JP4717104B2 - Vehicle steering control device - Google Patents
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Description
この発明は、車両(自動車など)に搭載された電動パワーステアリング装置などの車両用操舵制御装置に関し、特に、横風や轍(わだち)、カント(傾斜)などの外乱が加わったことを検出して、外乱発生時の影響を抑制することが可能な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 device mounted on a vehicle (such as an automobile), and in particular, detects that a disturbance such as a crosswind, a rut, or a cant (tilt) is applied. The present invention relates to a vehicle steering control device capable of suppressing the influence when a disturbance occurs.
一般的に、車両の直進走行時に強い横風や轍、カントのような外乱を受けると、外乱トルクによって「ハンドル取られ」が発生するので、車両の運転者が、直進走行を継続するためのハンドル修正操舵を行う場合や、外乱によって乱れた車両挙動を安定化するための操作を行うような場合が生じる。このような状況において、運転者の操舵負荷を低減するために、従来から、電動パワーステアリング装置の電動モータによって外乱補償トルクを付加する技術が提案されている。 In general, when the vehicle is traveling straight, if a disturbance such as strong crosswind, hail, or cant is applied, the handle will be taken off by the disturbance torque, so the driver of the vehicle can continue to travel straight ahead. There are cases where corrective steering is performed or an operation for stabilizing vehicle behavior disturbed by a disturbance is performed. In such a situation, in order to reduce a driver's steering load, a technique for adding disturbance compensation torque by an electric motor of an electric power steering device has been proposed.
上記のような外乱が発生した場合には、外乱の影響がステアリング軸や車両挙動に表れる。たとえば、ステアリング軸においては、操舵角、操舵角速度、操舵トルク、路面反力トルクなどの状態量が外乱の影響を受け、車両挙動においては、ヨーレート、横加速度、横滑り角などの状態量が外乱の影響を受ける。 When the above disturbance occurs, the influence of the disturbance appears in the steering shaft and the vehicle behavior. For example, state quantities such as steering angle, steering angular velocity, steering torque, and road surface reaction force torque are affected by disturbance in the steering shaft, and state quantities such as yaw rate, lateral acceleration, and sideslip angle are affected by disturbance. to be influenced.
また、ステアリング軸および車両挙動における上記状態量は、静的な状態量と動的な状態量との2種類に分類することができる。静的な状態量とは、運動を伴わない力の量であり、動的な状態量とは、運動の量のことである。すなわち、上記状態量のうち、操舵トルクや路面反力トルクが静的な状態量であり、操舵角、操舵角速度、ヨーレート、横加速度および横滑り角が動的な状態量である。
外乱が発生した場合には、静的な状態量と動的な状態量との両方に対する影響を軽減する必要がある。
The state quantities in the steering shaft and the vehicle behavior can be classified into two types, static state quantities and dynamic state quantities. The static state quantity is the amount of force that does not involve movement, and the dynamic state quantity is the amount of movement. That is, among the state quantities, the steering torque and the road reaction torque are static state quantities, and the steering angle, the steering angular velocity, the yaw rate, the lateral acceleration, and the skid angle are dynamic state quantities.
When a disturbance occurs, it is necessary to reduce the influence on both the static state quantity and the dynamic state quantity.
従来の車両用操舵制御装置として、たとえば、外乱によって引き起こされる「ハンドル取られ」を、ステアリング軸の操舵角速度から検出し、かつ、車両の不整挙動を、車両のヨーレートまたは横加速度から検出し、操舵角速度と、ヨーレートまたは横加速度とに基づいて、外乱による乱れを減衰させるように外乱補償トルクを付加する技術が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 As a conventional vehicle steering control device, for example, “steering off” caused by disturbance is detected from the steering angular velocity of the steering shaft, and the irregular behavior of the vehicle is detected from the yaw rate or lateral acceleration of the vehicle, and steering is performed. A technique for adding disturbance compensation torque so as to attenuate disturbance due to disturbance based on angular velocity and yaw rate or lateral acceleration is known (see, for example, Patent Document 1).
従来の車両用操舵制御装置では、外乱が発生した場合に、静的な状態量および動的な状態量に対する影響を軽減する必要があるが、特許文献1に記載の技術では、操舵角速度やヨーレート、横加速度のような動的な状態量は考慮されているものの、操舵トルクのような静的な状態量が考慮されていないので、運転者の負荷を十分に低減することができないという課題があった。
In the conventional vehicle steering control device, when a disturbance occurs, it is necessary to reduce the influence on the static state quantity and the dynamic state quantity. However, in the technique described in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、外乱による動的な状態量と静的な状態量との両方に対する影響を考慮することにより、最適な外乱補償トルクを発生して、運転者の負荷軽減と安定な操舵状態とを実現可能な車両用操舵制御装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and generates the optimum disturbance compensation torque by considering the influence of both the dynamic state quantity and the static state quantity due to the disturbance. An object of the present invention is to obtain a vehicle steering control device that can realize a driver's load reduction and a stable steering state.
この発明による車両用操舵制御装置は、運転者による車両のステアリング軸への操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも操舵トルクに応じた補助トルクを発生するモータと、車両に対する外乱の発生を検出する外乱発生検出手段と、外乱発生検出手段が外乱の発生を検出した際に、モータへの外乱補償トルク指令値を決定する外乱補償器とを備え、外乱補償器は、ステアリング軸に発生する静的な状態量に基づく第1のパラメータと、ステアリング軸に発生するか、または、車両の挙動に表れる動的な状態量に基づく第2パラメータとを有し、第1のパラメータと第2のパラメータとを加算することにより外乱補償トルク指令値を決定するものである。 The vehicle steering control device according to the present invention is configured to detect a steering torque detected by the driver to the steering shaft of the vehicle, a motor that generates at least an auxiliary torque corresponding to the steering torque, and a disturbance to the vehicle. A disturbance occurrence detecting means for detecting, and a disturbance compensator for determining a disturbance compensation torque command value to the motor when the disturbance occurrence detecting means detects occurrence of the disturbance, the disturbance compensator is generated on the steering shaft. A first parameter based on a static state quantity, and a second parameter based on a dynamic state quantity that occurs on the steering shaft or appears in the behavior of the vehicle , the first parameter and the second The disturbance compensation torque command value is determined by adding the parameter .
この発明によれば、轍や横風、カントのような外乱が発生した場合に、動的な状態量と静的な状態量との両方に対する影響を軽減する外乱補償トルクを決定することができ、運転者の操舵負荷を軽減するとともに、安定した操舵状態を実現することができる。 According to the present invention, when a disturbance such as a kite, a crosswind, or a cant occurs, it is possible to determine a disturbance compensation torque that reduces the influence on both the dynamic state quantity and the static state quantity, It is possible to reduce the driver's steering load and to realize a stable steering state.
実施の形態1.
以下、添付図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1に係る車両用操舵制御装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。
1 is a perspective view schematically showing an overall configuration of a vehicle steering control apparatus according to
図1において、制御ユニット(ECU)8を主体とする車両用操舵制御装置は、車両のステアリング機構(操舵機構)10に取り付けられている。EPS(Electric Power Steering)用の制御ユニット8は、ステアリング機構10に電気的に組み合わせられている。
In FIG. 1, a vehicle steering control device mainly including a control unit (ECU) 8 is attached to a steering mechanism (steering mechanism) 10 of the vehicle. A control unit 8 for EPS (Electric Power Steering) is electrically combined with the
ステアリング機構10は、ステアリングハンドル(以下、単に「ハンドル」という)1と、ステアリング軸2と、ステアリングギアボックス3と、ラックアンドピニオン機構6と、タイヤ7とにより構成されている。
The
車両用操舵制御装置は、ステアリング軸2に取り付けられたトルクセンサ4およびアシストモータ(以下、単に「モータ」という)5と、ハンドル1に取り付けられたハンドル角センサ9と、モータ5を制御する制御ユニット8と、各要素4、5、9を制御ユニット8に接続するケーブルとにより構成されている。
The vehicle steering control device includes a
なお、車両用操舵制御装置は、当然ながら、各要素4、5、9および制御ユニット8への給電を行う電源装置(車載バッテリ)も含むが、自明なのでここでは省略する。
また、図1では図示を省略するが、後述するように、モータ5には、公知の制御回路が内蔵されている。
The vehicle steering control device naturally includes a power supply device (on-vehicle battery) that supplies power to each of the
Although not shown in FIG. 1, the
ハンドル1は、ステアリング軸2の上端に連結されており、車両の運転者により操舵される。ハンドル1には、運転者による操舵トルクThが加えられ、この操舵トルクTh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Thに応じた操舵トルク信号Th(s)(検出信号)を発生する。
また、ハンドル1に取り付けられているハンドル角センサ9は、運転者の操舵によるハンドル1の回転角度をハンドル角θhとして検出し、ハンドル角信号θh(s)を出力する。
The
The handle angle sensor 9 attached to the
電動式のモータ5は、減速ギア(図示せず)を介してステアリング軸2に結合されており、制御ユニット8の制御下で駆動され、操舵トルクThをアシストするための補助トルクTsをステアリング軸2に与える。
ステアリングギアボックス3は、ステアリング軸2の下端に設けられている。
ステアリング軸2に与えられる操舵トルクThおよび補助トルクTsを加え合わせた合成トルクは、ステアリングギアボックス3を通じて数倍にされ、ラックアンドピニオン機構6を通じて、タイヤ7を操作する。
The
The
The combined torque obtained by adding the steering torque Th and the auxiliary torque Ts applied to the
次に、図1に示したこの発明の実施の形態1に係る車両用操舵制御装置の全体的な動作について説明する。
制御ユニット8は、トルクセンサ4からの操舵トルク信号Th(s)と、ハンドル角センサ9からのハンドル角信号θh(s)と、モータ5からのモータ駆動電流信号Im(s)(検出信号)およびモータ駆動電圧信号Vm(s)(検出信号)とを入力情報とした演算処理に基づき、モータ5に対して、駆動目標電流に対応した制御信号Im(t)を供給する。
Next, the overall operation of the vehicle steering control apparatus according to
The control unit 8 includes a steering torque signal Th (s) from the
図1の車両用操舵制御装置は、トルクセンサ4により、運転者がハンドル1を操作したときの操舵トルクThを操舵トルク信号Th(s)として検出し、制御ユニット8により、操舵トルク信号Th(s)に応じて、操舵トルクThを補助するための補助トルクTsを発生させることを主な機能とする。
1 detects the steering torque Th when the driver operates the
すなわち、制御ユニット8は、モータ駆動電流信号Im(s)(モータ5の駆動電流Imの検出値)と、モータ駆動電圧信号Vm(s)(モータ5の駆動電圧Vmの検出値)と、操舵トルク信号Th(s)とに基づき、補助トルクTsを発生するための制御信号Im(t)を演算し、制御信号Im(t)をモータ5に供給する。
That is, the control unit 8 controls the motor drive current signal Im (s) (the detected value of the drive current Im of the motor 5), the motor drive voltage signal Vm (s) (the detected value of the drive voltage Vm of the motor 5), and the steering. Based on the torque signal Th (s), a control signal Im (t) for generating the auxiliary torque Ts is calculated, and the control signal Im (t) is supplied to the
力学的には、操舵トルクThと補助トルクTsとの和は、ステアリング軸2に加わるステアリング軸反力トルクTt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を回転させるときには、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Ttは、モータ角速度wおよび慣性モーメントJに基づくモータ5の慣性トルクJ・dw/dtを用いて、以下の式(1)で与えられる。
Mechanically, the sum of the steering torque Th and the auxiliary torque Ts rotates the
Further, since the inertia term of the
Tt=Th+Ts−J・dw/dt ・・・(1) Tt = Th + Ts−J · dw / dt (1)
また、モータ5による補助トルクTsは、モータ5とステアリング軸2との間の減速ギアの減速ギア比Grと、モータ5のトルク定数Ktとを用いて、以下の式(2)で与えられる。
The auxiliary torque Ts by the
Ts=Gr・Kt・Im ・・・(2) Ts = Gr · Kt · Im (2)
ステアリング軸反力トルクTtは、実際の路面反力トルクTaと、ステアリング機構10内の摩擦トルクTfrとの和であり、また、モータ5における摩擦トルクTfmと、ステアリング機構10の摩擦トルクTfpとを用いて、以下の式(3)で与えられる。
The steering shaft reaction force torque Tt is the sum of the actual road surface reaction force torque Ta and the friction torque Tfr in the
Tt=Ta+Tfr
=Ta+(Gr・Tfm+Tfp) ・・・(3)
Tt = Ta + Tfr
= Ta + (Gr · Tfm + Tfp) (3)
式(3)において、ステアリング機構10の摩擦トルクTfp(=Tfr−Tfm・Gr)は、モータ5における摩擦トルクTfmを除く値である。
In equation (3), the friction torque Tfp (= Tfr−Tfm · Gr) of the
制御ユニット8は、モータ5の駆動電流Imに対する目標値を演算して、制御信号Im(t)を発生し、モータ5の実際の駆動電流Imは、制御信号Im(t)と一致するように制御される。
この結果、モータ5は、上記式(2)のように、駆動電流Imの値にトルク定数Ktとギア比Gr(モータ5とステアリング軸2との間のギア比)とを乗算した所定の補助トルクTsを発生し、運転者が操舵するときの操舵トルクThをアシストする。
The control unit 8 calculates a target value for the drive current Im of the
As a result, the
図2は制御ユニット8の機能構成を示すブロック図であり、モータ5内の制御回路および各種センサ手段とともに示している。
図2において、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、モータ角速度検出器13と、モータ角加速度検出器14と、ハンドル角検出器15と、操舵トルク変化率演算手段16と、ハンドル角変化率演算手段17と、補助トルク決定ブロック18と、モータ電流決定器19と、減算器からなるモータ電流比較器20と、モータ駆動器21と、モータ電流検出器22と、外乱発生検出手段23とを備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the control unit 8 and shows a control circuit in the
In FIG. 2, the control unit 8 includes a
車速検出器11は、車両の車速Vを受けて車速信号V(s)を出力する。
トルクセンサ4(図1)を含む操舵トルク検出器12は、操舵トルクThを受けて操舵トルク信号Th(s)を出力する。
モータ5内の制御回路と協働するモータ角速度検出器13は、モータ5のモータ角速度wを受けてモータ角速度信号w(s)を出力する。
The
The steering torque detector 12 including the torque sensor 4 (FIG. 1) receives the steering torque Th and outputs a steering torque signal Th (s).
The motor
モータ角加速度検出器14は、モータ角速度信号w(s)を微分して、モータ角加速度信号Am(s)を出力する。
ハンドル角センサ9(図1)を含むハンドル角検出器15は、ハンドル角θhを受けてハンドル角信号θh(s)を出力する。
操舵トルク変化率演算手段16は、操舵トルク信号Th(s)を受けて操舵トルク変化率信号dTh(s)を出力する。
ハンドル角速度演算手段17は、ハンドル角信号θh(s)を微分して、ハンドル角速度信号dθh(s)を出力する。
The motor
The
The steering torque change rate calculating means 16 receives the steering torque signal Th (s) and outputs a steering torque change rate signal dTh (s).
The steering wheel angular velocity calculation means 17 differentiates the steering wheel angle signal θh (s) and outputs a steering wheel angular velocity signal dθh (s).
外乱発生検出手段23は、操舵トルク変化率信号dTh(s)およびハンドル角速度信号dθh(s)を受けて外乱発生を検出し、外乱トルク検出信号D_flag(s)を出力する。外乱発生検出手段23の具体的構成は、公知の技術(たとえば、特開2002−264832号公報参照)により実現可能である。
The disturbance
補助トルク決定ブロック18は、車速信号V(s)と、操舵トルク信号Th(s)と、モータ角速度信号w(s)と、モータ加速度信号Am(s)と、外乱トルク検出信号D_flag(s)とを受けて、モータ5が発生する補助トルクTsに対応する補助トルク信号Ts(s)を発生する。
モータ電流決定器19は、補助トルク信号Ts(s)を受けて、実際に補助トルクTsを発生させるための、モータ5の駆動電流Imに対する電流目標値Ir(s)を出力する。
The auxiliary
The motor current determiner 19 receives the auxiliary torque signal Ts (s) and outputs a target current value Ir (s) for the drive current Im of the
モータ電流比較器20、モータ駆動器21およびモータ電流検出器22は、モータ5を駆動するために設けられている。
モータ電流検出器22は、モータ5の実際の駆動電流Imに相当するモータ駆動電流信号Im(s)を出力する。
The motor
The
モータ電流比較器20は、電流目標値Ir(s)とモータ駆動電流信号Im(s)とを比較し、両者の電流偏差(Ir(s)−Im(s))を出力する。
モータ駆動器21は、電流目標値Ir(s)と駆動電流信号Im(s)との電流偏差を「0」とするように、モータ5を駆動する。
The motor
The
図3は図2内の補助トルク決定ブロック18の機能構成を示すブロック図である。
図3において、補助トルク決定ブロック18は、アシストマップ補償器30と、慣性補償器31と、粘性補償器32と、外乱補償器33と、加算器34とを備えている。
補助トルク決定ブロック18内の外乱補償器33の詳細機能に関しては、この発明の主要件に相当するので後述する。
FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the auxiliary
In FIG. 3, the auxiliary
The detailed function of the
アシストマップ補償器30は、車速信号V(s)および操舵トルク信号Th(s)を受けて、アシストマップ補償トルク信号map(s)を出力する。
慣性補償器31は、車速信号V(s)およびモータ角加速度信号Am(s)を受けて、慣性補償トルク信号iner(s)を出力する。
粘性補償器32は、車速信号V(s)およびモータ角速度信号w(s)を受けて、粘性補償トルク信号damp(s)を出力する。
外乱補償器33は、操舵トルク信号Th(s)とハンドル角速度信号dθh(s)と外乱トルク検出信号D_flag(s)とを受けて、外乱補償トルク信号dist(s)を出力する。
The
The
The
The
なお、図1〜図3では、補助トルク決定ブロック18の補償器機能として、アシストマップ補償器30と、慣性補償器31と、粘性補償器32と、外乱補償器33とに限定したが、この他に様々な補償器機能を備えていてもよい。
同様に、補助トルク決定ブロック18への入力信号として、車速信号V(s)と、操舵トルク信号Th(s)と、モータ角加速度信号Am(s)と、モータ角速度信号w(s)と、ハンドル角速度信号dθh(s)と外乱トルク検出信号D_flag(s)とに限定したが、この他にも様々な入力信号を用いてもよい。
1 to 3, the compensator function of the auxiliary
Similarly, as input signals to the auxiliary
次に、図1〜図3とともに、図4のタイミングチャート(外乱補償器33が無い場合)を参照しながら、補助トルク決定ブロック18内の外乱補償器33の必要性について詳細に説明する。
図4には、轍などによる外乱が発生した場合のステアリング軸2における動的な状態量(ハンドル角θh、ハンドル角速度dθh)と、静的な状態量(操舵トルクTh)との相互関係が時間変化で示されている。
Next, the necessity of the
FIG. 4 shows the correlation between the dynamic state quantity (steering wheel angle θh, steering wheel angular speed dθh) and the static state quantity (steering torque Th) in the
図4において、左側(a)には、運転者がハンドル1を弱く保持(保舵)した場合(たとえば、片手保舵状態や、ハンドル1に手を添えている状態など)の各状態量が示されており、右側(b)には、運転者がハンドル1を強く保持(保舵)した場合の各状態量が示されている。
In FIG. 4, on the left side (a), each state quantity when the driver holds the
図4(a)、(b)のいずれの場合にも、外乱トルクによる「ハンドル取られ」が発生しているが、その発生傾向に違いがある。
すなわち、図4(a)内の破線枠から分かるように、運転者がハンドル1を弱く保持しているときに外乱が発生した場合には、ハンドル1が多く回るので、動的な状態量への影響が大きくなる。一方、図4(b)内の破線枠のように、運転者がハンドル1を強く保持している場合には、ハンドル1が回りにくいので、動的な状態量への影響は小さいが、静的な状態量への影響が大きくなる。
In both cases shown in FIGS. 4A and 4B, “steering off” occurs due to disturbance torque, but there is a difference in the tendency of the occurrence.
That is, as can be seen from the broken line frame in FIG. 4A, when a disturbance occurs while the driver is holding the
図4(a)、(b)のように、運転者の保舵状況によって、静的な状態量および動的な状態量への影響度合いが変化するので、静的な状態量と動的な状態量との両方を適切に抑制する必要がある。
この発明の実施の形態1によれば、静的な状態量と動的な状態量とに基づき、外乱補償トルク信号dist(s)を決定することにより、両方の状態量への影響を低減することができる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the static state quantity and the dynamic state quantity change depending on the driver's steering condition. It is necessary to appropriately suppress both the state quantity.
According to the first embodiment of the present invention, the disturbance compensation torque signal dist (s) is determined based on the static state quantity and the dynamic state quantity, thereby reducing the influence on both state quantities. be able to.
次に、図5を参照しながら、この発明の特徴である外乱補償器33の具体的な動作について説明する。
図5は補助トルク決定ブロック18内の外乱補償器33(図3)の具体的な機能構成を示すブロック図である。
図5において、外乱補償器33は、第1のゲインG1を有する乗算器40と、第2のゲインG2を有する乗算器41と、乗算器40、41の出力パラメータ値を加算する加算器42と、加算器42の出力値に上下限を設定する上下限設定手段43と、外乱補償トルク決定手段44とを備えている。
Next, a specific operation of the
FIG. 5 is a block diagram showing a specific functional configuration of the disturbance compensator 33 (FIG. 3) in the auxiliary
In FIG. 5, the
以下、図6のフローチャートを参照しながら、図5に示した外乱補償器33内の各ブロックの一連の動作について説明する。
図6において、動作ルーチンの開始(START)から終了(END)までの間には、ステップS1〜S9の処理が含まれている。
Hereinafter, a series of operations of each block in the
In FIG. 6, the processing of steps S1 to S9 is included from the start (START) to the end (END) of the operation routine.
また、図5内に示すように、ステップS1は乗算器40の処理に対応し、ステップS2は乗算器41の処理に対応し、ステップS3は加算器42の処理に対応する。さらに、ステップS4は上下限設定手段43の処理に対応し、ステップS5〜S8は外乱補償トルク決定手段44の処理に対応する。
Further, as shown in FIG. 5, step S1 corresponds to the processing of the
まず、外乱補償器33は、操舵トルク信号Th(s)をメモリに読み込み、乗算器40において、操舵トルク信号Th(s)に第1のゲインG1を乗算して、第1のパラメータPa1(s)を求める(ステップS1)。
また、ハンドル角速度信号dθh(s)をメモリに読み込み、乗算器40において、ハンドル角速度信号dθh(s)に第2のゲインG2を乗算して、第2のパラメータPa2(s)を求める(ステップS2)。
First, the
Further, the steering wheel angular velocity signal dθh (s) is read into the memory, and the
次に、加算器42において、第1のパラメータPa1(s)と第2のパラメータPa2(s)とを加算して、加算パラメータ値Pa_sum(s)を求める(ステップS3)。
この際、第1および第2のパラメータPa1(s)、Pa2(s)に、それぞれ不感帯を設定してもよい。
Next, the
At this time, a dead zone may be set for each of the first and second parameters Pa1 (s) and Pa2 (s).
続いて、上下限値設定手段43において、加算パラメータ値Pa_sum(s)があらかじめ設定されている上下限値を超えている場合は上下限クリップ処理を行う(ステップS4)。
このとき、あらかじめ設定されている上下限値は、車速信号V(s)に応じて可変設定されてもよい。また、第1および第2のパラメータPa1(s)、Pa2(s)のそれぞれに、上下限値を設定してもよい。
Subsequently, in the upper / lower limit value setting means 43, when the addition parameter value Pa_sum (s) exceeds the preset upper / lower limit value, the upper / lower limit clip process is performed (step S4).
At this time, the preset upper and lower limit values may be variably set according to the vehicle speed signal V (s). Further, upper and lower limit values may be set for each of the first and second parameters Pa1 (s) and Pa2 (s).
次に、外乱トルク検出信号D_flag(s)をメモリに読み込み(ステップS5)、外乱補償トルク決定手段44において、外乱トルク検出信号D_flag(s)の有無または大小に基づいて、外乱発生状態であるか否かを判定する(ステップS6)。
Next, the disturbance torque detection signal D_flag (s) is read into the memory (step S5), and the disturbance compensation
ステップS6において、外乱発生状態である(すなわち、Yes)と判定されれば、外乱補償トルク信号dist(s)を、ステップS4の演算結果である制限補償値Pre_dist(s)として(ステップS7)、ステップS9に進む。
一方、ステップS6において、外乱発生状態でない(すなわち、No)と判定されれば、外乱補償トルク信号dist(s)を「0」として(ステップS8)、ステップS9に進む。
If it is determined in step S6 that a disturbance has occurred (that is, Yes), the disturbance compensation torque signal dist (s) is set as the limit compensation value Pre_dist (s) that is the calculation result of step S4 (step S7). Proceed to step S9.
On the other hand, if it is determined in step S6 that the disturbance is not generated (that is, No), the disturbance compensation torque signal dist (s) is set to “0” (step S8), and the process proceeds to step S9.
最後に、外乱補償トルク決定手段44は、外乱補償トルク信号dist(s)を出力し(ステップS9)、図6の処理ルーチンを終了する。
以下、外乱補償トルク信号dist(s)は、補助トルク決定ブロック18内の加算器34(図3)に入力され、アシストマップ補償トルク信号map(s)、慣性補償トルク信号iner(s)および粘性補償トルク信号damp(s)とともに加算されて、補助トルク信号Ts(s)として補助トルク決定ブロック18から出力される。
Finally, the disturbance compensation torque determining means 44 outputs a disturbance compensation torque signal dist (s) (step S9), and the processing routine of FIG.
Hereinafter, the disturbance compensation torque signal dist (s) is input to the adder 34 (FIG. 3) in the auxiliary
このように、静的な状態量である操舵トルク信号Th(s)と、動的な状態量であるハンドル角速度信号dθh(s)とに基づいて、外乱補償トルク信号dist(s)を決定することにより、結果として、静的な状態量への影響と動的な状態量への影響の両方を適切に抑制することが可能となる。 As described above, the disturbance compensation torque signal dist (s) is determined based on the steering torque signal Th (s) that is a static state quantity and the steering wheel angular velocity signal dθh (s) that is a dynamic state quantity. As a result, both the influence on the static state quantity and the influence on the dynamic state quantity can be appropriately suppressed.
ここで、図7のタイミングチャート(外乱補償器33が有る場合)を参照しながら、この発明の実施の形態1を適用した場合の効果について説明する。
図7においては、前述の図4と同様に、轍などによる外乱が発生した場合のステアリング軸2における動的な状態量(ハンドル角θh、ハンドル角速度dθh)と、静的な状態量(操舵トルクTh)との時間変化が、保舵状況に応じて示されている。
Here, the effects when the first embodiment of the present invention is applied will be described with reference to the timing chart of FIG. 7 (when the
In FIG. 7, as in FIG. 4 described above, the dynamic state quantities (steering wheel angle θh, steering wheel angular speed dθh) and static state quantities (steering torque) in the case where a disturbance due to wrinkles or the like occurs. The time change with Th) is shown according to the steering condition.
図7において、実線の挙動曲線は、外乱補償器33が有る場合の挙動を示し、破線の挙動曲線は、外乱補償器33が無い場合(図4)の挙動を示しており、外乱補償器33の有無による差異を対比して示している。
外乱補償器33は、上述したように、静的な状態量と動的な状態量との両方を考慮して外乱補償トルク信号dist(s)を決定するので、図7に示すように、運転者の保舵状況によらず、静的な状態量および動的な状態量への影響を適切に抑制(白抜き矢印参照)することが可能となる。
In FIG. 7, the solid behavior curve indicates the behavior when the
As described above, the
以上のように、この発明の実施の形態1に係る車両用操舵制御装置は、運転者による車両のステアリング軸2への操舵トルクThを検出する操舵トルク検出手段(トルクセンサ4、操舵トルク検出器12)と、少なくとも操舵トルクThに応じた補助トルクTsを発生するモータ5と、車両に対する外乱の発生を検出する外乱発生検出手段23と、外乱発生検出手段23が外乱の発生を検出した際に、モータ5への外乱補償トルク信号dist(s)(外乱補償トルク指令値)を決定する外乱補償器33とを備えている。
As described above, the vehicle steering control apparatus according to the first embodiment of the present invention is the steering torque detecting means (
外乱補償器33は、ステアリング軸2に発生する静的な状態量に基づく第1のパラメータPa1(s)と、ステアリング軸2に発生するか、または、車両の挙動に表れる動的な状態量に基づく第2パラメータPa2(s)とを用いて、外乱補償トルク信号dist(s)を決定する。
The
具体的には、外乱補償器33は、あらかじめ設定された第1のゲインG1と第2のゲインとを有する。第1のパラメータPa1(s)は、外乱による静的な状態量への影響が小さくなるように、静的な状態量に第1のゲインG1を乗算した値であり、第2のパラメータPa2(s)は、外乱による動的な状態量への影響が小さくなるように、動的な状態量に第2のゲインG2を乗算した値であり、外乱補償器33は、第1のパラメータPa1(s)と第2のパラメータPa2(s)とを加算することにより外乱補償トルク信号dist(s)を決定する。
Specifically, the
これにより、轍や横風、カントのような外乱が発生した場合に、外乱による動的な状態量と静的な状態量との両方に対する影響を考慮して、外乱の影響を軽減するために最適な外乱補償トルク信号dist(s)を発生して、運転者の負荷軽減と安定な操舵状態との両方を実現することができる。 As a result, when disturbances such as dredging, crosswinds, and cantes occur, it is optimal to reduce the influence of disturbances by considering the effects of both disturbances on dynamic and static state quantities. The disturbance compensation torque signal dist (s) can be generated to realize both the driver's load reduction and a stable steering state.
静的な状態量は、操舵トルクThまたは車両の車輪7が路面から受ける路面反力トルクTaを含み、動的な状態量は、ステアリング軸2のハンドル角θhおよびハンドル角速度dθh、車両のヨーレート、横加速度および横滑り角のうちの少なくとも1つを含む。
The static state quantity includes the steering torque Th or the road surface reaction torque Ta received by the vehicle wheel 7 from the road surface. The dynamic state quantity includes the steering wheel angle θh and the steering wheel angular velocity dθh of the
また、外乱補償器33は、上下限設定手段43を含み、外乱補償トルク信号dist(s)に上限値および下限値を設定することにより、通常の動作範囲内で補助トルクTsを補正する。
さらに、必要であれば、外乱補償器33は、第1および第2のパラメータPa1(s)、Pa2(s)のそれぞれに不感帯を設定し、無駄なハンチング制御を回避する。
The
Furthermore, if necessary, the
なお、上記実施の形態1では、第1のパラメータPa1(s)を決定するために、操舵トルク信号Th(s)を用いたが、操舵トルクThに基づいて決定されるアシストマップ補償トルク信号map(s)のように、操舵トルクThに相当する状態量や、操舵トルクThに基づくモータ駆動電流信号Im(s)を使用しても同義である。 In the first embodiment, the steering torque signal Th (s) is used to determine the first parameter Pa1 (s). However, the assist map compensation torque signal map determined based on the steering torque Th is used. As in (s), the use of a state quantity corresponding to the steering torque Th and a motor drive current signal Im (s) based on the steering torque Th are also synonymous.
また、第2のパラメータPa2(s)を決定するために、ハンドル角速度信号dθh(s)を用いたが、ハンドル角速度dθhに対して1/Gr倍の関係にあるモータ角速度信号w(s)を使用しても同義である。また、ハンドル角速度dθhに代えて、単にハンドル角θhを使用してもよい。 In order to determine the second parameter Pa2 (s), the steering wheel angular velocity signal dθh (s) is used, but the motor angular velocity signal w (s) having a 1 / Gr-fold relationship with respect to the steering wheel angular velocity dθh is used. Use is synonymous. Further, instead of the steering wheel angular velocity dθh, the steering wheel angle θh may be simply used.
また、第1のパラメータPa1(s)を決定するために、ステアリング軸2に発生する静的な状態量である路面反力トルクTaを用いてもよく、操舵トルクThおよび路面反力トルクTaの両方を用いてもよい。
このように、路面反力トルクTaを用いることにより、路面から発生する外乱トルクを高精度に検出することが可能となり、外乱による影響をさらに効果的に抑制することが可能となる。
Further, in order to determine the first parameter Pa1 (s), the road surface reaction force torque Ta, which is a static state quantity generated in the
Thus, by using the road surface reaction force torque Ta, it becomes possible to detect the disturbance torque generated from the road surface with high accuracy, and to further effectively suppress the influence of the disturbance.
なお、路面反力トルクTaは、タイヤ7に検出器(ロードセルなど)を取り付けることによって求めることができる。または、公知(たとえば、特開2003−312521号公報)のように、車両用操舵制御装置の制御ユニット8を構成するマイクロコンピュータにより、路面反力トルクTaを演算で求めることもできる。 The road surface reaction force torque Ta can be obtained by attaching a detector (such as a load cell) to the tire 7. Alternatively, as is publicly known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-312521), the road surface reaction force torque Ta can be calculated by a microcomputer that constitutes the control unit 8 of the vehicle steering control device.
また、第2のパラメータPa2(s)を決定するために、車両挙動に表れる動的な状態量(ヨーレート、横加速度、横滑り角、のいずれか)を用いることや、ステアリング軸2および車両に表れる動的な状態量を複数用いてもよい。
このように、車両挙動を表す動的な状態量に基づいて第2のパラメータPa2(s)を決定することにより、外乱による車両挙動への影響を効果的に抑制可能となる。この結果、第1のパラメータPa1(s)により得られる操舵感の向上と、第2のパラメータPa2(s)により得られる安定した車両挙動との両立が可能となる。
なお、ヨーレートはヨーレートセンサ、横加速度は横加速度センサ、横滑り角は横滑り角センサを取り付ける構成とすることで検出することができる。
In addition, in order to determine the second parameter Pa2 (s), a dynamic state quantity (any one of yaw rate, lateral acceleration, and sideslip angle) appearing in the vehicle behavior is used, or appears in the
As described above, by determining the second parameter Pa2 (s) based on the dynamic state quantity representing the vehicle behavior, the influence on the vehicle behavior due to the disturbance can be effectively suppressed. As a result, it is possible to improve both the steering feeling obtained by the first parameter Pa1 (s) and the stable vehicle behavior obtained by the second parameter Pa2 (s).
The yaw rate can be detected by attaching a yaw rate sensor, the lateral acceleration is a lateral acceleration sensor, and the skid angle can be detected.
さらに、外乱補償器33は、外乱補償トルク信号dist(s)の決定において、車速信号V(s)を使用しなかったが、車両の車速Vに応じて外乱補償トルク信号dist(s)を補正してもよい。
すなわち、あらかじめ設定された車速信号V(s)のマップにより、外乱補償トルク信号dist(s)を補正してもよく、第1および第2のゲインG1、G2を車速信号V(s)に応じて補正してもよい。
Further, the
That is, the disturbance compensation torque signal dist (s) may be corrected by a preset map of the vehicle speed signal V (s), and the first and second gains G1 and G2 are set according to the vehicle speed signal V (s). May be corrected.
1 ハンドル、2 ステアリング軸、4 トルクセンサ、5 モータ、7 タイヤ、8 制御ユニット(ECU)、9 ハンドル角センサ、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 モータ角速度検出器、14 モータ角加速度検出器、15 ハンドル角検出器、16 操舵トルク変化率演算手段、17 ハンドル角速度演算手段、18 補助トルク決定ブロック、19 モータ電流決定器、20 モータ電流比較器(減算器)、21 モータ駆動器、22 モータ電流検出器、23 外乱発生検出手段、30 アシストマップ補償器、31 慣性補償器、32 粘性補償器、33 外乱補償器、40、41 乗算器、42 加算器、43 上下限設定手段、44 外乱補償トルク決定手段、dist(s) 外乱補償トルク信号(外乱補償トルク指令値)、G1 第1のゲイン、G2 第2のゲイン、Pa1(s) 第1のパラメータ、Pa2(s) 第2のパラメータ。
1 steering wheel, 2 steering shaft, 4 torque sensor, 5 motor, 7 tires, 8 control unit (ECU), 9 steering wheel angle sensor, 10 steering mechanism, 11 vehicle speed detector, 12 steering torque detector, 13 motor angular velocity detector, DESCRIPTION OF
Claims (5)
少なくとも前記操舵トルクに応じた補助トルクを発生するモータと、
前記車両に対する外乱の発生を検出する外乱発生検出手段と、
前記外乱発生検出手段が外乱の発生を検出した際に、前記モータへの外乱補償トルク指令値を決定する外乱補償器とを備え、
前記外乱補償器は、
前記ステアリング軸に発生する静的な状態量に基づく第1のパラメータと、
前記ステアリング軸に発生するか、または、前記車両の挙動に表れる動的な状態量に基づく第2パラメータとを有し、
前記第1のパラメータと前記第2のパラメータとを加算することにより前記外乱補償トルク指令値を決定することを特徴とする車両用操舵制御装置。 Steering torque detection means for detecting steering torque to the steering shaft of the vehicle by the driver;
A motor that generates at least auxiliary torque according to the steering torque;
Disturbance occurrence detecting means for detecting the occurrence of disturbance to the vehicle;
A disturbance compensator for determining a disturbance compensation torque command value to the motor when the disturbance occurrence detecting means detects the occurrence of disturbance;
The disturbance compensator is:
A first parameter based on a static state quantity generated in the steering shaft;
Or generated in the steering shaft, or a second parameter based on the dynamic state amount appearing on the behavior of the vehicle,
The vehicle steering control apparatus, wherein the disturbance compensation torque command value is determined by adding the first parameter and the second parameter .
前記動的な状態量は、前記ステアリング軸のハンドル角およびハンドル角速度、前記車両のヨーレート、横加速度および横滑り角のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の車両用操舵制御装置。 The static state quantity includes the steering torque or a road surface reaction torque received by a wheel of the vehicle from a road surface,
2. The vehicle steering according to claim 1 , wherein the dynamic state quantity includes at least one of a steering wheel angle and a steering wheel angular velocity of the steering shaft, a yaw rate, a lateral acceleration, and a skid angle of the vehicle. Control device.
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