JP2003285758A - Electric steering controller - Google Patents

Electric steering controller

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JP2003285758A
JP2003285758A JP2002090006A JP2002090006A JP2003285758A JP 2003285758 A JP2003285758 A JP 2003285758A JP 2002090006 A JP2002090006 A JP 2002090006A JP 2002090006 A JP2002090006 A JP 2002090006A JP 2003285758 A JP2003285758 A JP 2003285758A
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angle
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Toshihiro Takahashi
俊博 高橋
Hidekazu Ono
英一 小野
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Toyoda Koki KK
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent change of viscosity coefficient to an abnormal value when steering angle is small and steering speed is high. <P>SOLUTION: A block diagram shows processing contents of an assist control part 20. An EPS full action force calculation part 3001 calculates an EPS full action force based on a pinion rotation angle θ<SB>p</SB>and angular velocity ω<SB>p</SB>. A rack thrust calculation part 3002 calculates a rack thrust based on a pinion torque T<SB>p</SB>and a motor torque T<SB>m</SB>. A disturbance torque calculation part 3003 calculates a disturbance torque T<SB>d</SB>based on a difference between the EPS full action force and the rack thrust. A side slip angle calculation part 3004 calculates a side slip angle α<SB>f</SB>based on the pinion rotation angle θ<SB>p</SB>and a car speed u. A SAT/internal resistance calculation part 3005 estimates gradient κand viscosity coefficient ρ based on the pinion angular velocity ω<SB>p</SB>, the side slip angle α<SB>f</SB>, and the disturbance torque T<SB>d</SB>. At this time, the estimated gradient κand viscosity coefficient ρ are not updated while the steering cycle is shorter than a predetermined value. The viscosity coefficient ρ is read out for control by an assist torque calculation part 3006. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は車両の操舵装置に関
し、特にその制御に関する。 【0002】 【従来の技術】出願人らは、特願2000−37070
4にて、路面から車輪に入力されるセルフアライニング
トルク(以下、SATと略す)による外力と、モータの
クーロン摩擦と装置内部の粘性摩擦による内部抗力(粘
性トルク)の和を外乱トルクT dとして算出し、そこか
らSATの前輪の横滑り角αfに対する勾配κと、粘性
トルクと操舵速度ωpの比として粘性係数ρを随時推定
して、推定された粘性係数ρを更新しつつ、それを用い
て操舵アシストトルクの発生量を制御する操舵装置の制
御装置を出願している。 【0003】この技術は、それ以前における粘性係数ρ
を一定値とした操舵アシストトルクの発生量を制御する
操舵装置の制御装置では、内部抗力(粘性トルク)が経
年変化や車両間のばらつきによる個々の車両に対応でき
ないなどの問題点を解決するためになされたものであ
る。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】上記先行出願の発明に
よると、操舵角が小さく操舵速度が速い操舵を行うと粘
性係数ρの推定が正常に行われず、推定値の精度が急激
に悪化するという問題が残っていた。そこで本発明は、
SATの前輪の横滑り角αfに対する勾配κと、粘性ト
ルクと操舵速度ωpの比として粘性係数ρを随時推定し
て、推定された粘性係数ρを用いる場合に、操舵角が小
さく操舵速度が速い操舵を行った場合でも粘性係数ρの
推定値が異常値を取らないことを目的とする。 【0005】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め請求項1の手段によれば、電気モータによりアシスト
トルクを付与するようにした電気式操舵制御装置におい
て、操舵角速度に依存した反力を与える操舵系の粘性係
数に関連する物理量である粘性係数関連値を推定する粘
性係数関連値推定手段と、操舵周期を検出する操舵周期
検出手段と、操舵周期検出手段により検出された操舵周
期が所定値よりも短い期間においては、前記粘性係数関
連値推定手段により粘性係数関連値を推定することな
く、当該操舵周期が所定値よりも短い期間に入る前に推
定された粘性係数関連値を現時刻での推定値とする補正
手段と、粘性係数関連値推定手段及び補正手段により推
定された粘性係数関連値に基づいてアシストトルクを制
御するアシストトルク制御手段とを有することを特徴と
する。 【0006】 【作用及び発明の効果】操舵角が小さく操舵速度が速い
操舵を行った場合には当該操舵周期が小さくなる。そこ
で、操舵周期が所定値よりも短い期間においては、それ
以前に推定された正常な粘性係数関連値を現時刻での推
定値とすれば、粘性係数関連値が異常値を示すことはな
くなる。これにより、操舵角が小さく操舵速度が速い操
舵を行った場合であっても精度の高い粘性係数関連値が
推定でき、アシストトルク制御が確実に行われる。 【0007】 【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例
に限定されるものではない。 【0008】図1は、本発明の一実施例な係る電動パワ
ーステアリング装置100のハードウェア構成図であ
る。以下、本実施例の電動パワーステアリング装置10
0について説明する。 【0009】ステアリングシャフト10の一端には、ス
テアリングホイール11(ハンドル)が取り付けられ、
他端にはギヤボックス12に軸承されたピニオン軸13
が結合されている。ピニオン軸13は、ギヤボックス1
2に嵌装されたラック軸14に噛合され、また図示して
いないが、このラック軸14の両端はボールジョイント
等を介して図略の操向車輪に連結されている。また、ス
テアリングシャフト10には、アシストトルクを付与す
るブラシレス直流モータM(以下、単に「モータM」と
いう)が、2つの歯車17を介して連結されている。 【0010】このモータMには、モータ制御装置200
の駆動回路213より、電流検出器215を介してU,
V,Wの3相に対する各モータ駆動電流iu,iv,i
wが供給される。更に、ステアリングシャフト10に
は、運転者からステアリングホイール(ハンドル)11
に加えられたマニュアル操舵力の大きさ及びその方向
(操舵トルクT)を検出するためのトルク検出器15が
設けられている。 【0011】また、モータMには、その回転角を検出す
る同期用の回転角センサE(エンコーダ)が付設されて
おり、回転角センサEが出力するモータMの回転角θm
に基づいてピニオン回転角(=ハンドルの操舵角)θp
が求められる。モータ制御装置200は、CPU21
0、ROM211、RAM212、駆動回路213、入
力インターフェイス(IF)214、電流検出器215
等から構成されている。駆動回路213は、図略のバッ
テリー、PWM変換器、PMOS駆動回路等から構成さ
れ、チョッパ制御により駆動電流を正弦波にしてモータ
Mに電力を供給する。 【0012】モータ制御装置200のCPU210に
は、上記の回転角θmや、操舵トルクTの検出に利用さ
れるトルクセンサ15、車速Vを与える車速計50等か
らの出力信号(測定値)が、入力インターフェイス(I
F)214を介して入力される。CPU210は、これ
らの入力値から所定のトルク計算に基づいて、モータM
が出力すべきトルク値(指令トルクTm)を決定し、更
に、この指令トルクTmに基づいてd軸とq軸の各電流
指令値(Id*,Iq*)を決定する。だだし、本実施例
においては、「Id*=0」である。 【0013】図2は、本実施例に係わる、電動パワース
テアリング装置100のモータ制御装置200の制御ブ
ロック・ダイヤグラムである。各制御ブロックの入出力
の関係は以下の通りである。トルクセンサ15は操舵ト
ルクを位相補償部21と微分演算部23に出力する。位
相補償部21は位相補償された操舵トルクをアシスト制
御部20に出力する。微分演算部23は操舵トルクの微
分を慣性補償部22に出力する。車速計50は車速をア
シスト制御部20、ダンパ制御部24、ハンドル戻し制
御部26に出力する。モータからは回転角が相対角演算
部60に出力され、操舵角の相対角が計算されて微分演
算部61に出力される。微分演算部61は操舵角の角速
度をダンパ制御部24、ハンドル戻し制御部26に出力
する。アシスト制御部20、慣性制御部22、ダンパ制
御部24、ハンドル戻し制御部26は、上記入力値から
設定された計算式に応じてトルクを出力する。尚、アシ
スト制御部20においては後述する方法により粘性係数
ρhを推定しそれを用いてアシストトルクを決定する。
アシスト制御部20と慣性制御部22の出力するトルク
は操舵速度と同方向、ダンパ制御部24とハンドル戻し
制御部26の出力するトルクは操舵速度と逆方向であ
る。アシスト制御部20、慣性制御部22、ダンパ制御
部24、ハンドル戻し制御部26の出力が加算部28に
て加算され、モータトルクTmとして電流指令演算部3
0に出力される。電流指令演算部30からは電流制御部
40にq軸の電流指令値(Iq*)が出力され、モータ
駆動電流iu,iv,iwとしてモータMに供給され
る。 【0014】図3は、本実施例のアシスト制御部20の
処理内容を示すブロック図である。EPS全作用力算出
部3001では、ピニオン回転角度θpと角速度ωpから
EPS全作用力を算出する。ラック推力算出部3002
では、ピニオントルクTPとモータトルクTmからラック
推力を算出する。外乱トルク算出部3003ではEPS
全作用力とラック推力の差から外乱トルクTdを算出す
る。一方、横滑り角算出部3004ではピニオン回転角
度θpと車速uから横滑り角αfが算出される。SAT/
内部抗力算出部3005ではピニオン角速度ωpと、横
滑り角αfと外乱トルクTdから、勾配κと粘性係数ρと
を推定する。SAT/内部抗力算出部3005の推定し
た勾配κと粘性係数ρとは更新されながら、粘性係数ρ
はアシストトルク演算部3006での制御のために読み
出される。 【0015】Tpは運転者の操舵トルク、ωpはピニオン
角速度(=dθp/dt)であり、ピニオン回転角θp
θp=θS−Tp/KSで求められる。ここで、θSは操舵
角センサで検出した操舵角であり、KSはステアリング
・シャフトのトーションバーのねじれ剛性を示すバネ定
数である。また、バネ定数KSの値が非常に大きい場合
には、θp≒θSと考えても差支えないので、以下、この
様な前提条件のもとに、ピニオン角と操舵角とを区別せ
ずに論ずる場合がある。 【0016】路面反力に起因するトルク(セルフアライ
ニングトルクTS)は、操舵系の運動方程式(次式
(1))に基づいて、式(2)の様に表すことができ
る。 【数1】 Je・dωp/dt=Tp+gTm+TS−ρωp≡d …(1) 【数2】 TS−ρωp=d−Tp−gTm …(2) 【0017】ただし、ここで、Jeは操舵系の回転運動
に関する全慣性(イナーシャ)、Tmはモータ34の出
力トルク(補助トルク)、gは減速機のギヤ比、ρはハ
ンドルの回転に抗する粘性トルクのピニオン角速度ωp
に係わる粘性係数、dは操舵系に作用する全トルクであ
る。 【0018】Tp、ωpは各センサの出力値に基づいて求
めることができ、更に、モータEの出力トルクTmは、
モータEに通電される電流値に基づいて随時推定するこ
とができる。式(1)の全トルクdに関しては、周知の
フィードバック制御の制御理論に基づいて、図4の式
(a)に示すオブザーバ(状態推定器)を構成すること
ができる。ただし、ここで、Gはオブザーバ・ゲイン
(3行×2列の定数行列)であり、dhは全トルクdの
推定値、下付きの添字hはその変数が推定値であること
を示すものである。また、更に、上記の式(a)を前記
のサンプリング周期Δtにて離散化すれば、図4の式
(b),(c)に示す様に離散化された状態方程式を得
ることができる。ただし、ここで、A,Cは定数行列
(3行×3列)、B,Dは定数行列(3行×2列)、x
は操舵系の状態を表す状態ベクトル(3行×1列の縦ベ
クトル)であり、kはサンプリング周期Δtで離散化さ
れた時刻パラメータ(配列引数)である。 【0019】以上のことから、図4の離散化された状態
方程式(式(b),(c))に基づいて、操舵系に作用
する全トルクdの推定値dhを正確に算出できれば、上
記の外乱トルクTS−ρωpは、式(2)より正確に算出
できることが判る。 【0020】上記の粘性係数ρは、温度により変化する
ことが多く、また、パワーステアリング装置の経年、修
理、調整、部品交換、或いは仕様変更等により変動する
場合もある。そこでオンライン最小二乗法に基づいた所
定のアルゴリズムにより粘性係数ρと、セルフアライニ
ングトルクTSを前輪横滑り角αfで除した勾配κを同時
に推定する。 【0021】〔運動方程式により前輪横滑り角αfを推
定する方法〕車両の前輪横滑り角αfは、図4の式
(d)、式(e)で表される運動方程式により、近似或
いは推定できることが一般に知られている。ここで、下
付きの添字fは前輪、下付きの添字rは後輪をそれぞれ
表しており、ν[m/s]は横速度、r[rad/s]
はヨー角速度、u[m/s]は車速、cf[N/ra
d]は前輪のコーナリングパワー、Lf[m]は前輪車
軸と車両重心間の距離、M[kg]は車両質量、I
z[kg・m2]は車両のz軸回りの慣性モーメント、g
hはハンドル角(ピニオン角θp)と実舵角の比である。 【0022】車速u及びピニオン角θpを入力する際の
サンプリング間隔Δtで、この運動方程式(図4の式
(d)、式(e))を離散化することにより、次式
(3),(4)が得られる。 【数3】 z(k+1)=(I+Qu(k)+R/u(k))z(k)+Sθp(k) …(3) 【数4】 αf=(a/u(k),b/u(k))z(k)−cθp(k) …(4) 【0023】ただし、ここで、kはサンプリング周期Δ
tで離散化された第2実施例と同様の時刻パラメータ
(配列引数)であり、zは車体の状態を表す状態ベクト
ル(2行×1列の縦ベクトル)、Iは2行×2列の単位
行列、Qは2行×2列の定数行列で、Sは定数ベクトル
(2行×1列の縦ベクトル)である。また、式(4)の
a,b,cはそれぞれ定数である。以上のことから、図
5に例示する前輪横滑り角αfの推定手順(ステップ7
10〜ステップ780)に従えば、車速u及びピニオン
角θpを随時検出することにより、前輪横滑り角αfの推
定値がリアルタイムで得られることが判る。 【0024】〔粘性係数ρの推定方法〕次に、dh,αf
に基づいて粘性係数ρを推定する。dh,αf、ωp
p、Tm、gが求められたので、次の式(5)で決定さ
れていないものは勾配κと粘性係数ρである。 【数5】 καf−ρωp=d−Tp−gTm …(5) 【0025】ここで、式(5)に対してオンライン最小
2乗法を適用することにより、以下に示す様に、勾配κ
と粘性係数ρとを同時に推定することができる。図6
は、オンライン最小2乗法に基づいて粘性係数ρの値を
推定する推定手順のフローチャートである。本アルゴリ
ズムでは、まず最初に、ステップ810により忘却係数
行列Lの各成分と前記の時刻パラメータkを初期化す
る。λ1,λ2の各値は、粘性係数ρと勾配κの各変動特
性を考慮して、例えば「λ1=0.999,λ2=0.95」など
の様に設定しておけば良い。 【0026】次に、ステップ815により、5つの代数
y,K,q,P,φの初期化をそれぞれ行う。ただし、
ここで、yはスカラー、Kは2行×1列の縦ベクトル
(状態ベクトル)、qは2行×1列の縦ベクトル(粘性
係数ρ,勾配κから成る推定値ベクトル)、Pは2行×
2列の可変行列、φは2行×1列の縦ベクトルで、ρ
0、κ0はそれぞれ粘性係数ρ,勾配κの初期値(適当
な仮定値)、Iは2行×2列の単位行列、cは適当な定
数である。 【0027】ステップ820では、図示する様に、q
(k),y(k),φ(k),K(k)の各値に基づいてq(k+1)の
値を算出する。ステップ830では、図示する様に、
L,P(k),φ(k)の各値に基づいてP(k+1)の値を算出
する。ステップ840では、次のステップ850が周期
Δt毎に実行される様に、ステップ850の次回の実行
時刻を待つ。ステップ850ではkの値を1だけ増加さ
せる。ステップ860では、αf,dh,θp,Tp,Tm
の各値を入力する。ただし、dh、αfについては、同定
済みの推定値を充てる。 【0028】ステップ870では、入力したαf,dh
θp,Tp,Tmの各値に基づいて、図示する様に代数
φ,yの値をそれぞれ更新する。ただし、代数y(k)の
更新は、式(5)に基づいて、d=dhを仮定した上で
実行するものとする。ステップ880では、P(k),φ
(k)の各値に基づいて図示する様に代数K(k)の値を更新
する。ステップ890では、粘性係数ρの推定値を上記
のステップ820で算出した推定値ベクトルq(k)から
求める。以上の処理手順に従えば、粘性係数ρと勾配κ
の推定値を算出することができる。この推定された粘性
係数をρhとおく。 【0029】さて、操舵角が小さく、操舵速度が大きい
場合には粘性係数の推定値が異常値となるため、そのよ
うな場合に粘性係数を異常値に置き替えないことが本実
施例である。これは図3のAT/内部抗力算出部300
5にこの機能をもたせる。 【0030】〔操舵半周期が350ms以下の場合、粘性係
数を置き替えないためのフローチャート〕本実施例装置
は図7に示すフローチャートに従って動作する。図6の
オンライン最小二乗法により求められた粘性係数の推定
値ρhで、前回値を書き換えないよう、操舵半周期フラ
グを条件によりNGとするためのものである。図7のフ
ローチャートでは前回操舵角を記憶させておくことで、
ハンドル中立位置を通過しない操舵であっても、符号の
変化を検出することが可能となる。 【0031】まずステップ101で、ハンドル角につい
てハイパスフィルタ処理が行われる。カットオフ周波数
は例えば2Hzとする。次にステップ102で、ハイパス
フィルタ後のハンドル角の符号が判定される。ハイパス
フィルタ後のハンドル角の符号が正又は0であればステ
ップ103に、ハイパスフィルタ後のハンドル角の符号
が負であればステップ203に進む。 【0032】ステップ103では、ハイパスフィルタ後
のハンドル角の前回値の符号が判定される。ハイパスフ
ィルタ後のハンドル角の前回値の符号が負であればステ
ップ104に、ハイパスフィルタ後のハンドル角の前回
値の符号が正又は0であればステップ107に進む。 【0033】ステップ104では、操舵半周期カウンタ
が粘性係数推定可能最低周期を下回っているかどうかが
判定される。操舵半周期カウンタが粘性係数推定可能最
低周期を下回っていればステップ105に、操舵半周期
カウンタが粘性係数推定可能最低周期を下回っていなけ
ればステップ106に進む。 【0034】ステップ105では、操舵半周期フラグを
NGにセットしてステップ106に進む。ステップ10
6では、操舵半周期カウンタをクリアしてステップ11
0に進む。 【0035】ステップ107では、操舵半周期カウンタ
をインクリメントしてステップ108に進む。ステップ
108では、操舵半周期カウンタが粘性係数推定可能最
低周期以上であるかどうかが判定される。操舵半周期カ
ウンタが粘性係数推定可能最低周期以上であればステッ
プ109に、操舵半周期カウンタが粘性係数推定可能最
低周期未満であればステップ110に進む。ステップ1
09では、操舵半周期フラグをOKにセットしてステッ
プ110に進む。 【0036】ステップ203では、ハイパスフィルタ後
のハンドル角の前回値の符号が判定される。ハイパスフ
ィルタ後のハンドル角の前回値の符号が正又は0であれ
ばステップ204に、ハイパスフィルタ後のハンドル角
の前回値の符号が負であればステップ207に進む。 【0037】ステップ204では、操舵半周期カウンタ
が粘性係数推定可能最低周期を下回っているかどうかが
判定される。操舵半周期カウンタが粘性係数推定可能最
低周期を下回っていればステップ205に、操舵半周期
カウンタが粘性係数推定可能最低周期を下回っていなけ
ればステップ206に進む。 【0038】ステップ205では、操舵半周期フラグを
NGにセットしてステップ206に進む。ステップ20
6では、操舵半周期カウンタをクリアしてステップ11
0に進む。 【0039】ステップ207では、操舵半周期カウンタ
をインクリメントしてステップ208に進む。ステップ
208では、操舵半周期カウンタが粘性係数推定可能最
低周期以上であるかどうかが判定される。操舵半周期カ
ウンタが粘性係数推定可能最低周期以上であればステッ
プ209に、操舵半周期カウンタが粘性係数推定可能最
低周期未満であればステップ110に進む。ステップ2
09では、操舵半周期フラグをOKにセットしてステッ
プ110に進む。 【0040】ステップ110では、ローパスフィルタ後
のハンドル角でローパスフィルタ後のハンドル角前回値
を書き換え、ハイパスフィルタ後のハンドル角でハイパ
スフィルタ後のハンドル角前回値を書き換えて、ステッ
プ101に戻る。 【0041】図8に、入力データを変化させたときの粘
性係数推定データを示す。図8(a)は、車速を20km/h
又は40km/h、操舵速度を2rad/s又は4rad/s、操舵角を2
2.5度付近、45度付近、90度付近、180度付近としたもの
である。操舵速度が4rad/sで操舵角を22.5度付近とした
場合、車速が20km/hであるか40km/hであるかに関わらず
粘性係数として異常値(負の値)が推定された。また、
図8(b)は、車速を20km/h又は40km/h、操舵角を±45
度又は±90度とし、操舵速度を0.5rad/s付近、1rad/s付
近、2rad/s付近、4rad/s付近、8rad/s付近としたもので
ある。操舵速度が8rad/sで操舵角を±45度とした場合、
車速が20km/hであるか40km/hであるかに関わらず粘性係
数として異常値(0又は負の値)が推定された。本発明
ではこれらの異常値により粘性係数が置き替えられいの
で精度良く粘性係数を推定できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a vehicle steering system.
And in particular its control. [0002] 2. Description of the Related Art Applicants have filed Japanese Patent Application No. 2000-37070.
At 4, self-alignment input to the wheels from the road surface
External force due to torque (hereinafter abbreviated as SAT) and motor
Internal drag (cohesive friction) due to Coulomb friction and viscous friction inside the device
The disturbance torque T dCalculated as
SAT's front wheel sideslip angle αfAnd the viscosity κ
Torque and steering speed ωpThe viscosity coefficient ρ as the ratio of
Then, while updating the estimated viscosity coefficient ρ,
Of a steering device that controls the amount of steering assist torque
Application for control equipment. [0003] This technique employs an earlier viscosity coefficient ρ
To control the amount of steering assist torque with a constant value
In the control device of the steering system, internal drag (viscous torque) is generated.
It can respond to individual vehicles due to annual changes and variations between vehicles
It was made to solve problems such as
You. [0004] SUMMARY OF THE INVENTION
According to this, when steering with a small steering angle and a high steering speed is performed,
The estimation of the sex coefficient ρ is not performed normally, and the accuracy of the estimated value is sharp.
The problem remained worse. Therefore, the present invention
SAT front wheel sideslip angle αfAnd the viscosity κ
Look and steering speed ωpThe viscosity coefficient ρ as the ratio of
Therefore, when using the estimated viscosity coefficient ρ, the steering angle is small.
Even when the steering speed is high, the viscosity coefficient ρ
The purpose is to ensure that the estimates do not take outliers. [0005] Means for Solving the Problems To solve the above problems,
According to the first aspect, the electric motor assists
Electric steering control device that applies torque
The viscosity of the steering system that gives a reaction force depending on the steering angular velocity.
The viscosity to estimate the viscosity coefficient related value, which is a physical quantity related to numbers
Sex coefficient related value estimating means and steering cycle for detecting steering cycle
Detecting means, and a steering circumference detected by the steering cycle detecting means.
If the period is shorter than the predetermined value, the viscosity coefficient
Do not estimate the viscosity coefficient related value by the continuous value estimation means.
Before the steering cycle enters a period shorter than the predetermined value.
Correction of the determined viscosity coefficient related value as the estimated value at the current time
Means, the viscosity coefficient related value estimating means and the correcting means.
The assist torque is controlled based on the specified viscosity coefficient related value.
And an assist torque control means for controlling
I do. [0006] [Operation and Effect of the Invention] The steering angle is small and the steering speed is fast.
When steering is performed, the steering cycle becomes shorter. There
When the steering cycle is shorter than the specified value,
The previously estimated normal viscosity coefficient-related values are estimated at the current time.
If it is a constant value, the viscosity coefficient related value will not indicate an abnormal value.
It becomes. As a result, the steering angle is small and the steering speed is fast.
Even when the rudder is operated, a highly accurate viscosity coefficient related value
It can be estimated and assist torque control is performed reliably. [0007] BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples.
It will be described based on the following. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
However, the present invention is not limited to this. FIG. 1 shows an electric power according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a hardware configuration diagram of the steering device 100.
You. Hereinafter, the electric power steering apparatus 10 of the present embodiment
0 will be described. One end of the steering shaft 10 is
The tearing wheel 11 (handle) is attached,
The other end has a pinion shaft 13 that is mounted on a gear box 12.
Are combined. The pinion shaft 13 is mounted on the gearbox 1
2 is engaged with the rack shaft 14 fitted in
No, but both ends of this rack shaft 14 are ball joints
Are connected to steering wheels (not shown). Also,
An assist torque is applied to the tearing shaft 10.
Brushless DC motor M (hereinafter simply referred to as “motor M”)
) Are connected via two gears 17. The motor M includes a motor control device 200
From the driving circuit 213 via the current detector 215.
Motor drive currents iu, iv, i for the three phases V, W
w is supplied. Furthermore, the steering shaft 10
Is the steering wheel (handle) 11 from the driver.
Magnitude and direction of the manual steering force applied to the vehicle
The torque detector 15 for detecting (steering torque T)
Is provided. The rotation angle of the motor M is detected.
A rotation angle sensor E (encoder) for synchronization
And the rotation angle θ of the motor M output by the rotation angle sensor Em
Rotation angle (= steering angle of steering wheel) θ based onp
Is required. The motor control device 200 includes a CPU 21
0, ROM 211, RAM 212, drive circuit 213, input
Force interface (IF) 214, current detector 215
And so on. The drive circuit 213 includes an unillustrated battery.
Terry, PWM converter, PMOS drive circuit, etc.
The drive current is changed to a sine wave by chopper control,
Supply power to M. The CPU 210 of the motor control device 200
Is the rotation angle θmUsed for detecting the steering torque T
Torque sensor 15, vehicle speed meter 50 that gives vehicle speed V, etc.
These output signals (measured values) are applied to the input interface (I
F) Input via 214. The CPU 210
Based on a predetermined torque calculation from these input values, the motor M
Output torque value (command torque Tm) And update
In addition, this command torque TmD-axis and q-axis currents based on
Command value (Id*, Iq*). However, this embodiment
In "Id*= 0 ”. FIG. 2 shows an electric power unit according to this embodiment.
The control block of the motor control device 200 of the tearing device 100
This is a lock diagram. Input / output of each control block
Is as follows. The torque sensor 15 is
The torque is output to the phase compensator 21 and the differential calculator 23. Rank
The phase compensator 21 assist-controls the phase-compensated steering torque.
Output to the control unit 20. The differential operation unit 23 calculates the fine steering torque.
The output is output to the inertial compensation unit 22. The speedometer 50 shows the vehicle speed.
Cyst control unit 20, damper control unit 24, handle return control
Output to the control unit 26. Relative angle calculation from motor
Output to the section 60, the relative angle of the steering angle is calculated, and the differential operation is performed.
It is output to the calculating unit 61. The differential operation unit 61 calculates the angular velocity of the steering angle.
The degree is output to the damper control unit 24 and the handle return control unit 26
I do. Assist control unit 20, inertia control unit 22, damper control
The control unit 24 and the handle return control unit 26
The torque is output according to the set formula. In addition, reed
In the strike control unit 20, the viscosity coefficient is determined by a method described later.
ρhIs estimated, and the assist torque is determined using the estimated value.
Torque output by assist control unit 20 and inertia control unit 22
Is the same direction as the steering speed, the damper control unit 24 and the steering wheel return
The torque output from the control unit 26 is in the direction opposite to the steering speed.
You. Assist control unit 20, inertia control unit 22, damper control
Unit 24, the output of the handle return control unit 26
And the motor torque TmCurrent command calculation unit 3
Output to 0. From the current command calculation unit 30 to the current control unit
40, the q-axis current command value (Iq*) Is output and the motor
Supplied to the motor M as drive currents iu, iv, iw
You. FIG. 3 shows the assist control unit 20 of this embodiment.
FIG. 4 is a block diagram illustrating processing contents. EPS total acting force calculation
In the part 3001, the pinion rotation angle θpAnd angular velocity ωpFrom
Calculate the EPS total acting force. Rack thrust calculator 3002
Then, the pinion torque TPAnd motor torque TmFrom rack
Calculate thrust. In the disturbance torque calculation unit 3003, the EPS
From the difference between the total acting force and the rack thrust, the disturbance torque TdCalculate
You. On the other hand, the side slip angle calculation unit 3004 calculates the pinion rotation angle
Degree θpFrom the vehicle speed u and the sideslip angle αfIs calculated. SAT /
The internal drag calculator 3005 calculates the pinion angular velocity ωpAnd the side
Slip angle αfAnd disturbance torque TdFrom the slope κ and viscosity coefficient ρ
Is estimated. Estimated by SAT / internal drag calculator 3005
The slope κ and viscosity coefficient ρ are updated while the viscosity coefficient ρ
Is read for control by the assist torque calculation unit 3006.
Will be issued. TpIs the steering torque of the driver, ωpIs a pinion
Angular velocity (= dθp/ Dt) and the pinion rotation angle θpIs
θp= ΘS−Tp/ KSIs required. Where θSIs steering
The steering angle detected by the angle sensor,SIs the steering
・ Spring setting indicating the torsional rigidity of the shaft torsion bar
Is a number. Also, the spring constant KSIs very large
Has θp≒ θSIt is safe to consider that
Under various preconditions, distinguish pinion angle and steering angle.
May be discussed without notice. The torque (self-alignment) caused by the road surface reaction force
Ning torque TS) Is the equation of motion of the steering system (the following equation)
Based on (1)), it can be expressed as in equation (2).
You. (Equation 1)   Je・ Dωp/ Dt = Tp+ GTm+ TS−ρωp≡d… (1) (Equation 2)   TS−ρωp= D-Tp-GTm                            … (2) Here, JeIs the rotational motion of the steering system
Total inertia (inertia) for TmIs the output of the motor 34
Force torque (auxiliary torque), g is the gear ratio of the reducer, ρ is
Pinion angular velocity ω of viscous torque that resists rotation of the handlep
And d is the total torque acting on the steering system.
You. Tp, ΩpIs calculated based on the output value of each sensor.
And the output torque T of the motor EmIs
Estimate at any time based on the current value supplied to the motor E.
Can be. As for the total torque d in the equation (1), a well-known
Based on the control theory of feedback control, the equation of FIG.
Configuring the observer (state estimator) shown in (a)
Can be. Where G is the observer gain
(3 rows × 2 columns constant matrix), and dhIs the total torque d
Estimated value, subscript h indicates that the variable is an estimated value
It is shown. Further, the above formula (a) is
If the discretization is performed at the sampling period Δt, the equation of FIG.
Obtain the discretized state equation as shown in (b) and (c).
Can be Here, A and C are constant matrices.
(3 rows × 3 columns), B and D are constant matrices (3 rows × 2 columns), x
Is a state vector representing the state of the steering system (3 rows x 1 column vertical vector).
And k is discretized by the sampling period Δt.
Time parameter (array argument). From the above, the discretized state shown in FIG.
Acts on the steering system based on the equations (Equations (b) and (c))
Estimated value d of the total torque dhIf you can calculate accurately,
Disturbance torque TS−ρωpIs calculated more accurately from equation (2)
You can see what you can do. The above viscosity coefficient ρ changes with temperature.
Power steering systems
Fluctuates due to processing, adjustment, parts replacement, or specification change
In some cases. So, based on online least squares method
The viscosity coefficient ρ and the self-alignment
Ning torque TSThe front wheel sideslip angle αfGradient κ divided by
To estimate. [The front wheel sideslip angle α is obtained from the equation of motion.fPush
How to determine) The front wheel sideslip angle α of the vehiclefIs the equation in FIG.
(D), approximation or
It is generally known that it can be estimated. Where
The subscript f indicates the front wheel, and the subscript r indicates the rear wheel.
Where ν [m / s] is the lateral velocity and r [rad / s]
Is yaw angular velocity, u [m / s] is vehicle speed, cf[N / ra
d] is the cornering power of the front wheels, Lf[M] is a front wheel car
The distance between the shaft and the center of gravity of the vehicle, M [kg] is the vehicle mass, I
z[Kg ・ mTwo] Is the moment of inertia about the z-axis of the vehicle, g
hIs the handle angle (pinion angle θp) And the actual steering angle. Vehicle speed u and pinion angle θpWhen entering
At the sampling interval Δt, this equation of motion (the equation in FIG. 4)
(D), by discretizing equation (e), the following equation is obtained.
(3) and (4) are obtained. (Equation 3)   z (k + 1) = (I + Qu (k) + R / u (k)) z (k) + Sθp(k)… (3) (Equation 4)   αf= (A / u (k), b / u (k)) z (k) -cθp(k)… (4) Here, k is a sampling period Δ
Time parameter similar to the second embodiment discretized by t
(Array argument), and z is a state vector representing the state of the vehicle body
(Vertical vector of 2 rows x 1 column), I is a unit of 2 rows x 2 columns
Matrix, Q is a constant matrix of 2 rows x 2 columns, S is a constant vector
(Vertical vector of 2 rows × 1 column). Also, in equation (4)
a, b, and c are constants, respectively. From the above, the figure
Front wheel sideslip angle α exemplified in FIG.fEstimation procedure (step 7
10 to step 780), the vehicle speed u and the pinion
Angle θpAt any time, the front wheel sideslip angle αfGuess
It can be seen that the constant value can be obtained in real time. [Method of Estimating Viscosity Coefficient ρ] Next, dh, Αf
Is estimated on the basis of. dh, Αf, Ωp,
Tp, Tm, G are obtained, and are determined by the following equation (5).
What is not shown is the gradient κ and the viscosity coefficient ρ. (Equation 5) καf−ρωp= D-Tp-GTm      … (5) Here, the on-line minimum for the equation (5)
By applying the square method, the gradient κ
And the viscosity coefficient ρ can be estimated at the same time. FIG.
Calculates the value of the viscosity coefficient ρ based on the online least squares method.
It is a flowchart of an estimation procedure to estimate. Book algorithm
First, in step 810, the forgetting factor
Initialize each component of the matrix L and the time parameter k.
You. λ1, ΛTwoOf the viscosity coefficient ρ and the slope κ
Considering the characteristics, for example, “λ1= 0.999, λTwo= 0.95 "
It should be set as follows. Next, at step 815, five algebras
Initialization of y, K, q, P, and φ is performed, respectively. However,
Here, y is a scalar, and K is a vertical vector of 2 rows × 1 column.
(State vector), q is a vertical vector of 2 rows x 1 column (viscosity
Estimated value vector composed of coefficient ρ and gradient κ), P is 2 rows ×
A variable matrix of two columns, φ is a vertical vector of 2 rows × 1 column, ρ
0 and κ0 are initial values of viscosity coefficient ρ and gradient κ (appropriate
Is a unit matrix of 2 rows × 2 columns, and c is an appropriate constant.
Is a number. In step 820, as shown, q
(k), y (k), φ (k), K (k)
Calculate the value. In step 830, as shown,
Calculate the value of P (k + 1) based on each value of L, P (k), φ (k)
I do. In step 840, the next step 850 is the cycle
Next execution of step 850 so that it is executed every Δt
Wait for the time. In step 850, the value of k is increased by one.
Let In step 860, αf, Dh, Θp, Tp, Tm
Enter each value of. Where dh, ΑfFor identification
Apply the already estimated values. In step 870, the input αf, Dh,
θp, Tp, TmAlgebra based on each value of
Update the values of φ and y, respectively. Where the algebra y (k)
Updating is performed based on equation (5), d = dhAssuming that
Shall be executed. In step 880, P (k), φ
Update the value of algebra K (k) based on each value of (k) as shown
I do. In step 890, the estimated value of the viscosity coefficient ρ is
From the estimated value vector q (k) calculated in step 820 of
Ask. According to the above processing procedure, the viscosity coefficient ρ and the gradient κ
Can be calculated. This estimated viscosity
Coefficient ρhfar. Now, the steering angle is small and the steering speed is large.
In such a case, the estimated value of the viscosity coefficient becomes an abnormal value.
In such a case, it is important not to replace the viscosity coefficient with an abnormal value.
This is an example. This is the AT / internal drag calculation unit 300 in FIG.
5 has this function. [If the steering half cycle is 350 ms or less, the viscosity
Flowchart for not replacing numbers]
Operates according to the flowchart shown in FIG. In FIG.
Estimation of viscosity coefficient obtained by online least squares method
Value ρhSo that the steering half-cycle
Is set to NG depending on conditions. FIG.
By storing the previous steering angle on the chart,
Even if the steering does not pass through the neutral position of the steering wheel,
A change can be detected. First, at step 101, the
To perform high-pass filtering. Cutoff frequency
Is 2 Hz, for example. Next, in step 102, the high-pass
The sign of the steering wheel angle after filtering is determined. High pass
If the sign of the steering wheel angle after filtering is positive or 0,
The sign of the steering wheel angle after the high-pass filter
Is negative, the routine proceeds to step 203. In step 103, after the high-pass filter
The sign of the previous value of the steering wheel angle is determined. High passuff
If the sign of the previous value of the steering wheel angle after filtering is negative,
The top of the steering wheel angle after the high-pass filter
If the sign of the value is positive or 0, the process proceeds to step 107. In step 104, a half-cycle steering counter
Is below the minimum period for which the viscosity coefficient can be estimated.
Is determined. The steering half-period counter can estimate the viscosity coefficient.
If it is less than the low cycle, the process proceeds to step 105, and the steering half cycle
The counter must be below the minimum period for which the viscosity coefficient can be estimated.
If so, the process proceeds to step 106. In step 105, the steering half cycle flag is set.
Set to NG and proceed to step 106. Step 10
In step 6, the steering half cycle counter is cleared and step 11 is executed.
Go to 0. In step 107, a half-cycle steering counter
Is incremented and the routine proceeds to step 108. Steps
At 108, the steering half-cycle counter sets the maximum
It is determined whether the period is equal to or longer than the low cycle. Steering half cycle power
If the counter is longer than the minimum period
In step 109, the steering half-cycle counter sets the maximum
If it is less than the low cycle, the process proceeds to step 110. Step 1
In step 09, the steering half-cycle flag is set to OK and the
Proceed to step 110. In step 203, after the high-pass filter
The sign of the previous value of the steering wheel angle is determined. High passuff
If the sign of the previous value of the steering wheel angle after filtering is positive or 0
For example, in step 204, the steering wheel angle after the high-pass filter
If the sign of the previous value of is negative, the routine proceeds to step 207. In step 204, a steering half cycle counter
Is below the minimum period for which the viscosity coefficient can be estimated.
Is determined. The steering half-period counter can estimate the viscosity coefficient.
If the cycle is shorter than the low cycle, the routine proceeds to step 205, where the steering half cycle is set.
The counter must be below the minimum period for which the viscosity coefficient can be estimated.
If so, the process proceeds to step 206. In step 205, the steering half cycle flag is set.
Set to NG and proceed to step 206. Step 20
In step 6, the steering half cycle counter is cleared and step 11 is executed.
Go to 0. In step 207, a steering half cycle counter is set.
Is incremented and the routine proceeds to step 208. Steps
At 208, the steering half-cycle counter sets the maximum
It is determined whether the period is equal to or longer than the low cycle. Steering half cycle power
If the counter is longer than the minimum period
In step 209, the steering half-cycle counter detects
If it is less than the low cycle, the process proceeds to step 110. Step 2
In step 09, the steering half-cycle flag is set to OK and the
Proceed to step 110. In step 110, after the low-pass filter
The previous value of the steering wheel angle after the low-pass filter at the steering wheel angle of
And the steering wheel angle after the high-pass filter
Rewrite the previous value of the steering wheel angle after the
Return to step 101. FIG. 8 shows the viscosity when the input data is changed.
6 shows sex coefficient estimation data. FIG. 8 (a) shows a vehicle speed of 20 km / h.
Or 40km / h, steering speed 2rad / s or 4rad / s, steering angle 2
2.5 degrees, 45 degrees, 90 degrees, 180 degrees
It is. Steering speed was 4rad / s and steering angle was around 22.5 degrees
Irrespective of whether the vehicle speed is 20km / h or 40km / h
An abnormal value (negative value) was estimated as the viscosity coefficient. Also,
FIG. 8B shows a vehicle speed of 20 km / h or 40 km / h and a steering angle of ± 45.
Degrees or ± 90 degrees, steering speed around 0.5 rad / s, with 1 rad / s
Near, 2 rad / s, 4 rad / s, 8 rad / s
is there. When the steering speed is 8 rad / s and the steering angle is ± 45 degrees,
Regardless of whether the vehicle speed is 20km / h or 40km / h, the viscosity
An outlier (0 or negative value) was estimated as a number. The present invention
Now the viscosity coefficient cannot be replaced by these outliers
Can accurately estimate the viscosity coefficient.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例な係る電動パワーステアリン
グ装置100のハードウェア構成図。 【図2】電動パワーステアリング装置100のモータ制
御装置200の制御ブロック・ダイヤグラム。 【図3】アシスト制御部20の構成を示すブロック図。 【図4】アシスト制御部20の作用原理に係わる物理公
式の公式表。 【図5】前輪横滑り角αfの推定手順を示したフローチ
ャート。 【図6】オンライン最小2乗法に基づいて粘性係数ρの
値を推定する推定手順のフローチャート。 【図7】操舵半周期が350ms以下の場合、粘性係数を置
き替えないためのフローチャート。 【図8】(a)は、横滑り角推定のための運転状況であ
る車速と操舵角の時間変化を示すグラフ図、(b)は、
(a)の状態で推定された横滑り角の時間変化を示すグ
ラフ図。 【符号の説明】 θp … ピニオン角 ωp … ピニオン角速度 Tp … 運転者の操舵トルク Ts … セルフアライニングトルク(SAT) Td … 外乱トルク(粘性トルクとSATの和) Tm … モータの出力トルク(補助トルク) g … ギヤ比 u … 車速 Je … 操舵系の回転運動に関する全慣性(イナーシ
ャ) d … 操舵系に作用する全トルク dh … 全トルクdの推定値 h … 下付きの添字(その変数が推定値であることを
示す) ρ … 粘性トルクのピニオン角速度ωpに係わる粘性
係数 αf … 前輪横滑り角 κ … 前輪横滑り角αfに対するセルフアライニング
トルクの勾配 A … 定数行列(3行×3列) B … 定数行列(3行×2列) C … 定数行列(3行×3列) D … 定数行列(3行×2列) G … オブザーバ・ゲイン(3行×2列の定数行列) x … 状態ベクトル(3行×1列の縦ベクトル) z … 状態ベクトル(2行×1列の縦ベクトル) k … 時刻tに対応し、離散化された時刻パラメータ
(配列引数) q(k) … ρ,κから成る推定値ベクトル(2行×1列
の縦ベクトル) K(k) … 状態ベクトル(2行×1列の縦ベクトル) P(k) … 可変行列(2行×2列)
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a hardware configuration diagram of an electric power steering device 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a control block diagram of a motor control device 200 of the electric power steering device 100. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an assist control unit 20. FIG. 4 is a formula table of physical formulas related to the operation principle of the assist control unit 20. FIG. 5 is a flowchart showing the estimation procedure of the front wheel side slip angle alpha f. FIG. 6 is a flowchart of an estimation procedure for estimating the value of the viscosity coefficient ρ based on the online least squares method. FIG. 7 is a flowchart for not replacing a viscosity coefficient when a half cycle of steering is 350 ms or less. FIG. 8A is a graph showing a time change of a vehicle speed and a steering angle as driving conditions for estimating a skid angle, and FIG.
FIG. 6 is a graph showing a time change of the sideslip angle estimated in the state of FIG. (Sum of the viscous torque and SAT) [sign Description of the θ p ... pinion angle ω p ... pinion angular velocity T p ... the driver of the steering torque T s ... self-aligning torque (SAT) T d ... disturbance torque T m ... motor Output torque (auxiliary torque) g ... gear ratio u ... vehicle speed J e ... total inertia (inertia) related to rotational motion of the steering system d ... total torque d h acting on the steering system ... estimated value h of total torque d ... subscript (Indicating that the variable is an estimated value) ρ: Viscosity coefficient α f relating to the pinion angular velocity ω p of viscous torque Front wheel side slip angle κ: Self-aligning torque gradient A to front wheel side slip angle α f A: Constant Matrix (3 rows × 3 columns) B: Constant matrix (3 rows × 2 columns) C: Constant matrix (3 rows × 3 columns) D: Constant matrix (3 rows × 2 columns) G: Observer gain (3 rows × A two-column constant matrix) x ... State vector (vertical vector of 3 rows x 1 column) z ... State vector (vertical vector of 2 rows x 1 column) k ... Discrete time parameter (array argument) q (k) ... ρ corresponding to time t , Κ (vertical vector of 2 rows x 1 column) K (k) ... State vector (vertical vector of 2 rows x 1 column) P (k) ... Variable matrix (2 rows x 2 columns)

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B62D 137:00 B62D 137:00 (72)発明者 高橋 俊博 愛知県刈谷市朝日町1丁目1番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 小野 英一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 3D032 CC08 DA09 DA15 DA23 DA39 EB11 EC21 3D033 CA13 CA16 CA19 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat II (Reference) B62D 13:00 B62D 13:00 (72) Inventor Toshihiro Takahashi 1-1-1, Asahimachi, Kariya-shi, Aichi Pref. (72) Inventor Eiichi Ono 41-cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi F-1 term in Toyota Central R & D Laboratories, Inc. (reference) 3D032 CC08 DA09 DA15 DA23 DA39 EB11 EC21 3D033 CA13 CA16 CA19

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 電気モータによりアシストトルクを付与
するようにした電気式操舵制御装置において、 操舵角速度に依存した反力を与える操舵系の粘性係数に
関連する物理量である粘性係数関連値を推定する粘性係
数関連値推定手段と、 操舵周期を検出する操舵周期検出手段と、 前記操舵周期検出手段により検出された操舵周期が所定
値よりも短い期間においては、前記粘性係数関連値推定
手段により粘性係数関連値を推定することなく、当該操
舵周期が所定値よりも短い期間に入る前に推定された粘
性係数関連値を現時刻での推定値とする補正手段と、 前記粘性係数関連値推定手段及び前記補正手段により推
定された前記粘性係数関連値に基づいて前記アシストト
ルクを制御するアシストトルク制御手段とを有すること
を特徴とする電気式操舵制御装置。
Claims: 1. An electric steering control device in which an assist torque is applied by an electric motor, wherein a viscosity which is a physical quantity related to a viscosity coefficient of a steering system which gives a reaction force depending on a steering angular velocity. A viscosity coefficient related value estimating means for estimating a coefficient related value, a steering cycle detecting means for detecting a steering cycle, and a steering cycle detected by the steering cycle detecting means in a period shorter than a predetermined value. Correction means for estimating the viscosity coefficient-related value estimated before the steering cycle enters a period shorter than a predetermined value without estimating the viscosity coefficient-related value by the value estimating means; An assist torque control unit that controls the assist torque based on the viscosity-related value estimated by the coefficient-related value estimation unit and the correction unit. Electric steering control device according to claim.
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