルクが、ステアリングギヤボックス3を通じて数倍にされ、ラックとピニオン機構6を通じて、タイヤ7を操作する。
The
実施の形態1の全体的な動作について説明する。
図1の制御装置は、ステアリング機構10に電気的に組み合わされたEPS(Electric PowerSteering)用制御ユニット8を有する。この制御ユニット8には、トルクセンサ4からの操舵トルク検出信号Thdl(s)と、アシストモータ5からのモータ駆動電流検出信号Imtr(s)と、モータ駆動電圧検出信号Vmtr(s)とが入力される。この制御ユニット8は、アシストモータ5に対して、制御信号Imtr(t)を供給する。この制御信号Imtr(t)は、アシストモータ5に対する駆動電流目標である。
The overall operation of the first embodiment will be described.
The control device of FIG. 1 has an EPS (Electric Power Steering)
図1において、符号Talignはタイヤ7に与えられる路面反力トルクであり、Ttranはこの路面反力トルクTalignに基づき、ステアリング軸2に作用するステアリング軸反力トルクである。ステアリング軸反力トルクTtranは、ステアリング軸2に換算された路面反力トルクである。Tfrpはステアリング機構10の摩擦トルクであり、アシストモータ5における摩擦トルクTmfricを除くステアリング機構10の摩擦トルクとする。
In FIG. 1, symbol Talign is a road surface reaction force torque applied to the
図1に示す電動式パワーステアリング制御装置は、運転者がハンドル1を切った時の操舵トルクThdlをトルクセンサ4で操舵トルク検出信号Thdl(s)として検出し、その操舵トルク検出信号Thdl(s)に応じて、操舵トルクThdlを補助するアシストトルクTassistを発生させることを主な機能とする。制御ユニット8は、アシストモータ5の駆動電流Imtrを検出した検出信号Imtr(s)と、アシストモータ5の駆動電圧Vmtrを検出した検出信号Vmtr(s)と、操舵トルク検出信号Thdl(s)とに基づき、アシストトルクTassistを発生するための制御信号Imtr(t)を演算し、この制御信号Imtr(t)をアシストモータ5に供給する。
The electric power steering control device shown in FIG. 1 detects the steering torque Thdl when the driver turns the
力学的には、操舵トルクThdlとアシストトルクTassistの和が、ステアリング軸反力トルクTtranに抗してステアリング軸2を回転させる。また、ハンドル1を回転させる時には、アシストモータ5の慣性項も作用するので、ステアリング軸反力トルクTtranは、次式(1)で与えられる。
Ttran=Thdl+Tassist−J×dω/dt (1)
ただし、アシストモータ5の慣性トルクをJ×dω/dtとする。
Dynamically, the sum of the steering torque Thdl and the assist torque Tassist rotates the
Ttran = Thdl + Tassist−J × dω / dt (1)
However, the inertia torque of the
またアシストモータ5によるアシストトルクTassistは、次式(2)で与えられる。
Tassist=Ggear×Kt×Imtr (2)
ただし、Ggearはアシストモータ5とステアリング軸2との間の減速ギヤのギア比である。
The assist torque Tassist by the
Tassist = Ggear × Kt × Imtr (2)
Here, Ggear is the gear ratio of the reduction gear between the
また、ステアリング軸反力トルクTtranは、路面反力トルクTalignとステアリング機構10内の全摩擦トルクTfricとの和であり、次式(3)で与えられる。
Ttran=Talign+Tfric
=Talign+(Ggear×Tmfric+Tfrp) (3)
ただし、Tmfricはアシストモータ5における摩擦トルク、Tfrpはこのアシストモータ5における摩擦トルクTmfricを除く、ステアリング機構10の摩擦トルクであり、Ggear×Tmfric+Tfrp=Tfricである。
The steering shaft reaction force torque Ttran is the sum of the road surface reaction force torque Talign and the total friction torque Tfric in the
Ttran = Talign + Tfric
= Talign + (Ggear × Tmfric + Tfrp) (3)
However, Tmfric is the friction torque in the
電動式パワーステアリング制御装置の制御ユニット8は、アシストモータ5の駆動電流Imtrに対する目標値を演算して制御信号Imtr(t)を発生する。この制御信号Imtr(t)に対して、アシストモータ5の実際の駆動電流Imtrが一致するように電流制御がなされて、アシストモータ5は駆動電流値にトルク定数とギア比(モータ5からステアリング軸2間)を乗じた所定のトルクを発生し、運転者が操舵する時の操舵トルクThdlをアシストする構成となっている。
The
次に、ローパスフィルタ動作を用いた路面反力トルクの推定について説明する。
まず、操舵は、カーブ、レーンチェンジ等様々な場面で実施されるが、それらの操舵パターンは、所定時間内の範囲においては一定速度のランプ状とみなす。その場合の路面反力トルクTalignの時間変化率をTgradとすると、路面反力トルクTalignおよびステアリング軸反力トルクTtranは、それぞれ次式(4)(5)のようになる。ここで、sはラプラス変換変数である。
Talign=Tgrad/s2 (4)
Ttran=Tgrad/s2+{(Ggear×Tmfric+Tfrp)/s} (5)
Next, estimation of the road surface reaction torque using the low-pass filter operation will be described.
First, steering is performed in various scenes such as a curve and a lane change, and the steering pattern is regarded as a ramp having a constant speed within a predetermined time range. In this case, when the time change rate of the road surface reaction torque Talign is Tgrad, the road surface reaction torque Talign and the steering shaft reaction torque Ttran are expressed by the following equations (4) and (5), respectively. Here, s is a Laplace transform variable.
Talign = Tgrad / s 2 (4)
Ttran = Tgrad / s 2 + {(Ggear × Tmfric + Tfrp) / s} (5)
ここで、ステアリング軸反力トルクTtranに比例する信号をローパスフィルタ動作によりフィルタして得られる路面反力トルク推定値Talign-estは次の式(6)で与えられる。
Talign-est=Ttran×1/(τest×s+1)
=[Tgrad/s2+{(Ggear×Tmfric+Tfrp)/s}]×1/(τest×s+1) (6)
Here, the road surface reaction force torque estimated value Talign-est obtained by filtering a signal proportional to the steering shaft reaction force torque Ttran by a low-pass filter operation is given by the following equation (6).
Talign-est = Ttran × 1 / (τest × s + 1)
= [Tgrad / s 2 + {(Ggear × Tmfric + Tfrp) / s}] × 1 / (τest × s + 1) (6)
このとき、推定すべき状態量である路面反力トルクTalignと路面反力推定値Talign-estとの推定誤差E(s)は、次式(7)となる。
E(s)= Tgrad/s2−{Tgrad/s2+(Ggear×Tmfric+Tfrp)/s}
×{1/(τest×s+1)}
={Tgrad×τest−(Ggear×Tmfric+Tfrp)}/s{(τest×s+1) (7)
At this time, the estimation error E (s) between the road surface reaction force torque Talign and the road surface reaction force estimated value Talign-est, which are state quantities to be estimated, is expressed by the following equation (7).
E (s) = Tgrad / s 2 − {Tgrad / s 2 + (Ggear × Tmfric + Tfrp) / s}
× {1 / (τest × s + 1)}
= {Tgrad × τest− (Ggear × Tmfric + Tfrp)} / s {(τest × s + 1) (7)
したがって、ローパスフィルタ動作の時定数τestが次式(8)で表わせるときに、推定誤差E(s)が0となる。
τest={Ggear×Tmfric+Tfrp}/Tgrad (8)
Therefore, when the time constant τest of the low-pass filter operation can be expressed by the following equation (8), the estimation error E (s) becomes zero.
τest = {Ggear × Tmfric + Tfrp} / Tgrad (8)
ここで、理論上は、路面反力トルクTalignの時間変化率Tgradは、ステアリング軸反力トルクの時間変化率と等価であるので、次式(9)で表わされる。
Tgrad=dTalign/dt=dTtran/dt (9)
Theoretically, the time change rate Tgrad of the road surface reaction torque Talign is equivalent to the time change rate of the steering shaft reaction torque, and is expressed by the following equation (9).
Tgrad = dTalign / dt = dTtran / dt (9)
したがって、次式(10)によりローパスフィルタ動作の時定数τestの最適値が定まる。
τest=(Ggear×Tmfric+Tfrp)/(dTalign/dt)
=(Ggear×Tmfric+Tfrp)/(dTtran/dt) (10)
最適な路面反力トルク推定値Talign-estは、式(10)で与えられる最適なローパスフィルタ動作の時定数τestを用いて、ステアリング軸反力トルクTtranに比例する信号をローパスフィルタすることにより得られる。
Therefore, the optimum value of the time constant τest of the low-pass filter operation is determined by the following equation (10).
τest = (Ggear × Tmfric + Tfrp) / (dTalign / dt)
= (Ggear × Tmfric + Tfrp) / (dTtran / dt) (10)
The optimum road reaction force torque estimated value Talign-est is obtained by low-pass filtering a signal proportional to the steering shaft reaction force torque Ttran using the optimum low-pass filter operation time constant τest given by the equation (10). It is done.
図2は実施の形態1における制御ユニット8とアシストモータ5の制御回路20を示すブロック図である。制御ユニット8は鎖線によりブロック8で示される。この制御ユニット8は、車速検出器11と、操舵トルク検出器12と、モータ速度検出器13と、モータ加速度検出器14と、路面反力トルク検出器30と、アシストトルク決定ブロック16と、モータ電流決定器17とを含んでいる。
FIG. 2 is a block diagram illustrating the
車速検出器11は、車速Vを受けて車速信号V(s)を出力する。操舵トルク検出器12は、トルクセンサ4を含み、操舵トルクThdlを受けて操舵トルク検出信号Thdl(s)を出力する。モータ速度検出器13は、アシストモータ5の駆動電圧信号Vmtr(s)を受けてモータ速度信号Smtr(s)を出力する。モータ加速度検出器14は、モータ速度信号Smtr(s)を微分してモータ加速度信号Amtr(s)を出力する。
The
路面反力トルク検出器30は、ステアリング軸反力トルクTtranを受けて、路面反力トルク推定値Talign-estを出力する。アシストトルク決定ブロック16は、車速信号V(s)と、操舵トルク信号Thdl(s)と、路面反力トルク推定値Talign-estと、モータ速度信号Smtr(s)と、モータ加速度信号Amtr(s)とを受けて、アシストモータ5が発生するアシストトルクTassistに対応するアシストトルク信号Tassist(s)を発生する。モータ電流決定器17は、アシストトルク信号Tassist(s)を受けて、アシストトルクTassistを発生するためのモータ駆動電流に対する電流目標値Imtr(t)を出力する。
The road surface reaction
アシストモータ5の制御回路20は、アシストモータ5に内蔵されており、比較器21と、モータ駆動器22と、モータ電流検出器23を含んでいる。モータ電流検出器23は、アシストモータ5の実際の駆動電流Imtrに相当するモータ駆動電流信号Imtr(s)を出力する。比較器21は、電流目標値Imtr(t)と、モータ駆動電流信号Imtr(s)を比較する。モータ駆動器22は、電流目標値Imtr(t)と、駆動電流信号Imtr(s)との差を0とするように、アシストモータ5を駆動する。
The
図3はアシストトルク決定ブロック16の詳細を示すブロック図である。アシストマップ補償器161は車速検出器11の出力V(s)と、操舵トルク検出器12の出力Thdl(s)を受けて、アシストマップ補償トルクmap(s)を出力する。ダンピング補償器162は車速検出器11の出力V(s)と、モータ速度検出器13の出力Smtr(s)を受けて、ダンピング補償量トルクdamp(s)を出力する。慣性補償器163は車速検出器11の出力V(s)と、モータ加速度検出器14の出力Amtr(s)を受けて、慣性補償トルクiner(s)を出力する。戻し補償器164は車速検出器11の出力V(s)と、路面反力トルク検出器30の出力Talign-estを受けて、戻し補償トルクret(s)を出力する。また加算器165はアシストマップ補償器161の出力map(s)と、ダンピング補償器162の出力damp(s)と、慣性補償器163の出力iner(s)と、戻し補償器164の出力ret(s)を受けて、アシストトルクTassist(s)を出力する。
ここでそれぞれの補償器は、基本的には車速と各々の入力とで決定されるマップとなっており、各々の補償器で補償量を決定し、それぞれの出力を加算器165で加算してアシストトルク信号Tassist(s)を決定するようになっている。
FIG. 3 is a block diagram showing details of the assist
Here, each compensator is basically a map determined by the vehicle speed and each input. Each compensator determines a compensation amount and each output is added by an
図4は路面反力トルク検出器30の詳細を示すブロック図である。この路面反力トルク検出器30は、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)を出力する信号出力手段31と、路面反力トルク推定値Talign-estを演算する路面反力トルク演算手段32を有する。信号出力手段31は例えばステアリング軸2に設けられたロードセルなどの検出手段であり、ステアリング軸反力トルクTtranを受けて、それに比例するステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)を出力する。
FIG. 4 is a block diagram showing details of the road surface reaction
路面反力トルク演算手段32は、微分演算器33と、アシストモータ5の摩擦トルクTmfricに応じた摩擦トルク信号Tmfric(s)を発生する第1の摩擦トルク信号器34と、アシストモータ5を除くステアリング機構10の摩擦トルクTfrpに相当する摩擦トルク信号Tfrp(s)を発生する第2の摩擦トルク信号器35と、ローパスフィルタ動作の時定数τestを演算する時定数演算器36と、ローパスフィルタ手段37と、切返し判定器38とを含んでいる。
The road surface reaction force torque calculation means 32 excludes the
ここで摩擦トルク信号Tmfric(s)、摩擦トルク信号Tfrp(s)は、あらかじめ測定した値の定数(固定値)として制御ユニットECU8のメモリに記憶しておき、演算部36Aが必要に応じメモリから摩擦トルク信号Tmfric(s)、摩擦トルク信号Tfrp(s)を読み出みだすことにより、第1の摩擦トルク信号器34および第2の摩擦トルク信号器35から出力される。
また、ステアリング機構10の摩擦トルク信号Tfrpが、振動によって変化する特性を利用し、車速(振動の量は一般的に車速に応じて変化する)に対する摩擦トルク信号Tfrp(s)の値の2次元マップをECUのメモリに記憶しておく方法もある。
Here, the friction torque signal Tmfric (s) and the friction torque signal Tfrp (s) are stored in the memory of the
Further, the friction torque signal Tfrp of the
微分演算器33は、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)を受けて、その微分出力Ttran(d)を出力する。時定数演算器36に含まれる演算部36Aは、微分出力Ttran(d)と、摩擦トルク信号Tmfric(s)と、摩擦トルク信号Tfrp(s)とを受け、ローパスフィルタ手段37に対する時定数τestを式(10)に基づいて演算し、τest-calとして出力する。補正部36Bは、切返し判定器38の出力に応じて演算部36Aの出力値を補正し、時定数演算器36の演算結果τestとして出力する。ローパスフィルタ手段37は、時定数演算部36の出力である時定数τestによって遮断周波数が決定されるものであり、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)をフィルタして、式(6)に基づいて路面反力トルク推定値Talign-estを出力する。
The
ここで、切返し判定器38の動作について説明する。切返し判定器38に入力されるステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)と路面反力トルク推定値Talign-est、モータの摩擦トルクTmfric(s)、モータ5を除くステアリング機構10の摩擦トルク信号Tfrp(s)の間には式(3)に示す関係がある。図6はサイン波状の操舵を行った際のステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)と路面反力トルク推定値Talign-estの波形を表す図で、横軸は時間(sec)を、縦軸は反力トルク(Nm)を示す。切込み操舵から戻し操舵に変わる際、摩擦トルクの向きが変化し、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)が急変している。切返し判定器38はこの特性を利用し、例えば次の条件を満たす場合に切返しであると判定する。
|Ttran(s)-Talign-est| < Tfric/2 (11)
Here, the operation of the turn-
| Ttran (s) -Talign-est | <Tfric / 2 (11)
この切返し判定に限らず、例えばステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)の微分出力Ttran(d)の値が予め定めたしきい値を超えたときに切返しと判定することも可能である。 For example, it is also possible to determine a return when the value of the differential output Ttran (d) of the steering shaft reaction force torque signal Ttran (s) exceeds a predetermined threshold value.
さらに、モータ5の角速度ωを検出し、ωが予め定めたしきい値を下回ったときに切返しと判定することも可能である。
Further, the angular velocity ω of the
この他にも、様々なドライバがハンドルを切返した状態を検出するための公知の例があるが、本出願の特徴は、切返し状態時に時定数を補正することにあるので、公知の切返し状態検出すべてが適用できるものとする。 In addition to this, there is a known example for detecting a state where various drivers have turned the steering wheel. However, since the feature of the present application is to correct a time constant in the turning state, the known turning state detection is known. All shall be applicable.
ここで、図5は、時定数演算器36に含まれる補正部36Bについて具体的な構成を示すものである。補正部36Bは、演算部36Aの出力値τest-calを切替えるスイッチ41と、予め定めた固定値の時定数τest-fixを記憶したメモリ42を有している。スイッチ41は切返し判定器38の判定出力によって、切返し状態でないと判定されていれば、即ち運転者の操舵状態が切返しでない場合は、演算部36Aの出力τest-calをそのままτestとして出力し、切返し状態と判定された場合は、τestが大きな値となるよう、予め定めた固定値τest-fixをメモリ42から読み出してτestとして出力する。
Here, FIG. 5 shows a specific configuration of the
図2に示す制御ユニット8および図4に示す路面反力トルク検出器30は、マイクロコンピュータを主体にして構成される。ローパスフィルタ手段37も、ハードウェアとしてのローパスフィルタを使用せずに、マイクロコンピュータによって、ローパスフィルタのフィルタ動作と等価な動作を実現する。
The
ステアリング軸反力トルクTtranは、ステアリング軸2にロードセルなどの検出器を取付けることにより検出され、信号出力手段31はステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)を出力するようにしているが、制御ユニット8は、アシストモータ5の駆動電流検出信号Imtr(s)と、操舵トルク検出信号Thdl(s)を受けるように構成され、またモータ加速度信号Amtr(s)を出力するモータ加速度検出器14を有しているので、これらの駆動電流検出信号Imtr(s)、操舵トルク検出信号Thdl(s)およびモータ加速度信号Amtr(s)から、式(1)に基づいてステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)を演算することも可能である。また、操舵トルクThdlとアシストトルクTassistがアシストモータ5の慣性トルクJ×dω/dtに比べ十分大きい場合は、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)を操舵トルクThdlとアシストトルクTassistのみより演算することも可能である。
The steering shaft reaction torque Ttran is detected by attaching a detector such as a load cell to the
次に実施の形態1の動作を図7のフローチャートに基づいて説明する。この図7は、スタートとエンドの間に、ステップS101からS108を含んでいる。まずステップS101では、ステアリング軸反力トルク信号出力手段31からのステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)を、制御ユニット8を構成するマイクロコンピュータのメモリに読み込む。次のステップS102では、微分演算器33により、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)の微分出力Ttran(d)を演算する。
Next, the operation of the first embodiment will be described based on the flowchart of FIG. FIG. 7 includes steps S101 to S108 between the start and the end. First, in step S101, the steering shaft reaction force torque signal Ttran (s) from the steering shaft reaction force torque signal output means 31 is read into the memory of the microcomputer constituting the
次のステップS103では、微分演算器33からの微分出力Ttran(d)と、第1の摩擦トルク信号器34からの摩擦トルク信号Tmfric(s)と、第2の摩擦トルク信号器35からの摩擦トルク信号Tfrp(s)とに基づき、時定数演算器36において、式(10)にしたがってローパスフィルタ動作の時定数τestを演算する。次のステップS104では、運転者の操舵状態が切返し状態であるかどうかを判定し、切返し状態でなければ、ステップS105によってステップS103で演算した結果をローパスフィルタの時定数τestとして設定する。切返し状態であると判定された場合は、ステップS106によって予め定めた固定値をローパスフィルタの時定数τestとして設定する。ステップS107では、ローパスフィルタ手段37において、時定数演算手段36からの時定数τestを用い、ステアリング軸反力トルク信号出力手段31からのステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)をローパスフィルタすることにより、ステップS108で路面反力トルク推定値Talign-estを出力する。
In the next step S103, the differential output Ttran (d) from the
以上のようにして得られる路面反力トルク推定値の時間応答波形を図8に示す。単純にステアリング軸反力トルクの微分値を用いた先行技術5の手法では、ハンドル切り返しを考慮していないために、ハンドル切り返し時にステアリング軸反力トルクTtran(s)の微分値であるTran(d)が大きな値となり、正しい時定数τestが演算されず結果として正確な路面反力トルク推定値Talign-estが得られないという課題があった。本実施例はこのような課題を解決するものであり、ハンドル切り返し状態時にτestの時定数を大きくとることにより、正確な路面反力トルク推定値を得るものである。
FIG. 8 shows a time response waveform of the road surface reaction torque estimation value obtained as described above. In the technique of
以上のように実施の形態1は、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)をローパスフィルタ手段37によりフィルタすることによって、路面反力トルク推定値Talign-estを得るものにおいて、ローパスフィルタ手段37の時定数τestを、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)の微分出力Ttran(d)と、ステアリング機構10の摩擦トルク信号Tfricとに基づいて演算するので、路面反力トルクTtranとハンドルの操舵角との比を測定する必要がなくなり、この測定に伴う工数を削減できるほか、同じ車種であっても車のグレードの変化などにより自動車の前軸荷重が変わる場合などでも、路面反力トルクとハンドルの操舵角との比を測定し直す必要がなく、効果的に路面反力トルク推定値Talign-estを得て、効果的な操舵制御を実現することができる。また、路面反力トルクとハンドルの操舵角との比のような固定値を用いた演算でないため、滑りやすい路面においても精度良く路面反力を推定することができる。
As described above, the first embodiment obtains the road surface reaction force torque estimated value Talign-est by filtering the steering shaft reaction force torque signal Ttran (s) by the low pass filter means 37. Since the time constant τest is calculated based on the differential output Ttran (d) of the steering shaft reaction force torque signal Ttran (s) and the friction torque signal Tfric of the
また、ハンドル切返しを検出し、ハンドル切返し状態の際に演算された時定数を補正するので、ハンドル切返しの際に、摩擦トルク方向の反転による影響を受けることなく精度良い路面反力トルク推定値を得ることができる。 In addition, since the steering wheel return is detected and the time constant calculated when the steering wheel is turned back is corrected, an accurate estimated value of the road reaction force torque can be obtained without being affected by the reversal of the friction torque direction when the steering wheel is turned back. Obtainable.
実施の形態2.
実施の形態1は、ローパスフィルタ手段37における時定数τestを、式(10)に従って演算し、切返し判定器38の判定出力によって、切返し状態でないと判定されていれば、時定数演算手段36の演算部36Aの出力をそのまま出力し、切返し状態と判定されれば、予め定めた値を出力するように、補正部36Bが出力値を補正するが、この実施の形態2は、実施の形態1とは異なる補正の方法について説明する。
In the first embodiment, the time constant τest in the low-
図9は実施の形態2による時定数演算手段36の補正部36Bの構成を示す図である。補正部36Bは、演算部36Aの出力値τest-calを切替えるスイッチ71を有し、スイッチ71は切返し判定器38の判定出力によって、切返し状態でないと判定されていれば、時定数演算手段36の演算部36Aの出力τest-calをそのままτestとして出力し、切返し状態と判定されれば、τestが大きな値となるよう、予め定めたゲインKを乗じた値τest-cal*Kをτestとして出力する。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of the
以上のように実施の形態2による車両用操舵制御装置は、ステアリング軸反力トルクの微分値に応じた時定数にすることが可能であり、連続的に時定数を演算できるため、ハンドル切返しの際に、摩擦トルク方向の反転による影響を受けることなく精度良い路面反力トルク推定値を得ることができる。 As described above, the vehicle steering control apparatus according to the second embodiment can set the time constant according to the differential value of the steering shaft reaction force torque and can continuously calculate the time constant. In this case, it is possible to obtain an accurate estimated value of the road surface reaction force torque without being affected by the reversal of the friction torque direction.
実施の形態3.
図10は実施の形態3による時定数演算手段36と切返し判定器38の構成を示すブロック図である。
切返し判定器38は、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)と路面反力トルク推定値の前回値Talign-estとの差Ttran(s)−Talign-estを出力するブロックとして構成する。時定数演算手段36の補正部36Bは、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)と路面反力トルク推定値Talign-estの差の大きさに応じて切替るスイッチ81と、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)と路面反力トルク推定値Talign-estの差に応じたマップ82によって構成される。
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the time constant calculating means 36 and the turn-
The
例えば、スイッチ81は、切返し判定器の出力Ttran(s)−Talign-estが式(11)を満たすときに切替るものとすると、マップ82はTtran(s)−Talign-est=Tfric/2の時を最小値として、Ttran(s)−Talign-estが0に近づくほど大きくなるように設定するものが考えられる。
For example, if the
図10のように構成することにより、ハンドルの切返し前までにおいては、演算部36Aの出力τest-calをτestとして出力し、ハンドルの切返し時においては、摩擦の方向が変化するために生じるTtran(s)−Talign-estの大きさの変化に応じてτestが出力される。
With the configuration as shown in FIG. 10, the output τest-cal of the
以上のように実施の形態3による車両用操舵制御装置は、ハンドル切返し状態に応じて、演算された時定数を補正するので、ハンドル切返しの際に、摩擦トルク方向の反転による影響を受けることなく精度良い路面反力トルク推定値を得ることができる。 As described above, the vehicle steering control apparatus according to the third embodiment corrects the calculated time constant according to the steering wheel return state, and thus is not affected by the reversal of the friction torque direction when the steering wheel is turned back. An accurate road surface reaction torque estimation value can be obtained.
実施の形態4.
図11は、実施の形態4による微分演算器33の具体的な構成を示すブロック図である。実施の形態4における微分演算器33は、位相を90°進めるという微分特性と同様の特性をもつハイパスフィルタ91を含む。このとき例えば操舵周波数の上限付近を遮断周波数にもつハイパスフィルタを用いることで、操舵周波数帯域において微分の特性を実現することができ、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)からステアリング軸反力トルク信号の微分出力Ttran(d)を得ることができる。
FIG. 11 is a block diagram showing a specific configuration of the
以上のように実施の形態4による車両用操舵制御装置は、ステアリング軸反力トルクの微分器をハイパスフィルタで実現することができ、マイクロコンピュータによって本発明による車両用操舵制御装置を実現する際の演算数を削減することができるので、より安価なマイクロコンピュータを使用することができるようになる。また、ハイパスフィルタの遮断周波数を設定することができるので、必要とする周波数帯域に限って位相を進めることができるようになる。 As described above, the vehicle steering control device according to the fourth embodiment can realize the steering shaft reaction force torque differentiator with a high-pass filter, and can realize the vehicle steering control device according to the present invention using a microcomputer. Since the number of operations can be reduced, a cheaper microcomputer can be used. In addition, since the cutoff frequency of the high-pass filter can be set, the phase can be advanced only in the required frequency band.
なお、実施の形態4では、ハイパスフィルタによってステアリング軸反力トルクの微分出力を求めたが、特定の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタを用いても同様の効果が得られる。 In the fourth embodiment, the differential output of the steering shaft reaction force torque is obtained by the high-pass filter. However, the same effect can be obtained by using a band-pass filter that passes a specific frequency band.
実施の形態5.
図12は、実施の形態5による微分演算器33の具体的な他の構成を示すブロック図である。実施の形態5における微分演算器33は、入力信号に対し一定の時間遅延させた後その信号を出力させる遅延器101と、2つの入力信号からその傾きを演算する演算器102を含む。
FIG. 12 is a block diagram showing another specific configuration of the
ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)は、演算器102および遅延器101に入力される。遅延器101では一定時間その信号を遅延し、Ttran(delay)として出力し、演算器102のもう1つの入力となる。演算器102ではステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)と、一定時間前のステアリング軸反力トルク信号Ttran(delay)の勾配を式(13)から求め、ステアリング軸反力トルク信号の微分出力Ttran(d)として出力する。
(Ttran(s)−Ttran(delay))/ 遅延時間 = Ttran(d) (13)
The steering shaft reaction force torque signal Ttran (s) is input to the
(Ttran (s) -Ttran (delay)) / delay time = Ttran (d) (13)
実施の形態5による微分演算器33により、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)の微分時間幅を長くすることができるため、外乱を含むステアリング軸反力トルクTtranが加わっても、外乱を除去したロバストな路面反力トルク推定値Talign-estを得ることができる。
Since the differential time width of the steering shaft reaction force torque signal Ttran (s) can be increased by the
実施の形態6.
図13は、実施の形態6による微分演算器33の具体的な更に他の構成を示すブロック図である。実施の形態6は入力信号に対し一定の時間遅延させる手段が実施の形態5における微分演算器33と異なる。図13の微分演算器33は、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)を発振器103から出力される所定周波数の信号に基づいてサンプリングするサンプリング回路104と、このサンプリング回路104によってサンプリングされたステアリング軸反力トルク信号を記憶するバッファ装置105と、あらかじめ設定されたタイミングでバッファ装置105に記憶された信号を読み出すタイミング制御回路106と、サンプリング手段104によってサンプリングされたステアリング軸反力トルク信号の今回値と、所定時間前にバッファ装置105によって記憶されたステアリング軸反力トルク信号の前回値とを用いて、その変化率を演算することにより、ステアリング軸反力トルク信号の微分出力を得る演算器107を含む。
FIG. 13 is a block diagram showing still another specific configuration of the
サンプリングされたステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)は、演算器107およびバッファ装置105に入力される。バッファ装置105に記憶されたステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)は一定時間後にタイミング制御回路106からの信号により読み出され、その遅延された信号Ttran(delay)が出力され、演算器107のもう1つの入力となる。演算器107では今回値のステアリング軸反力トルク信号Ttran(sample)と、一定時間前のステアリング軸反力トルク信号Ttran(delay)の勾配を式(14)から求め、ステアリング軸反力トルク信号の微分出力Ttran(d)として出力する。
(Ttran(sample)−Ttran(delay))/遅延時間 = Ttran(d) (14)
The sampled steering shaft reaction force torque signal Ttran (s) is input to the
(Ttran (sample) -Ttran (delay)) / delay time = Ttran (d) (14)
実施の形態6による微分演算器33も実施の形態5と同様に、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)の微分時間幅を長くすることができるため、外乱を含むステアリング軸反力トルクTtranが加わっても、外乱を除去したロバストな路面反力トルク推定値Talign-estを得ることができる。
Similarly to the fifth embodiment, the
実施の形態7.
図14は、実施の形態7による車両用操舵制御装置の構成の一部を示すブロック図である。図14において、実施の形態1における時定数演算器36の補正部36Bの出力端にローパスフィルタ111を接続したものである。ローパスフィルタ111により、時定数演算器36の出力を平滑化することができるようになるため、例えば実施の形態1における補正部36Bがスイッチ41で実現されているような場合に、スイッチ41の切替えによって、出力値がτest-calからτest-fixに急変することを抑制して平滑に出力値τestが変化するようになる。
FIG. 14 is a block diagram showing a part of the configuration of the vehicle steering control apparatus according to the seventh embodiment. In FIG. 14, a low-
以上のように実施の形態7による車両用操舵制御装置は、時定数の急変をさらに抑制する手段を含むので、ハンドル切返し状態の際に演算された時定数をより平滑に補正し、ハンドル切返しの際に、摩擦トルク方向の反転による影響を受けることなく精度良い路面反力トルク推定値を得ることができる。 As described above, the vehicle steering control apparatus according to the seventh embodiment includes means for further suppressing a sudden change in the time constant, so that the time constant calculated in the steering wheel turning-back state is corrected more smoothly, In this case, it is possible to obtain an accurate estimated value of the road surface reaction force torque without being affected by the reversal of the friction torque direction.
尚、実施の形態7においては、実施の形態1で示した時定数演算器36の補正部36Bを用いて実施の例を述べたが、他の実施の形態において同様の平滑化手段を実施しても、その効果は変わらない。
In the seventh embodiment, the example of using the
この発明による車両用操舵制御装置は、例えば自動車のパワーステアリング制御装置として、利用することができる。 The vehicle steering control device according to the present invention can be used, for example, as a power steering control device for an automobile.
1:ハンドル 2:ステアリング軸
3:ステアリングギアボックス 4:トルクセンサ
5:アシストモータ 6:ラックとピニオン機構
7:タイヤ 8:制御ユニット
10:ステアリング機構 11:車速検出器
12:操舵トルク検出器 13:モータ速度検出器
14:モータ加速度検出器 16:アシストトルク決定ブロック
17:モータ電流決定器 20:モータ制御回路
21:比較器 22:モータ駆動器
23:モータ電流検出器 30:路面反力検出器
31:ステアリング軸反力トルク信号検出器 32:路面反力トルク演算手段
33:微分演算器 34、35:摩擦トルク信号器
36、36A、36B:時定数演算器 37、111:ローパスフィルタ手段
38:切返し判定器 41、71、81:スイッチ
82:マップ 91:ハイパスフィルタ手段
101:遅延器 102、107:演算器
103:発振器 104:サンプリング回路
105:バッファ装置 106:タイミング制御回路
1: Steering wheel 2: Steering shaft 3: Steering gear box 4: Torque sensor 5: Assist motor 6: Rack and pinion mechanism 7: Tire 8: Control unit 10: Steering mechanism 11: Vehicle speed detector 12: Steering torque detector 13: Motor speed detector 14: Motor acceleration detector 16: Assist torque determination block 17: Motor current determiner 20: Motor control circuit 21: Comparator 22: Motor driver 23: Motor current detector 30: Road reaction force detector 31 : Steering shaft reaction force torque signal detector 32: Road surface reaction torque calculation means 33:
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