JP7322766B2

JP7322766B2 - Power steering controller, power steering control method, program, and automatic steering system

Info

Publication number: JP7322766B2
Application number: JP2020049514A
Authority: JP
Inventors: 元哉鈴木
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2023-08-08
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: JP2021146912A

Description

本発明は、パワーステアリング制御装置、パワーステアリングの制御方法、プログラム、および自動操舵システムに関する。 The present invention relates to a power steering control device, a power steering control method, a program, and an automatic steering system.

従来、パワーステアリング装置および自動操舵システムが搭載されている車両が知られている。自動操舵システムにおいては、運転手がハンドルを操作しているハンズオン状態であるか否かを判定することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、パワーステアリング装置においては、運転手が操作している場合の入力トルクを推定する装置等が知られている（例えば、特許文献２を参照）。 Vehicles equipped with a power steering device and an automatic steering system are conventionally known. In an automatic steering system, it is known to determine whether or not the driver is in a hands-on state in which the driver is operating the steering wheel (see Patent Document 1, for example). Also, in the power steering system, there is known a device for estimating the input torque when the driver is operating the power steering system (see, for example, Patent Document 2).

特開２０１７－１１４３２４号公報JP 2017-114324 A 特開２００２－１５４４５０号公報JP-A-2002-154450

自動操舵システムは、運転手がステアリングホイールに力を付与した場合に、自動操舵を手動操舵に適切に切り換えられることが望ましく、より正確に運転手の入力トルクを推定できることが望ましい。また、自動操舵システムは、運転手がステアリングホイールの良好な操舵フィーリングを得られるように、正確な運転手の入力トルクをより高速に推定して、高速にフィードバック制御できることが望ましい。 It is desirable that the automatic steering system be able to appropriately switch from automatic steering to manual steering when the driver applies force to the steering wheel, and that it be possible to more accurately estimate the driver's input torque. In addition, it is desirable that the automatic steering system be capable of estimating accurate driver input torque at a higher speed and performing feedback control at a higher speed so that the driver can obtain a good steering feeling with the steering wheel.

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、運転手がステアリングホイールを操作している場合の入力トルクを高速かつ正確に推定できるようにすることを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of these points, and it is an object of the present invention to enable fast and accurate estimation of the input torque when the driver is operating the steering wheel.

本発明の第１の態様においては、車両のステアリングホイールにかかる操舵トルクを前記車両のパワーステアリングから取得するトルク取得部と、前記ステアリングホイールの操舵角を前記パワーステアリングから取得する操舵角取得部と、観測ノイズおよびシステムノイズに基づくイノベーションゲインを含み、前記ステアリングホイールの運動方程式から変換された状態方程式に前記操舵トルクおよび前記操舵角を適用した方程式を算出する方程式算出部と、算出された前記方程式を解くことにより、前記ステアリングホイールに加わったドライバ入力トルクの推定値を算出する推定値算出部と、算出された前記ドライバ入力トルクの前記推定値に基づいて、ハンズオン状態とハンズオフ状態とを検知する検知部とを備える、パワーステアリング制御装置を提供する。 In a first aspect of the present invention, a torque acquisition unit that acquires a steering torque applied to a steering wheel of a vehicle from power steering of the vehicle, and a steering angle acquisition unit that acquires a steering angle of the steering wheel from the power steering. , an innovation gain based on observation noise and system noise, an equation calculation unit for calculating an equation by applying the steering torque and the steering angle to the state equation converted from the equation of motion of the steering wheel, and the calculated equation and a hands-on state and a hands-off state are detected based on the calculated estimated value of the driver input torque. A power steering control device comprising a detector.

前記パワーステアリング制御装置は、算出された前記ドライバ入力トルクの前記推定値に基づいて、フィードバック信号を生成するフィードバック部と、前記フィードバック信号と前記ステアリングホイールの目標操舵角とに基づき、前記パワーステアリングのモータを制御する制御部とを更に備えてもよい。 The power steering control device includes: a feedback unit that generates a feedback signal based on the estimated value of the calculated driver input torque; A control unit that controls the motor may be further provided.

前記フィードバック部は、前記検知部の検知結果に対応する前記フィードバック信号を生成する信号生成部を有してもよい。 The feedback section may have a signal generation section that generates the feedback signal corresponding to the detection result of the detection section.

前記フィードバック信号は、前記目標操舵角の修正値、前記パワーステアリングの自動操舵の停止信号、および前記パワーステアリングの自動操舵の開始信号を含んでもよい。 The feedback signal may include a correction value of the target steering angle, a signal for stopping automatic steering of the power steering, and a signal for starting automatic steering of the power steering.

前記方程式算出部は、前記運動方程式から前記操舵トルクおよび前記操舵角のサンプリング時間毎に離散化した前記状態方程式を算出し、前記推定値算出部は、サンプリング時間毎に前記ドライバ入力トルクの前記推定値を算出してもよい。 The equation calculation unit calculates the discretized state equation from the equation of motion for each sampling time of the steering torque and the steering angle, and the estimated value calculation unit calculates the estimation of the driver input torque for each sampling time. value may be calculated.

前記推定値算出部は、前記操舵トルクおよび前記操舵角のサンプリング時間毎に前記方程式算出部が算出した前記方程式を離散化し、サンプリング時間毎に前記ドライバ入力トルクの前記推定値を算出してもよい。 The estimated value calculation unit may discretize the equation calculated by the equation calculation unit for each sampling time of the steering torque and the steering angle, and calculate the estimated value of the driver input torque for each sampling time. .

本発明の第２の態様においては、車両のステアリングホイールにかかる操舵トルクを前記車両のパワーステアリングから取得するステップと、前記ステアリングホイールの操舵角を前記パワーステアリングから取得するステップと、観測ノイズおよびシステムノイズに基づくイノベーションゲインを含み、前記ステアリングホイールの運動方程式から変換された状態方程式に前記操舵トルクおよび前記操舵角を適用した方程式を算出するステップと、前記方程式を解くことにより、前記ステアリングホイールに加わったドライバ入力トルクの推定値を算出するステップと、算出された前記ドライバ入力トルクの前記推定値に基づいて、ハンズオン状態とハンズオフ状態とを検知するステップとを有する、コンピュータが実行する前記パワーステアリングの制御方法を提供する。 In a second aspect of the present invention, a step of obtaining a steering torque applied to a steering wheel of a vehicle from a power steering of the vehicle; obtaining a steering angle of the steering wheel from the power steering; calculating an equation that includes a noise-based innovation gain and applies the steering torque and the steering angle to a state equation transformed from the equation of motion of the steering wheel; and detecting a hands-on state and a hands-off state based on the calculated estimated value of the driver input torque. Provide a control method.

本発明の第３の態様においては、コンピュータにより実行されると、前記コンピュータを第１の態様の前記パワーステアリング制御装置として機能させる、プログラムを提供する。 A third aspect of the present invention provides a program that, when executed by a computer, causes the computer to function as the power steering control device of the first aspect.

本発明の第４の態様においては、車両のステアリングホイールと、前記ステアリングホイールにかかる操舵トルクを検出する第１検出器と、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する第２検出器とを有し、前記車両に搭載されているパワーステアリングと、前記パワーステアリングを制御する、第１の態様の前記パワーステアリング制御装置とを備える、自動操舵システムを提供する。 In a fourth aspect of the present invention, a steering wheel of a vehicle, a first detector that detects a steering torque applied to the steering wheel, and a second detector that detects a steering angle of the steering wheel, An automatic steering system is provided, comprising: a power steering mounted on the vehicle; and the power steering control device of the first aspect for controlling the power steering.

本発明によれば、運転手がステアリングホイールを操作している場合の入力トルクを高速かつ正確に推定できるという効果を奏する。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to accurately estimate an input torque at high speed when a driver is operating a steering wheel.

本実施形態に係る自動操舵システム１０の構成例を示す。1 shows a configuration example of an automatic steering system 10 according to the present embodiment. 本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００の構成例を示す。1 shows a configuration example of a power steering control device 100 according to this embodiment. 本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００の動作フローの一例を示す。An example of the operation flow of the power steering control device 100 according to the present embodiment is shown. ドライバがステアリングホイール２１に付与した入力トルクを示す。The input torque applied to the steering wheel 21 by the driver is shown. 本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００によるドライバ入力トルクの推定結果の一例を示す。An example of the driver input torque estimation result by the power steering control device 100 according to the present embodiment is shown. 比較対象の装置によるドライバ入力トルクの推定結果の一例を示す。An example of the result of estimating the driver input torque by the device to be compared is shown.

＜自動操舵システム１０の構成例＞
図１は、本実施形態に係る自動操舵システム１０の構成例を示す。自動操舵システム１０は、例えば、乗用車、トラック等の車両に搭載されるシステムである。自動操舵システム１０は、車両のパワーステアリング２０と、パワーステアリング制御装置１００とを備える。 <Configuration Example of Automatic Steering System 10>
FIG. 1 shows a configuration example of an automatic steering system 10 according to this embodiment. The automatic steering system 10 is, for example, a system mounted on a vehicle such as a passenger car or truck. The automatic steering system 10 includes a vehicle power steering 20 and a power steering control device 100 .

パワーステアリング２０は、運転手がステアリングホイールをスムーズに操舵できるように、ステアリングホイールの回転動作を補助する。これにより、運転手は、より小さい入力トルクでステアリングホイールを操舵することができる。パワーステアリング２０は、ステアリングホイール２１、モータ２２、ウォーム２３、ウォームホイール２４、第１トーションバー２５、第２トーションバー２６、アクチュエータ２７、車輪２８、第１検出器３１、および第２検出器３２を有する。 The power steering 20 assists the turning motion of the steering wheel so that the driver can steer the steering wheel smoothly. This allows the driver to steer the steering wheel with a smaller input torque. The power steering 20 includes a steering wheel 21, a motor 22, a worm 23, a worm wheel 24, a first torsion bar 25, a second torsion bar 26, an actuator 27, wheels 28, a first detector 31, and a second detector 32. have.

運転手は、環状のステアリングホイール２１を操作することにより車両の進行方向を調整する。ここで、ステアリングホイール２１の角度を操舵角とする。また、運転手がステアリングホイール２１を操作している状態をハンズオン状態とし、ステアリングホイール２１を操作していない状態をハンズオフ状態とする。 The driver adjusts the traveling direction of the vehicle by operating the annular steering wheel 21 . Here, the angle of the steering wheel 21 is assumed to be the steering angle. A state in which the driver is operating the steering wheel 21 is referred to as a hands-on state, and a state in which the driver is not operating the steering wheel 21 is referred to as a hands-off state.

モータ２２は、入力する駆動信号に応じてステアリングホイール２１を駆動する。駆動信号は、例えば、モータ２２に流す電流値を指定する信号である。モータ２２は、ウォーム２３を回転させ、ウォーム２３とかみ合うウォームホイール２４を回転させる。ウォームホイール２４の軸の一方の端部は、第１トーションバー２５を介してステアリングホイール２１に接続されている。 The motor 22 drives the steering wheel 21 according to the input drive signal. The drive signal is, for example, a signal that designates a current value to be supplied to the motor 22 . The motor 22 rotates the worm 23 and rotates the worm wheel 24 meshing with the worm 23 . One end of the shaft of the worm wheel 24 is connected to the steering wheel 21 via a first torsion bar 25 .

ウォームホイール２４の軸の一方の端部とは反対側の端部は、第２トーションバー２６を介してアクチュエータ２７に接続されている。アクチュエータ２７は、ウォームホイール２４から伝わる力に応じて、車輪２８の角度を変更する。アクチュエータ２７は、一例として、油圧アクチュエータである。 An end of the worm wheel 24 opposite to one end of the shaft is connected to an actuator 27 via a second torsion bar 26 . Actuator 27 changes the angle of wheel 28 according to the force transmitted from worm wheel 24 . The actuator 27 is, for example, a hydraulic actuator.

第１検出器３１は、ステアリングホイール２１にかかる操舵トルクを検出する。第１検出器３１は、例えば、第１トーションバー２５に設けられており、第１トーションバー２５の復元力を操舵トルクとして検出する。本実施形態において、第１検出器３１が検出する操舵トルクをＴ_ｈとする。 The first detector 31 detects steering torque applied to the steering wheel 21 . The first detector 31 is provided on, for example, the first torsion bar 25 and detects the restoring force of the first torsion bar 25 as steering torque. In this embodiment, the steering torque detected by the first detector 31 is T _h .

第２検出器３２は、ステアリングホイール２１の操舵角を検出する。第２検出器３２は、例えば、ステアリングホイール２１に設けられており、車両を直進させるステアリングホイール２１の操舵角を基準とした角度を操舵角として検出する。一例として、基準の角度は０度である。これに代えて、第２検出器３２は、モータ２２に設けられていてもよい。この場合、第２検出器３２は、例えば、モータ２２がウォーム２３を回転させている角度を検出し、検出された角度に対応するステアリングホイール２１の角度を操舵角として出力する。本実施形態において、第２検出器３２が検出する操舵角をθ_ｈとする。 A second detector 32 detects the steering angle of the steering wheel 21 . The second detector 32 is provided on the steering wheel 21, for example, and detects the steering angle based on the steering angle of the steering wheel 21 that causes the vehicle to go straight. As an example, the reference angle is 0 degrees. Alternatively, the second detector 32 may be provided on the motor 22 . In this case, the second detector 32 detects, for example, the angle at which the motor 22 rotates the worm 23, and outputs the angle of the steering wheel 21 corresponding to the detected angle as the steering angle. In this embodiment, the steering angle detected by the second detector 32 is _θh .

パワーステアリング制御装置１００は、以上のようなパワーステアリング２０を制御する。パワーステアリング制御装置１００は、入力する目標操舵角と、パワーステアリング２０から取得する操舵トルクおよび操舵角とに基づき、モータ２２を駆動させるための駆動信号をモータ２２に供給する。パワーステアリング制御装置１００は、例えば、車両に搭載されているＥＣＵ（Engine Control Unit）等から目標操舵角の情報を取得する。以上のようなパワーステアリング制御装置１００について、次に説明する。 The power steering control device 100 controls the power steering 20 as described above. The power steering control device 100 supplies a drive signal for driving the motor 22 to the motor 22 based on the input target steering angle and the steering torque and steering angle obtained from the power steering 20 . The power steering control device 100 acquires information on the target steering angle from, for example, an ECU (Engine Control Unit) mounted on the vehicle. Next, the power steering control device 100 as described above will be described.

＜パワーステアリング制御装置１００の構成例＞
図２は、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００の構成例を示す。パワーステアリング制御装置１００は、運転手がハンズオン状態において、運転手によるステアリングホイール２１の操作を補助するようにパワーステアリング２０を制御する。また、パワーステアリング制御装置１００は、運転手がハンズオフ状態において、ステアリングホイール２１の操舵角が入力する目標操舵角となるようにパワーステアリング２０を制御する。パワーステアリング制御装置１００は、トルク取得部１１０と、操舵角取得部１２０と、記憶部１３０と、方程式算出部１４０と、推定値算出部１５０と、フィードバック部１６０と、制御部１７０とを備える。 <Configuration Example of Power Steering Control Device 100>
FIG. 2 shows a configuration example of a power steering control device 100 according to this embodiment. The power steering control device 100 controls the power steering 20 so as to assist the operation of the steering wheel 21 by the driver when the driver is in a hands-on state. Further, the power steering control device 100 controls the power steering 20 so that the steering angle of the steering wheel 21 becomes the input target steering angle when the driver is in a hands-off state. The power steering control device 100 includes a torque acquisition section 110 , a steering angle acquisition section 120 , a storage section 130 , an equation calculation section 140 , an estimated value calculation section 150 , a feedback section 160 and a control section 170 .

トルク取得部１１０は、車両のステアリングホイール２１にかかる操舵トルクを車両のパワーステアリング２０から取得する。トルク取得部１１０は、例えば、第１検出器３１から操舵トルクを取得する。また、トルク取得部１１０は、第１検出器３１が検出してデータベース等に記憶した操舵トルクを、当該データベースから取得してもよい。この場合、トルク取得部１１０は、ネットワークを介して操舵トルクの情報を取得してもよい。 The torque acquisition unit 110 acquires the steering torque applied to the steering wheel 21 of the vehicle from the power steering 20 of the vehicle. The torque acquisition unit 110 acquires the steering torque from the first detector 31, for example. Further, the torque acquisition unit 110 may acquire the steering torque detected by the first detector 31 and stored in a database or the like from the database. In this case, the torque acquisition unit 110 may acquire steering torque information via a network.

操舵角取得部１２０は、ステアリングホイール２１の操舵角をパワーステアリング２０から取得する。操舵角取得部１２０は、例えば、第２検出器３２から操舵角を取得する。また、操舵角取得部１２０は、第２検出器３２が検出してデータベース等に記憶した操舵角を、当該データベースから取得してもよい。この場合、操舵角取得部１２０は、ネットワークを介して操舵角の情報を取得してもよい。 The steering angle acquisition unit 120 acquires the steering angle of the steering wheel 21 from the power steering 20 . The steering angle acquisition unit 120 acquires the steering angle from the second detector 32, for example. Further, the steering angle acquisition unit 120 may acquire the steering angle detected by the second detector 32 and stored in a database or the like from the database. In this case, the steering angle acquisition unit 120 may acquire steering angle information via a network.

記憶部１３０は、取得した操舵トルクおよび操舵角の情報を記憶する。また、記憶部１３０は、パワーステアリング制御装置１００が動作の過程で生成する（または利用する）中間データ、算出結果、閾値、およびパラメータ等を記憶する。記憶部１３０は、例えば、操舵トルクおよび操舵角の値を、取得した時刻に対応付けて記憶する。また、記憶部１３０は、目標操舵角に対応付けて操舵トルクおよび操舵角の値を記憶してもよい。記憶部１３０は、パワーステアリング制御装置１００内の各部の要求に応じて、記憶したデータを要求元に供給してもよい。 The storage unit 130 stores information on the acquired steering torque and steering angle. Further, storage unit 130 stores intermediate data generated (or used) by power steering control device 100 in the process of operation, calculation results, threshold values, parameters, and the like. The storage unit 130 stores, for example, the values of the steering torque and the steering angle in association with the acquired time. Further, the storage unit 130 may store the values of the steering torque and the steering angle in association with the target steering angle. Storage unit 130 may supply the stored data to the request source in response to a request from each unit in power steering control device 100 .

記憶部１３０は、コンピュータがパワーステアリング制御装置１００として動作する場合、パワーステアリング制御装置１００として機能するＯＳ（Operating System）、およびプログラムの情報を格納してもよい。また、記憶部１３０は、当該プログラムの実行時に参照されるデータベースを含む種々の情報を格納してもよい。例えば、コンピュータは、記憶部１３０に記憶されたプログラムを実行することによって、パワーステアリング制御装置１００として機能する。 When a computer operates as power steering control device 100, storage unit 130 may store an OS (Operating System) functioning as power steering control device 100 and program information. Further, the storage unit 130 may store various information including a database that is referred to when executing the program. For example, the computer functions as power steering control device 100 by executing a program stored in storage unit 130 .

記憶部１３０は、例えば、コンピュータ等のＢＩＯＳ（Basic Input Output System）等を格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、および作業領域となるＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。また、記憶部１３０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）および／またはＳＳＤ（Solid State Drive）等の大容量記憶装置を含んでもよい。また、コンピュータは、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等を更に備えてもよい。 The storage unit 130 includes, for example, a ROM (Read Only Memory) that stores a BIOS (Basic Input Output System) of a computer or the like, and a RAM (Random Access Memory) that serves as a work area. The storage unit 130 may also include a large-capacity storage device such as a HDD (Hard Disk Drive) and/or an SSD (Solid State Drive). Also, the computer may further include a GPU (Graphics Processing Unit) or the like.

方程式算出部１４０は、ステアリングホイール２１の運動方程式から変換された状態方程式に操舵トルクおよび操舵角を適用した微分方程式を算出する。ステアリングホイール２１の運動方程式は、一例として、次式のように示される。

The equation calculator 140 calculates a differential equation by applying the steering torque and the steering angle to the state equation converted from the equation of motion of the steering wheel 21 . An equation of motion of the steering wheel 21 is shown as the following equation as an example.

ここで、ドライバ入力トルクをＴ_ｄ、時間をｔとした。また、（数１）式の左辺第１項は慣性項であり、Ｉ_ｈを慣性係数とした。（数１）式の左辺第２項は粘性項であり、Ｃ_ｈを粘性係数とした。（数１）式の左辺には、更に重力項等が加わってもよい。また、Ｔ_ｈの符号が正負反転する場合がある。 Here, the driver input torque is T _d and the time is t. The first term on the left side of Equation (1) is the inertia term, and _Ih is the inertia coefficient. The second term on the left side of Equation (1) is a viscosity term, and _Ch is the viscosity coefficient. A gravitational term or the like may be added to the left side of the equation (1). Also, the sign of T _h may be inverted.

（数１）式に示すような運動方程式は、次式で示す状態方程式に変換することができる。ここで、Ｘ^Ｔは、Ｘの転置行列である。ただし、ドライバ入力トルクは定常値と仮定する。

The equation of motion shown in Equation (1) can be converted into the equation of state shown in the following equation. where X ^T is the transposed matrix of X. However, the driver input torque is assumed to be a steady value.

なお、（数２）式において、ｗは観測ノイズを示し、ｖはシステムノイズを示す。観測ノイズおよびシステムノイズは、例えば、白色雑音等の時変の値として仮定される。もしくはイノベーションゲインＭ導出の設計要素として一定値としてもかまわない。 Note that, in the expression (2), w indicates observation noise, and v indicates system noise. Observation noise and system noise are assumed to be time-varying values, eg, white noise. Alternatively, it may be a constant value as a design element for deriving the innovation gain M.

（数２）式に示す状態方程式は、観測ノイズおよびシステムノイズに基づくイノベーションゲインＭを含む状態方程式として次式のように表現できる。

The state equation shown in formula (2) can be expressed as the following formula as a state equation including innovation gain M based on observation noise and system noise.

方程式算出部１４０は、（数３）式のようにイノベーションゲインＭを含む状態方程式に、車両を運転中に観測された操舵トルクおよび操舵角を代入した方程式を算出する。方程式算出部１４０は、例えば、次式のリカッチ微分方程式を用いてイノベーションゲインＭを算出する。

The equation calculation unit 140 calculates an equation by substituting the steering torque and the steering angle observed while driving the vehicle into the state equation including the innovation gain M as shown in Equation (3). The equation calculation unit 140 calculates the innovation gain M using, for example, the following Riccati differential equation.

ここで、Ｑは観測ノイズｗの共分散行列であり、Ｒはシステムノイズｖの共分散行列である。また、Ｐは誤差の共分散行列である。Ｐが収束するのであれば、（Ａ，Ｄ）が可制御、（Ａ，Ｃ）が可観測、ｗおよびｖが正定となり、方程式算出部１４０は、次式を用いてＰを算出することができ、結果として、次式のようにイノベーションゲインＭを算出できる。本実施の形態ではＱとＲをイノベーションゲインＭ導出の設計要素として、あらかじめ設計者が調整するパラメータとして扱う。

where Q is the covariance matrix of the observation noise w and R is the covariance matrix of the system noise v. Also, P is the error covariance matrix. If P converges, (A, D) is controllable, (A, C) is observable, w and v are positive definite, and the equation calculation unit 140 can calculate P using the following equation. As a result, the innovation gain M can be calculated as follows. In the present embodiment, Q and R are treated as design elements for deriving the innovation gain M and as parameters adjusted in advance by the designer.

そして、方程式算出部１４０は、算出したイノベーションゲインＭを（数３）式に代入して、状態ｘに対する方程式を算出する。 The equation calculation unit 140 then substitutes the calculated innovation gain M into the equation (3) to calculate an equation for the state x.

推定値算出部１５０は、算出された方程式を解くことにより、ステアリングホイール２１に加わったドライバ入力トルクの推定値を算出する。推定値算出部１５０は、例えば、オイラー法等の数値計算により、微分方程式の解を算出する。この場合、推定値算出部１５０は、操舵トルクおよび操舵角のサンプリング時間毎に微分方程式を離散化し、サンプリング時間毎にドライバ入力トルクの推定値を算出することが望ましい。推定値算出部１５０は、状態ｘの解に含まれているドライバ入力トルクＴ_ｄの値を、ドライバ入力トルクの推定値として出力する。 The estimated value calculator 150 calculates an estimated value of the driver input torque applied to the steering wheel 21 by solving the calculated equation. The estimated value calculation unit 150 calculates the solution of the differential equation by numerical calculation such as the Euler method, for example. In this case, the estimated value calculator 150 desirably discretizes the differential equation for each sampling time of the steering torque and steering angle, and calculates the estimated value of the driver input torque for each sampling time. The estimated value calculation unit 150 outputs the value of the driver input torque _Td included in the solution of the state x as an estimated value of the driver input torque.

フィードバック部１６０は、算出されたドライバ入力トルクの推定値に基づいて、フィードバック信号を生成する。フィードバック部１６０は、例えば、ドライバがハンズオン状態か否かを検出し、検出結果に応じたフィードバック信号を生成する。フィードバック部１６０は、検知部１６１と、信号生成部１６２とを有する。 The feedback unit 160 generates a feedback signal based on the calculated estimated value of the driver input torque. The feedback unit 160, for example, detects whether the driver is in a hands-on state and generates a feedback signal according to the detection result. The feedback section 160 has a detection section 161 and a signal generation section 162 .

検知部１６１は、ドライバ入力トルクの推定値に基づいて、車両のドライバがステアリングホイール２１を操作しているハンズオン状態であるか否かを検知する。検知部１６１は、例えば、ドライバ入力トルクの推定値が閾値を超えたことに応じて、ドライバがハンズオン状態であることを検知する。また、検知部１６１は、ドライバ入力トルクの推定値が閾値を超えた状態が予め定められた時間以上継続したことに応じて、ドライバがハンズオン状態であることを検知してもよい。なお、図２において、フィードバック部１６０が検知部１６１を有する例を示したが、フィードバック部１６０と検知部１６１とはパワーステアリング制御装置１００において独立に設けられていてもよい。 The detection unit 161 detects whether or not the driver of the vehicle is in a hands-on state in which the steering wheel 21 is being operated, based on the estimated value of the driver input torque. The detection unit 161 detects that the driver is in the hands-on state, for example, when the estimated value of the driver input torque exceeds the threshold. Further, the detection unit 161 may detect that the driver is in the hands-on state when the estimated value of the driver input torque exceeds the threshold for a predetermined time or longer. Although FIG. 2 shows an example in which feedback section 160 has detection section 161 , feedback section 160 and detection section 161 may be provided independently in power steering control device 100 .

信号生成部１６２は、検知部１６１の検知結果に対応するフィードバック信号を生成する。信号生成部１６２は、例えば、検知部１６１によってドライバのハンズオン状態が検知されたことに応じて、フィードバック信号を生成する。信号生成部１６２は、例えば、ドライバ入力トルクの推定値に応じたフィードバック信号を生成する。また、信号生成部１６２は、検知部１６１がハンズオン状態からハンズオフ状態への切り換え、またはハンズオフ状態からハンズオン状態への切り換えを検知したことに応じて、フィードバック信号を生成してもよい。フィードバック信号は、例えば、目標操舵角の修正値、パワーステアリング２０の自動操舵の停止信号、およびパワーステアリング２０の自動操舵の開始信号を含む。 The signal generator 162 generates a feedback signal corresponding to the detection result of the detector 161 . The signal generator 162 generates a feedback signal, for example, in response to detection of the driver's hands-on state by the detector 161 . The signal generator 162 generates, for example, a feedback signal according to the estimated driver input torque. Further, the signal generating section 162 may generate a feedback signal in response to the detecting section 161 detecting switching from the hands-on state to the hands-off state or switching from the hands-off state to the hands-on state. The feedback signal includes, for example, a target steering angle correction value, an automatic steering stop signal for the power steering 20, and an automatic steering start signal for the power steering 20. FIG.

制御部１７０は、フィードバック信号とステアリングホイール２１の目標操舵角とに基づき、パワーステアリング２０のモータ２２を制御する。制御部１７０は、例えば、入力する目標操舵角に対応する駆動信号を生成してモータ２２に供給する。制御部１７０には、パワーステアリング２０から取得した操舵トルクおよび操舵角の値がフィードバックされることが望ましい。この場合、制御部１７０は、目標操舵角、操舵トルク、および操舵角に基づいて、モータ２２を駆動する駆動信号を生成する。本実施形態において、このような制御部１７０の制御動作を自動操舵とする。 The control unit 170 controls the motor 22 of the power steering 20 based on the feedback signal and the target steering angle of the steering wheel 21 . For example, the control unit 170 generates a drive signal corresponding to the input target steering angle and supplies the drive signal to the motor 22 . It is desirable that the values of the steering torque and the steering angle obtained from the power steering 20 are fed back to the controller 170 . In this case, control unit 170 generates a drive signal for driving motor 22 based on the target steering angle, steering torque, and steering angle. In this embodiment, such a control operation of the control unit 170 is referred to as automatic steering.

また、制御部１７０は、フィードバック信号に基づき、このような自動操舵を開始、継続、または停止する。制御部１７０は、自動操舵を停止した場合、フィードバック信号に基づいて目標操舵角を修正する。この場合、制御部１７０は、修正された目標操舵角に対応する駆動信号を生成してモータ２２に供給する。制御部１７０は、修正された目標操舵角と、フィードバックされた操舵トルクおよび操舵角とに基づいて、モータ２２を駆動する駆動信号を生成することが望ましい。本実施形態において、このような制御部１７０の制御動作を手動操舵とする。以上の本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００の制御動作について、次に説明する。 Also, the control unit 170 starts, continues, or stops such automatic steering based on the feedback signal. When the automatic steering is stopped, the control unit 170 corrects the target steering angle based on the feedback signal. In this case, the control unit 170 generates a drive signal corresponding to the corrected target steering angle and supplies it to the motor 22 . Control unit 170 preferably generates a drive signal for driving motor 22 based on the corrected target steering angle and the feedback steering torque and steering angle. In this embodiment, such a control operation of the control unit 170 is referred to as manual steering. Next, the control operation of the power steering control device 100 according to the present embodiment will be described.

＜パワーステアリング制御装置１００の動作フローの一例＞
図３は、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００の動作フローの一例を示す。パワーステアリング制御装置１００は、図３のＳ３００からＳ４３０の動作を実行することにより、パワーステアリング２０を制御して、ステアリングホイール２１を適切に操舵する。 <Example of Operation Flow of Power Steering Control Device 100>
FIG. 3 shows an example of the operation flow of the power steering control device 100 according to this embodiment. The power steering control device 100 controls the power steering 20 and appropriately steers the steering wheel 21 by executing the operations from S300 to S430 in FIG.

まず、制御部１７０は、目標操舵角を取得する（Ｓ３００）。制御部１７０は、例えば、ＥＣＵから供給される目標操舵角を取得する。次に、制御部１７０は、目標操舵角に応じたモータ２２の駆動信号を生成して、パワーステアリング２０に供給する（Ｓ３１０）。制御部１７０は、操舵トルクおよび操舵角のフィードバックがある場合は、目標操舵角、操舵トルク、および操舵角に基づく駆動信号を生成してもよい。 First, the control unit 170 acquires a target steering angle (S300). The control unit 170 acquires a target steering angle supplied from the ECU, for example. Next, the control unit 170 generates a drive signal for the motor 22 according to the target steering angle and supplies it to the power steering 20 (S310). Control unit 170 may generate a drive signal based on the target steering angle, steering torque, and steering angle when there is feedback of the steering torque and steering angle.

次に、トルク取得部１１０は、車両のステアリングホイール２１にかかる操舵トルクを車両のパワーステアリング２０から取得する（Ｓ３２０）。トルク取得部１１０は、パワーステアリング２０に設けられている第１検出器３１から操舵トルクの検出結果を取得する。次に、操舵角取得部１２０は、ステアリングホイール２１の操舵角をパワーステアリング２０から取得する（Ｓ３３０）。操舵角取得部１２０は、パワーステアリング２０に設けられている第２検出器３２から操舵角の検出結果を取得する。操舵トルクおよび操舵角のサンプリングタイミングおよびサンプリング時間は、略同一であることが望ましい。 Next, the torque acquisition unit 110 acquires the steering torque applied to the steering wheel 21 of the vehicle from the power steering 20 of the vehicle (S320). The torque acquisition unit 110 acquires the steering torque detection result from the first detector 31 provided in the power steering 20 . Next, the steering angle acquisition unit 120 acquires the steering angle of the steering wheel 21 from the power steering 20 (S330). The steering angle acquisition unit 120 acquires the detection result of the steering angle from the second detector 32 provided in the power steering 20 . It is desirable that the sampling timing and sampling time of the steering torque and the steering angle are substantially the same.

次に、方程式算出部１４０は、操舵トルクおよび操舵角を適用した方程式を算出する（Ｓ３４０）。方程式算出部１４０は、上述のように、（数３）式の微分方程式を算出する。次に、推定値算出部１５０は、微分方程式の解を算出することにより、ドライバ入力トルクの推定値を算出する（Ｓ３５０）。 Next, the equation calculator 140 calculates an equation applying the steering torque and the steering angle (S340). The equation calculation unit 140 calculates the differential equation of formula (3) as described above. Next, the estimated value calculation unit 150 calculates the estimated value of the driver input torque by calculating the solution of the differential equation (S350).

次に、検知部１６１は、ドライバ入力トルクの推定値に基づき、ドライバがハンズオン状態であるか否かを検知する（Ｓ３６０）。例えば、ドライバ入力トルクの推定値が第１閾値以下の場合、または、第１閾値を超えた状態が予め定められた第１時間以上継続しない場合（Ｓ３６０：Ｎｏ）、検知部１６１は、ドライバがハンズオン状態ではないと判定する。 Next, the detection unit 161 detects whether the driver is in a hands-on state based on the estimated driver input torque (S360). For example, if the estimated value of the driver input torque is equal to or less than the first threshold, or if the state exceeding the first threshold does not continue for a predetermined first time or longer (S360: No), the detection unit 161 detects that the driver It is judged that it is not in hands-on state.

そして、検知部１６１は、ドライバ入力トルクの推定値に応じて、ドライバがハンズオフ状態か否かを検知する（Ｓ３７０）。例えば、検知部１６１は、ドライバ入力トルクの推定値が第２閾値以下の状態を予め定められた第２時間以上継続している場合（Ｓ３７０：Ｙｅｓ）、ドライバがハンズオフ状態であることを検知する。ここで、第２閾値は、第１閾値よりも小さいか同じ値である。また、第２時間は、第１時間と同じ時間でもよく、異なる時間であってもよい。また、検知部１６１は、ドライバ入力トルクの推定値が第２閾値以下の状態を第２時間以上継続していない場合（Ｓ３７０：Ｎｏ）、前回検知したドライバの状態を保持する（Ｓ３８０）。 Then, the detection unit 161 detects whether or not the driver is in the hands-off state according to the estimated value of the driver input torque (S370). For example, the detection unit 161 detects that the driver is in a hands-off state when the estimated value of the driver input torque is equal to or less than the second threshold and continues for a predetermined second time or longer (S370: Yes). . Here, the second threshold is less than or equal to the first threshold. Also, the second time may be the same as or different from the first time. Further, when the estimated value of the driver input torque has not continued to be equal to or less than the second threshold for the second time or longer (S370: No), the detection unit 161 retains the previously detected driver state (S380).

例えば、パワーステアリング制御装置１００が動作を開始した後に運転手がステアリングホイール２１を第２時間以上操作しなかった場合、検知部１６１は、ハンズオフ状態を検知する（Ｓ３７０：Ｙｅｓ）。また、前回のドライバの状態がハンズオフ状態であり、運転手がステアリングホイール２１を操作しなかった時間が第２時間を経過していない場合（Ｓ３７０：Ｎｏ）、検知部１６１は、ハンズオフ状態を検知する（Ｓ３８０：Ｙｅｓ）。 For example, when the driver does not operate the steering wheel 21 for the second time or longer after the power steering control device 100 starts operating, the detector 161 detects the hands-off state (S370: Yes). Further, when the previous state of the driver was the hands-off state and the time during which the driver did not operate the steering wheel 21 has not passed the second time (S370: No), the detection unit 161 detects the hands-off state. (S380: Yes).

検知部１６１がハンズオフ状態を検知した場合、信号生成部１６２は、自動操舵のフィードバック信号を生成する（Ｓ３９０）。信号生成部１６２は、例えば、自動操舵の開始を指示する開始信号をフィードバック信号として生成する。また、信号生成部１６２は、前回のフィードバック信号が自動操舵の開始信号だった場合、自動操舵の継続を指示する継続信号をフィードバック信号として生成してもよい。信号生成部１６２は、生成したフィードバック信号を制御部１７０に供給する。 When the detection unit 161 detects the hands-off state, the signal generation unit 162 generates a feedback signal for automatic steering (S390). The signal generator 162 generates, for example, a start signal instructing the start of automatic steering as a feedback signal. Further, when the previous feedback signal was the automatic steering start signal, the signal generator 162 may generate a continuation signal instructing continuation of the automatic steering as the feedback signal. The signal generator 162 supplies the generated feedback signal to the controller 170 .

制御部１７０は、自動操舵の開始信号または継続信号を受け取ったことに応じて、パワーステアリング２０を制御してステアリングホイール２１を自動操舵する（Ｓ４００）。制御部１７０は、例えば、目標操舵角と検出された操舵角との角度偏差に基づいて、ステアリングホイール２１の操舵角を変更する変更角度を算出する。この場合、制御部１７０は、一例として、ＰＩＤ制御を実行して変更角度を算出する。そして、制御部１７０は、変更角度と操舵角とに基づいて、モータ２２がステアリングホイール２１を変更角度だけ回転させるための駆動信号を生成する。制御部１７０は、パワーステアリング２０に、生成した駆動信号を供給する。 Upon receipt of the automatic steering start signal or continuation signal, the control unit 170 controls the power steering 20 to automatically steer the steering wheel 21 (S400). The control unit 170 calculates a change angle for changing the steering angle of the steering wheel 21, for example, based on the angular deviation between the target steering angle and the detected steering angle. In this case, as an example, the control unit 170 executes PID control to calculate the change angle. Based on the changed angle and the steering angle, the control unit 170 then generates a drive signal for causing the motor 22 to rotate the steering wheel 21 by the changed angle. Control unit 170 supplies the generated drive signal to power steering 20 .

そして、制御部１７０は、次の目標操舵角を取得して（Ｓ４１０）、Ｓ３２０に戻る。以上のように、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００は、運転手がステアリングホイール２１に力を付与しない場合、Ｓ３２０からＳ４１０の動作を繰り返し、目標操舵角に応じた自動操舵を継続する。 Then, the control unit 170 acquires the next target steering angle (S410) and returns to S320. As described above, when the driver does not apply force to the steering wheel 21, the power steering control device 100 according to the present embodiment repeats the operations from S320 to S410 to continue automatic steering according to the target steering angle.

一方、検知部１６１は、ドライバ入力トルクの推定値が第１閾値を超えている状態が第１時間以上継続した場合（Ｓ３６０：Ｙｅｓ）、ドライバのハンズオン状態を検知する。また、前回のドライバの状態がハンズオン状態であり、運転手がステアリングホイール２１を操作しなかった時間が第２時間を経過していない場合（Ｓ３７０：Ｎｏ）、検知部１６１は、ハンズオン状態を検知する（Ｓ３８０：Ｎｏ）。 On the other hand, the detection unit 161 detects that the driver is in a hands-on state when the estimated value of the driver input torque exceeds the first threshold for the first time or longer (S360: Yes). Further, when the previous state of the driver was the hands-on state and the driver did not operate the steering wheel 21 for the second time period (S370: No), the detection unit 161 detects the hands-on state. (S380: No).

検知部１６１がハンズオン状態を検知した場合、信号生成部１６２は、手動操舵のフィードバック信号を生成する（Ｓ４２０）。信号生成部１６２は、例えば、自動操舵の停止を指示する停止信号をフィードバック信号として生成する。また、信号生成部１６２は、前回のフィードバック信号が自動操舵の停止信号だった場合、手動操舵の継続を指示する継続信号をフィードバック信号として生成してもよい。 When the detection unit 161 detects the hands-on state, the signal generation unit 162 generates a feedback signal for manual steering (S420). The signal generation unit 162 generates, for example, a stop signal instructing to stop automatic steering as a feedback signal. Further, when the previous feedback signal was a stop signal for automatic steering, the signal generator 162 may generate a continuation signal instructing continuation of manual steering as the feedback signal.

そして、信号生成部１６２は、ドライバ入力トルクの推定値に対応する目標操舵角の修正値をフィードバック信号として生成する。例えば、記憶部１３０には、ドライバ入力トルクの推定値と目標操舵角の修正値との対応テーブルが記憶されていてよく、信号生成部１６２は、このような対応テーブルを読み出して対応する目標操舵角の修正値をフィードバック信号とする。これに代えて、信号生成部１６２は、予め算出された関数等にドライバ入力トルクの推定値を代入して、目標操舵角の修正値を算出してもよい。信号生成部１６２は、生成したフィードバック信号を制御部１７０に供給する。なお、ドライバ入力トルクでなく操舵トルクの値から目標操舵角の修正値を算出してもよい。 Then, the signal generator 162 generates a corrected value of the target steering angle corresponding to the estimated value of the driver input torque as a feedback signal. For example, the storage unit 130 may store a correspondence table between the estimated value of the driver input torque and the correction value of the target steering angle. The angle correction value is used as the feedback signal. Instead of this, the signal generator 162 may substitute the estimated value of the driver input torque into a previously calculated function or the like to calculate the correction value of the target steering angle. The signal generator 162 supplies the generated feedback signal to the controller 170 . Note that the correction value of the target steering angle may be calculated from the value of the steering torque instead of the driver input torque.

制御部１７０は、自動操舵の停止信号または手動操舵の継続信号を受け取ったことに応じて、フィードバック信号を用いてパワーステアリング２０を制御してステアリングホイール２１を手動操舵する（Ｓ４３０）。制御部１７０は、例えば、目標操舵角を修正値だけ修正し、修正された目標操舵角と検出された操舵角との角度偏差に基づいて、ステアリングホイール２１の操舵角を変更する変更角度を算出する。そして、制御部１７０は、変更角度と操舵角とに基づいて、モータ２２がステアリングホイール２１を変更角度だけ回転させるための駆動信号を生成する。制御部１７０は、パワーステアリング２０に、生成した駆動信号を供給する。 Upon receiving the automatic steering stop signal or the manual steering continuation signal, the control unit 170 controls the power steering 20 using the feedback signal to manually steer the steering wheel 21 (S430). For example, the control unit 170 corrects the target steering angle by a correction value, and calculates a change angle for changing the steering angle of the steering wheel 21 based on the angular deviation between the corrected target steering angle and the detected steering angle. do. Based on the changed angle and the steering angle, the control unit 170 then generates a drive signal for causing the motor 22 to rotate the steering wheel 21 by the changed angle. Control unit 170 supplies the generated drive signal to power steering 20 .

そして、制御部１７０は、次の目標操舵角を取得して（Ｓ４１０）、Ｓ３２０に戻る。以上のように、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００は、運転手がステアリングホイール２１に力を付与した場合、目標操舵角とドライバ入力トルクの推定値とに応じた手動操舵を実行する。 Then, the control unit 170 acquires the next target steering angle (S410) and returns to S320. As described above, when the driver applies force to the steering wheel 21, the power steering control device 100 according to the present embodiment performs manual steering according to the target steering angle and the estimated driver input torque.

以上の本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００は、運転手のハンズオン状態およびハンズオフ状態を検出することにより、パワーステアリング２０の自動操舵および手動操舵を切り換える。ここで、パワーステアリング制御装置１００は、観測ノイズおよびシステムノイズの影響を考慮した状態方程式を用いるので、運転手がパワーステアリング２０に付与したドライバ入力トルクを精度よく推定できる。したがって、パワーステアリング制御装置１００は、運転手のハンズオン状態およびハンズオフ状態を精度よく検出することができ、パワーステアリング２０の自動操舵および手動操舵を適切に切り換えることができる。 The power steering control device 100 according to the present embodiment described above switches between automatic steering and manual steering of the power steering 20 by detecting the driver's hands-on state and hands-off state. Here, since the power steering control device 100 uses a state equation that considers the effects of observation noise and system noise, the driver input torque applied to the power steering 20 by the driver can be accurately estimated. Therefore, the power steering control device 100 can accurately detect the hands-on state and the hands-off state of the driver, and can appropriately switch between automatic steering and manual steering of the power steering 20 .

また、パワーステアリング制御装置１００は、観測ノイズおよびシステムノイズの影響を低減させたドライバ入力トルクの推定値を算出できるので、このようなノイズを低減させるためのローパスフィルタ等を用いなくてもよい。これにより、ローパスフィルタによって発生する遅延を低減できるので、パワーステアリング制御装置１００は、より高速に運転手のハンズオン状態およびハンズオフ状態を検出できる。したがって、パワーステアリング制御装置１００は、運転手が感じるステアリングホイール２１の操舵フィーリングの劣化を抑制することができ、また、走行中の車両の目標車線の逸脱等を低減できる。 In addition, since the power steering control device 100 can calculate the estimated value of the driver input torque in which the effects of observation noise and system noise are reduced, there is no need to use a low-pass filter or the like for reducing such noise. As a result, the delay caused by the low-pass filter can be reduced, so the power steering control device 100 can detect the driver's hands-on state and hands-off state at a higher speed. Therefore, the power steering control device 100 can suppress the deterioration of the steering feeling of the steering wheel 21 felt by the driver, and can reduce the departure of the vehicle from the target lane during travel.

＜パワーステアリング制御装置１００によるドライバ入力トルクの推定結果例＞
以上の本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００によるドライバ入力トルクの推定結果について、図４から図６を用いて説明する。図４は、ドライバがステアリングホイール２１に付与した入力トルクを示す。図４の横軸は時間を示し、縦軸は入力トルクの大きさを示す。なお、縦軸および横軸は、正規化した値に対応する目盛りを付している。図４は、一の時刻において運転手がステアリングホイール２１に略一定の大きさのトルクを加えた例を示す。パワーステアリング制御装置１００は、このようなドライバ入力トルクを推定する。 <Example of Result of Estimation of Driver Input Torque by Power Steering Control Device 100>
The result of estimating the driver input torque by the power steering control device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 6. FIG. FIG. 4 shows the input torque applied to the steering wheel 21 by the driver. The horizontal axis of FIG. 4 indicates time, and the vertical axis indicates the magnitude of input torque. The vertical and horizontal axes are scaled to correspond to normalized values. FIG. 4 shows an example in which the driver applies a substantially constant amount of torque to the steering wheel 21 at one time. The power steering control device 100 estimates such driver input torque.

図５は、本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００によるドライバ入力トルクの推定結果の一例を示す。また、図６は、比較対象の装置によるドライバ入力トルクの推定結果の一例を示す。比較対象の装置は、特許文献１に記載されているような状態オブザーバである。図５および図６の横軸は時間を、縦軸はトルクの大きさを、それぞれ図４と同様のスケールで示す。言い換えると、図４から図６の縦軸および横軸の数値の範囲と目盛の間隔とは、共通である。 FIG. 5 shows an example of the driver input torque estimation result by the power steering control device 100 according to the present embodiment. Moreover, FIG. 6 shows an example of the estimation result of the driver input torque by the device to be compared. The device to be compared is a state observer as described in US Pat. 5 and 6, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the magnitude of torque on the same scale as in FIG. In other words, the range of numerical values on the vertical and horizontal axes and the interval between scales in FIGS. 4 to 6 are common.

図４と図５とを比較することにより、パワーステアリング制御装置１００は、ドライバ入力トルクを精度よく推定できていることがわかる。また、図５と図６とを比較することにより、パワーステアリング制御装置１００は、従来の状態オブザーバよりも雑音成分を低減できていることがわかる。このように、パワーステアリング制御装置１００は、ローパスフィルタを有さない構成であるにもかかわらず、ローパスフィルタを有する状態オブザーバよりも雑音成分を低減できることがわかる。したがって、パワーステアリング制御装置１００は、遅延量を低減させつつ精度よく推定結果を出力できることがわかる。 By comparing FIG. 4 and FIG. 5, it can be seen that the power steering control device 100 can accurately estimate the driver input torque. Also, by comparing FIG. 5 and FIG. 6, it can be seen that the power steering control device 100 can reduce noise components more than the conventional state observer. Thus, it can be seen that the power steering control device 100 can reduce noise components more than the state observer with a low-pass filter, even though it is configured without a low-pass filter. Therefore, it can be seen that the power steering control device 100 can output the estimation result with high accuracy while reducing the amount of delay.

＜パワーステアリング制御装置１００の他の例＞
以上の本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００は、イノベーションゲインＭを（数５）式のリカッチ代数方程式から算出して、定常的な値として取り扱う例を説明したが、これに限定されることはない。方程式算出部１４０は、（数４）式のリカッチ微分方程式の解をサンプリング時間毎に算出して、イノベーションゲインＭを非定常的な値として算出してもよい。このように、誤差のある観測値を用いて、動的なシステムの状態をリカッチ代数方程式またはリカッチ微分方程式を用いて推定する手法は、定常カルマンフィルタ、非定常カルマンフィルタの範囲の技術であり、より詳細な計算処理については記載を省略する。 <Other Examples of Power Steering Control Device 100>
Although the power steering control device 100 according to the present embodiment has been described as an example in which the innovation gain M is calculated from the Riccati algebraic equation (Formula 5) and treated as a steady value, the present invention is not limited to this. no. The equation calculation unit 140 may calculate the solution of the Riccati differential equation of formula (4) for each sampling time to calculate the innovation gain M as a non-stationary value. Thus, using erroneous observations to estimate the state of a dynamic system using Riccati algebraic equations or Riccati differential equations, the techniques range from stationary Kalman filters to nonstationary Kalman filters. Description of such calculation processing is omitted.

また、以上の本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００において、（数１）式の左辺に重力トルクや摩擦トルク等の非線形な摩擦トルク損が存在する場合、（数３）式で計算した推定値から非線形な摩擦トルク損を加算もしくは減算した値をドライバ入力トルクの推定結果としてもよい。 In addition, in the power steering control device 100 according to the present embodiment described above, if non-linear frictional torque loss such as gravitational torque or friction torque exists on the left side of the equation (1), the estimation calculated by the equation (3) A value obtained by adding or subtracting the non-linear frictional torque loss from the value may be used as the estimation result of the driver input torque.

また、以上の本実施形態に係るパワーステアリング制御装置１００は、方程式算出部１４０がイノベーションゲインＭを含む連続時間の微分方程式を算出してから、推定値算出部１５０が微分方程式を離散化して数値計算する例を説明したが、これに限定されることはない。例えば、方程式算出部１４０が離散時間の状態方程式を算出してから、推定値算出部１５０が離散化された方程式の解を数値計算で算出してもよい。このようなパワーステアリング制御装置１００の例について、次に説明する。 Further, in the power steering control device 100 according to the present embodiment described above, the equation calculation unit 140 calculates a continuous-time differential equation including the innovation gain M, and then the estimated value calculation unit 150 discretizes the differential equation and numerically Although an example of calculation has been described, it is not limited to this. For example, after the equation calculation unit 140 calculates a discrete-time state equation, the estimated value calculation unit 150 may calculate the solution of the discretized equation by numerical calculation. An example of such a power steering control device 100 will be described below.

方程式算出部１４０は、例えば、運動方程式から操舵トルクおよび操舵角のサンプリング時間毎に離散化した状態方程式を算出する。連続時間の状態方程式は、Ｚｏｈ法、Ｔｕｓｔｉｎ法等の既知の方法により、離散時間の状態方程式に変換できる。（数２）式に示す状態方程式を離散化した状態方程式に変換した例を次式に示す。

The equation calculation unit 140 calculates, for example, a discretized state equation from the equation of motion for each sampling time of the steering torque and the steering angle. A continuous-time equation of state can be converted into a discrete-time equation of state by a known method such as the Zoh method or the Tustin method. The following equation shows an example in which the state equation shown in Equation (2) is converted into a discretized state equation.

（数６）式に示す状態方程式は、観測ノイズおよびシステムノイズに基づくイノベーションゲインＭを含む状態方程式として次式のように表現できる。ここで、Ｐ［ｋ］は、状態ｘ［ｋ］の誤差分散を示す。方程式算出部１４０は、イノベーションゲインＭを含む状態方程式に、運転手が車両を運転中に観測された操舵トルクおよび操舵角を代入する。上記の連続時間の微分方程式からイノベーションゲインＭを導出した例ではＱとＲをイノベーションゲインＭ導出の設計要素として、あらかじめ設計者が調整するパラメータとして扱ったが、次式の離散時間を用いた例ではＱとＲをあらかじめ設計者が調整するパラメータとしてもよいし、白色雑音等の時変するパラメータとして扱ってもよい。

The state equation shown in formula (6) can be expressed as the following formula as a state equation including innovation gain M based on observation noise and system noise. where P[k] denotes the error variance of state x[k]. The equation calculation unit 140 substitutes the steering torque and the steering angle observed while the driver is driving the vehicle into the state equation including the innovation gain M. In the example of deriving the innovation gain M from the above continuous-time differential equation, Q and R were treated as design elements for deriving the innovation gain M and as parameters adjusted in advance by the designer. Then, Q and R may be parameters adjusted in advance by the designer, or may be treated as time-varying parameters such as white noise.

推定値算出部１５０は、算出された方程式を解くことにより、ステアリングホイール２１に加わったドライバ入力トルクの推定値を算出する。推定値算出部１５０は、１サンプリング後の状態予測値ｘ_ｐ［ｋ＋１］および予測誤差Ｐ_ｐ［ｋ＋１］を、次式を用いて算出する。

The estimated value calculator 150 calculates an estimated value of the driver input torque applied to the steering wheel 21 by solving the calculated equation. Estimated value calculation section 150 calculates state predicted value x _p [k+1] after one sampling and prediction error P _p [k+1] using the following equations.

推定値算出部１５０は、状態予測値ｘ_ｐ［ｋ＋１］に含まれているドライバ入力トルクＴ_ｄの値を、ドライバ入力トルクの推定値として出力する。このようにして、推定値算出部１５０は、サンプリング時間毎にドライバ入力トルクの推定値を算出できる。以上のように、パワーステアリング制御装置１００は、運動方程式を離散時間の状態方程式に変換しても、ドライバ入力トルクを推定することができるので、この場合においても、上述したように、パワーステアリング２０を適切に制御できる。 The estimated value calculation unit 150 outputs the value of the driver input torque T _d included in the predicted state value x _p [k+1] as an estimated value of the driver input torque. In this manner, the estimated value calculation section 150 can calculate the estimated value of the driver input torque for each sampling time. As described above, the power steering control device 100 can estimate the driver input torque even if the equation of motion is converted into a discrete-time state equation. can be properly controlled.

また、上記の離散時間の状態方程式を使用した例ではイノベーションゲインＭをサンプル時間ごとに逐次更新したが、Ａ_ｄ、Ｂ_ｄ、Ｃ_ｄ、Ｄ_ｄが一定で過渡応答を無視してもよい場合にはイノベーションゲインＭを一定値としてもよく、Ｐ_ｐ＝ＰおよびＰ［ｋ＋１］＝Ｐ［ｋ］と置き換え、（数６）式の離散型リカッチ方程式の解としてイノベーションゲインをあらかじめ導出してもよい。

In the example using the _discrete _- time state equation, the innovation gain M _is successively updated for each sample _time . , the innovation gain M may be a constant value, replace with P _p = P and P [k+1] = P [k], and derive the innovation gain in advance as a solution of the discrete Riccati equation of formula (6) good.

また、上記のパワーステアリング制御装置１００は、ステアリングホイール２１と車輪２８とが機械的に接続されないステアバイワイヤ方式の車両にも適用可能である。 The power steering control device 100 described above can also be applied to a steer-by-wire vehicle in which the steering wheel 21 and the wheels 28 are not mechanically connected.

また、上記のパワーステアリング制御装置１００は、ハンズオン状態を検知した場合に自動操舵システム１０を停止してもよい。システム停止の例として、例えば、ハンズオン状態を検知した場合にモータへの指令値を０にする方法が挙げられる。 Further, the power steering control device 100 may stop the automatic steering system 10 when the hands-on state is detected. As an example of stopping the system, there is a method of setting the command value to the motor to 0 when the hands-on state is detected.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist thereof. be. For example, all or part of the device can be functionally or physically distributed and integrated in arbitrary units. In addition, new embodiments resulting from arbitrary combinations of multiple embodiments are also included in the embodiments of the present invention. The effect of the new embodiment caused by the combination has the effect of the original embodiment.

１０自動操舵システム
２０パワーステアリング
２１ステアリングホイール
２２モータ
２３ウォーム
２４ウォームホイール
２５第１トーションバー
２６第２トーションバー
２７アクチュエータ
２８車輪
３１第１検出器
３２第２検出器
１００パワーステアリング制御装置
１１０トルク取得部
１２０操舵角取得部
１３０記憶部
１４０方程式算出部
１５０推定値算出部
１６０フィードバック部
１６１検知部
１６２信号生成部
１７０制御部 10 automatic steering system 20 power steering 21 steering wheel 22 motor 23 worm 24 worm wheel 25 first torsion bar 26 second torsion bar 27 actuator 28 wheel 31 first detector 32 second detector 100 power steering control device 110 torque acquisition unit 120 steering angle acquisition unit 130 storage unit 140 equation calculation unit 150 estimated value calculation unit 160 feedback unit 161 detection unit 162 signal generation unit 170 control unit

Claims

車両のステアリングホイールにかかる操舵トルクを前記車両のパワーステアリングから取得するトルク取得部と、
前記ステアリングホイールの操舵角を前記パワーステアリングから取得する操舵角取得部と、
（数１）式で示す前記ステアリングホイールの運動方程式から変換された（数２）式で示す状態方程式を、観測ノイズおよびシステムノイズに基づくイノベーションゲインを含む（数３）式で示す状態方程式に変換し、変換した（数３）式の状態方程式に前記操舵トルクおよび前記操舵角を適用した方程式を算出する方程式算出部と、

ここで、前記操舵トルクをＴ _ｈ、前記操舵角をθ _ｈ、ドライバ入力トルクをＴ _ｄ、時間をt、慣性係数をＩ _ｈ、粘性係数をＣ _ｈ、ｗを観測ノイズ、ｖをシステムノイズ、前記イノベーションゲインをＭとし、
算出された前記方程式を解くことにより、前記ステアリングホイールに加わった前記ドライバ入力トルクの推定値を算出する推定値算出部と、
算出された前記ドライバ入力トルクの前記推定値に基づいて、ハンズオン状態とハンズオフ状態とを検知する検知部と
を備える、パワーステアリング制御装置。 a torque acquisition unit that acquires a steering torque applied to a steering wheel of the vehicle from a power steering of the vehicle;
a steering angle acquisition unit that acquires the steering angle of the steering wheel from the power steering;
The state equation represented by Equation (2), which is converted from the equation of motion of the steering wheel represented by Equation (1), is converted to the state equation represented by Equation (3) including innovation gain based on observation noise and system noise. an equation calculation unit for calculating an equation obtained by applying the steering torque and the steering angle to the transformed state equation of equation (3) ;

Here, the steering torque is T _h , the steering angle is θ _h , driver input torque is T _d , time is t, inertia coefficient is I _h , viscosity coefficient is C _h , w is observation noise, v is system noise, Let the innovation gain be M,
an estimated value calculation unit that calculates an estimated value of the driver input torque applied to the steering wheel by solving the calculated equation;
A power steering control device, comprising: a detection unit that detects a hands-on state and a hands-off state based on the calculated estimated value of the driver input torque.

算出された前記ドライバ入力トルクの前記推定値に基づいて、フィードバック信号を生成するフィードバック部と、
前記フィードバック信号と前記ステアリングホイールの目標操舵角とに基づき、前記パワーステアリングのモータを制御する制御部と
を更に備える、請求項１に記載のパワーステアリング制御装置。 a feedback unit that generates a feedback signal based on the calculated estimated value of the driver input torque;
2. The power steering control device according to claim 1, further comprising: a control section that controls the power steering motor based on the feedback signal and the target steering angle of the steering wheel.

前記フィードバック部は、前記検知部の検知結果に対応する前記フィードバック信号を生成する信号生成部を有する、請求項２に記載のパワーステアリング制御装置。 3. The power steering control device according to claim 2, wherein said feedback section has a signal generation section that generates said feedback signal corresponding to the detection result of said detection section.

前記フィードバック信号は、前記目標操舵角の修正値、前記パワーステアリングの自動操舵の停止信号、および前記パワーステアリングの自動操舵の開始信号を含む、請求項３に記載のパワーステアリング制御装置。 4. The power steering control device according to claim 3, wherein said feedback signal includes a correction value of said target steering angle, a signal for stopping automatic steering of said power steering, and a signal for starting automatic steering of said power steering.

前記方程式算出部は、前記運動方程式から前記操舵トルクおよび前記操舵角のサンプリング時間毎に離散化した前記状態方程式を算出し、
前記推定値算出部は、サンプリング時間毎に前記ドライバ入力トルクの前記推定値を算出する、
請求項１から４のいずれか一項に記載のパワーステアリング制御装置。 The equation calculation unit calculates the state equation discretized from the equation of motion for each sampling time of the steering torque and the steering angle,
The estimated value calculation unit calculates the estimated value of the driver input torque for each sampling time.
A power steering control device according to any one of claims 1 to 4.

前記推定値算出部は、前記操舵トルクおよび前記操舵角のサンプリング時間毎に前記方程式算出部が算出した前記方程式を離散化し、サンプリング時間毎に前記ドライバ入力トルクの前記推定値を算出する、請求項１から４のいずれか一項に記載のパワーステアリング制御装置。 The estimated value calculation unit discretizes the equation calculated by the equation calculation unit for each sampling time of the steering torque and the steering angle, and calculates the estimated value of the driver input torque for each sampling time. 5. The power steering control device according to any one of 1 to 4.

車両のステアリングホイールにかかる操舵トルクを前記車両のパワーステアリングから取得するステップと、
前記ステアリングホイールの操舵角を前記パワーステアリングから取得するステップと、
（数１）式で示す前記ステアリングホイールの運動方程式から変換された（数２）式で示す状態方程式を、観測ノイズおよびシステムノイズに基づくイノベーションゲインを含む（数３）式で示す状態方程式に変換し、変換した（数３）式の状態方程式に前記操舵トルクおよび前記操舵角を適用した方程式を算出するステップと、

ここで、前記操舵トルクをＴ _ｈ、前記操舵角をθ _ｈ、ドライバ入力トルクをＴ _ｄ、時間をt、慣性係数をＩ _ｈ、粘性係数をＣ _ｈ、ｗを観測ノイズ、ｖをシステムノイズ、前記イノベーションゲインをＭとし、
前記方程式を解くことにより、前記ステアリングホイールに加わった前記ドライバ入力トルクの推定値を算出するステップと、
算出された前記ドライバ入力トルクの前記推定値に基づいて、ハンズオン状態とハンズオフ状態とを検知するステップと
を有する、コンピュータが実行する前記パワーステアリングの制御方法。 obtaining a steering torque applied to a steering wheel of the vehicle from power steering of the vehicle;
obtaining a steering angle of the steering wheel from the power steering;
The state equation represented by Equation (2), which is converted from the equation of motion of the steering wheel represented by Equation (1), is converted to the state equation represented by Equation (3) including innovation gain based on observation noise and system noise. and calculating an equation by applying the steering torque and the steering angle to the transformed state equation of equation (3) ;

Here, the steering torque is T _h , the steering angle is θ _h , driver input torque is T _d , time is t, inertia coefficient is I _h , viscosity coefficient is C _h , w is observation noise, v is system noise, Let the innovation gain be M,
calculating an estimate of the driver input torque applied to the steering wheel by solving the equation;
detecting a hands-on state and a hands-off state based on the calculated estimated value of the driver input torque.

コンピュータにより実行されると、前記コンピュータを請求項１から６のいずれか一項に記載の前記パワーステアリング制御装置として機能させる、プログラム。 A program that, when executed by a computer, causes the computer to function as the power steering control device according to any one of claims 1 to 6.

車両のステアリングホイールと、前記ステアリングホイールにかかる操舵トルクを検出する第１検出器と、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する第２検出器とを有し、前記車両に搭載されているパワーステアリングと、
前記パワーステアリングを制御する、請求項１から６のいずれか一項に記載の前記パワーステアリング制御装置と
を備える、自動操舵システム。
A power steering mounted on the vehicle, comprising a vehicle steering wheel, a first detector for detecting steering torque applied to the steering wheel, and a second detector for detecting the steering angle of the steering wheel. ,
and the power steering control device according to any one of claims 1 to 6, for controlling the power steering.