JP2004161198A

JP2004161198A - Steering control device

Info

Publication number: JP2004161198A
Application number: JP2002331793A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Sakai; 厚夫酒井; Seiji Ogawa; 省二小川; Toshihiro Takahashi; 俊博高橋; Hironori Koyama; 裕教小山; Yoshie Sasaki; 淑江佐々木
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: JP3884369B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform switching of a steering system or a control system for a steering control relatively smoothly even when a torque sensor is out of order. <P>SOLUTION: In the control quantity computing unit 85 of the steering control device, a steering reaction force T<SB>R</SB>is computed by a steering torque related value T<SB>t</SB>and a steered reaction force related value T<SB>f</SB>. Steering torque T, vehicle speed V, and sterred reaction force F are detected or assessed values, and G<SB>pt</SB>, G<SB>dt</SB>, G<SB>df</SB>are proper coefficients capable of being dependent on such as the vehicle speed V. Under abnormal conditions of the torque sensor, each coefficient is changed to such as a<SB>1</SB>=0, a<SB>2</SB>=-1/2, thereby eliminating a risk that the influence degree of the reaction force F (or the assessed value F<SB>h</SB>) on steering feeling becomes overwhelmingly or extremely dominant. Herein, T<SB>R</SB>=a<SB>1</SB>T<SB>t</SB>+a<SB>2</SB>T<SB>f</SB>(initial value:a<SB>1</SB>=1, a<SB>2</SB>=-1), T<SB>t</SB>=G<SB>pt</SB>T+G<SB>dt</SB>×dT/dt, and T<SB>f</SB>=f<SB>pf</SB>(F, V)+G<SB>df</SB>×dF/dt. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用のステアバイワイヤ・システムの操舵反力を制御するステアリング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、従来のステアバイワイヤ・システムの操舵反力を制御するステアリング制御装置としては、下記の特許文献１に記載されているものや、或いは、下記の特許文献２に記載されているもの等が一般に広く知られている。
これらの従来装置においては、運転者の操舵操作に伴う操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサが具備されており、ステアリングホイールに適度な手応え感を与えるための反力トルク（操舵反力Ｔ_Ｒ）の出力値を決定するために利用されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３４９４７号公報（第４−５頁、第１図）
【特許文献２】
特開平５−１０５１００号公報（第２−４頁、第１−３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の様な従来のステアバイワイヤ・システムにおいては、トルクセンサが故障した際に、手動操舵機構に切り換えなければならなかったため、以下のような問題があった。
（問題点１）
トルクセンサが故障した際に、手動操舵機構に切り換える場合、操舵感が急に重くなるため、運転者は戸惑いや違和感を覚える。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、トルクセンサが故障した際にも、操舵方式或いはステアリング制御の制御方式の切り換えを比較的円滑に実施できる様にすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、操舵アクチュエータがステアリング・ホイールに付与すべき操舵反力Ｔ_Ｒを制御する操舵機構と、転舵輪の実舵角に係わる転舵変位量ｘを制御する転舵機構とが機械的に分離されており、これら双方を連結する連結機構が電気的な連動機構によって代替的に構成されているステアバイワイヤ・システムにおいて、上記の操舵機構に、ステアリング・ホイールに運転者が付与する操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサと、路面反力等に基づいて転舵機構に働く転舵反力Ｆを算定する転舵反力算定手段と、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、操舵反力Ｔ_Ｒの算定において、操舵トルクセンサが検出した操舵トルクＴの入力又は利用を中止する操舵トルク関連値切り離し手段とを備えることである。
【０００７】
この様な構成に従えば、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、操舵反力Ｔ_Ｒの算定において、操舵トルクセンサが正しく検出したとものとして扱われてしまう操舵トルクＴの検出値の入力又は利用が中止されるため、ステアリングホイールに、極端に的を外れた不当な操舵反力が付与される恐れが無くなる。
即ち、上記の第１の手段に従えば、必ずしも手動操舵機構に切り換えなくとも、ステアリング制御を続行することにより、運転者に操舵操作を継続させることが可能となるため、前述の問題点１については解決することができる。
【０００８】
しかしながら、上記の第１の手段を用いた場合、以下の問題が派生する。
（問題点２）
トルクセンサが故障した際に、運転者がステアリングホイールに付与する操舵トルクの検出値Ｔを恒等的に０と仮定すると、操舵感が急に軽くなるため、運転者は戸惑いや違和感を覚える。
【０００９】
以下に示す本発明の第２の手段は、この問題点２に対する対策として考えられたものである。
即ち、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段の操舵機構において、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、転舵反力Ｆの係数値、又は転舵反力Ｆの関連値の係数値を変更する第１ゲイン変更手段を備えることである。
【００１０】
この様な係数値（ゲイン）の修正により、操舵トルクの検出値Ｔが恒等的に０と仮定される場合にも、操舵アクチュエータから出力すべき所望の操舵反力Ｔ_Ｒの値を概算的に補正（適正化）することができる。このため、転舵反力Ｆ（又はその推定値Ｆ_ｈ）の操舵感に対する影響度が、圧倒的或いは極端に支配的となる恐れが無くなる。
【００１１】
また、第３の手段は、上記の第１又は第２の手段の操舵機構において、ステアリングホイールの回転速度ω_Ｈに基づいて、操舵機構の慣性モーメントに係わる慣性トルクＴ_Ｋを、操舵反力Ｔ_Ｒを構成する項の一つとして設定する慣性補償手段と、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、慣性トルクＴ_Ｋの係数値、又は慣性トルクＴ_Ｋの関連値の係数値を変更する第２ゲイン変更手段とを備えることである。
【００１２】
この様な構成に従えば、従来、トルクセンサの正常動作時に、主に操舵トルクＴ等を用いて演算処理されていた操舵機構或いは転舵機構の慣性に係わるシミュレーション（即ち、慣性トルクの出力）を、例えばステアリングホイールの回転速度ω_Ｈ等に基づいて、実施することができる様になる。
これにより、操舵感が極端に軽くなることを回避でき、よって、問題の違和感を軽減することが可能となる。
【００１３】
また、第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段の操舵機構において、ステアリングホイールの回転速度ω_Ｈに基づいて、操舵機構或いは転舵機構の内部摩擦に係わる摩擦トルクＴ_Ｄを、操舵反力Ｔ_Ｒを構成する項の一つとして設定する摩擦補償手段と、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、摩擦トルクＴ_Ｄの係数値、又は摩擦トルクＴ_Ｄの関連値の係数値を変更する第３ゲイン変更手段とを備えることである。
【００１４】
この様な構成に従えば、従来、トルクセンサの正常動作時に、主に操舵トルクＴ等を用いて演算処理されていた操舵機構或いは転舵機構の内部の摩擦力に係わるシミュレーション（即ち、摩擦トルクの出力）を、例えばステアリングホイールの回転速度ω_Ｈ等に基づいて、実施することができる様になる。
これにより、操舵感が極端に軽くなることを回避でき、よって、問題の違和感を軽減することが可能となる。
【００１５】
また、第５の手段は、上記の第１乃至第４の何れか１つの手段の転舵反力算定手段において、転舵反力Ｆの位相を補正する転舵反力位相補正手段と、操舵トルクセンサの異常が検出された場合に、転舵反力Ｆの位相に対する補正量を変更する位相補正量変更手段とを備えることである。
【００１６】
操舵トルクＴが検出できない場合、操舵トルクに関するフィードバックループが構成できなくなるため、操舵反力Ｔ_Ｒを生成出力する際の応答性が劣化する。この影響を軽減するためには、転舵反力Ｆに係わるオープン制御系の応答性を高くする（或いは低下させない）処置が有効となる。
上記の第５の手段によれば、転舵反力Ｆの位相に対する補正量を変更することにより、転舵反力Ｆの位相を早めること（或いは遅らせないこと）ができるので、これにより、操舵機構の操舵操作に対する応答性の劣化を軽減することができる。
【００１７】
また、第６の手段は、上記の第１乃至第５の何れか１つの手段の転舵反力算定手段において、転舵反力Ｆを測定する転舵反力センサを備えることである。
この様な構成に従えば、転舵反力を転舵反力センサから直接測定することができるため、より高い精度で確実に転舵反力Ｆを求めることができる。
また、この様な構成に従えば、公知のオブザーバ等を用いた高度或いは複雑な推定処理により、転舵反力Ｆを推定する必要が無くなるため、このオブザーバ等に関する装置コスト、又は、オブザーバ等に関する処理プログラムの開発工数を削減することができる。
また、上記の構成に従えば、オブザーバをプログラムで構成する場合に比べて、制御装置使用時のＣＰＵオーバヘッドを削減することができる。
【００１８】
また、第７の手段は、上記の第１乃至第５の何れか１つの手段の転舵反力算定手段において、転舵機構が有する転舵アクチュエータに流れる転舵電流の、測定値Ｉ_ａ、指令値Ｉ_ｎ又は関連値ｕ_ｒに基づいて、転舵反力Ｆを推定する転舵反力推定手段を備えることである。
【００１９】
ただし、上記の関連値ｕ_ｒは、転舵アクチュエータに対する制御量ならば任意で良い。例えば、転舵モータの駆動回路における指令電圧やＰＷＭ制御におけるデューティー値等でも良い。また、勿論、転舵モータに流れる電流（転舵電流）の値や、その指令値等を用いても良い。
【００２０】
上記の構成に従えば、転舵反力Ｆを推定することにより、必ずしも転舵反力センサを具備しなくともステアリング制御装置を構成することが可能となるため、部品点数や部品コストの面で有利な制御装置を構成することが可能となる。
また、上記の構成に従えば、転舵反力センサの接続仕様（規格）、測定精度、価格、耐熱性、耐振性、耐久性、大きさ、形状、重量等について詳細に検討する必要が無くなり、また、これらの諸条件が設計上のネックになる様な恐れも無くなる。
【００２１】
また、第８の手段は、上記の第７の手段の転舵反力推定手段において、「転舵機構が有する転舵アクチュエータに流れる転舵電流の、測定値Ｉ_ａ、指令値Ｉ_ｎ、又は関連値ｕ_ｒ」と、「転舵変位量ｘ、その指令値ｘ_ｎ、又はこれらに関連する関連値」とに基づいて、上記の転舵反力Ｆを推定する外乱オブザーバを備えることである。
【００２２】
この様な構成に従えば、比較的高い精度で上記の転舵反力Ｆを推定することができるため、転舵反力Ｆの推定精度と装置の部品コストの両面で、比較的合理的で均整の取れた制御装置を構成することができる。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【００２３】
【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。
〔第１実施例〕
図１は、本実施例のステアリング制御装置１００のシステム構成図である。このステアリング制御装置１００は、運転者が操作するステアリングホイール（ハンドル）１を有する操舵機構と、転舵輪１６を転舵する転舵機構と、これらの操舵機構と転舵機構との連動制御を電気的に行う制御装置（コンピュータ）８等から構成されている。
【００２４】
操舵機構は、操舵反力を生成する操舵アクチュエータ（反力モータ５）を備える。反力モータ駆動回路６は、制御装置８から与えられる制御量（Ｔ_Ｒ）に応じて反力モータ５を駆動する。反力モータ５の出力軸は減速器を介して操舵軸（ステアリングシャフト）２に連結されており、この操舵軸２は操舵ハンドル１に連結されている。
【００２５】
操舵軸２には、この軸の回転角である操舵角θを検出する操舵角センサ３と、操舵軸２に加わる操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサ４が配設されている。ただし、操舵角センサ３の代わりに、反力モータの回転角を検出する反力モータ角センサを備え、反力モータの回転角から操舵角θを推定してもよい。この場合、減速比のみに基づいて反力モータの回転角を操舵角θに換算してもよいし、操舵軸の捩れ剛性を考慮して、操舵角θを補正してもよい。
【００２６】
一方、転舵機構は、転舵軸１３を転舵する転舵アクチュエータ（転舵モータ１１）を備える。転舵モータ駆動回路９は、制御装置８から与えられる制御量（ｕ_ｒ）に応じて転舵モータ１１を駆動する。転舵モータ１１の回転運動を直線運動に変換する変換器（減速器１２）は、例えば、ボールねじ機構等から構成することができる。転舵軸１３の両端は、タイロッド１４、ナックルアーム１５を介して転舵輪１６に接続されている。
【００２７】
転舵軸１３には、この軸の転舵変位量ｘを検出する転舵変位量センサ１０と、外部（転舵輪１６側）から転舵軸１３に加わる転舵反力Ｆを検出する図示しない転舵反力センサとを備えても良いが、本実施例では、後者の転舵反力センサを外乱オブザーバにて置換した構成例について詳しく例示する。
【００２８】
また、転舵変位量センサ１０の代わりに、転舵モータの回転角を検出する転舵モータ角センサを備え、この転舵モータの回転角から転舵変位量ｘを推定してもよい。この場合、減速比のみで換算してもよいし、転舵軸１３の軸方向の剛性を考慮して補正してもよい。
【００２９】
制御装置８には、操舵角センサ３、操舵トルクセンサ４、転舵変位量センサ１０、車速センサ７の各検出結果（操舵角θ，操舵トルクＴ，転舵変位量ｘ，車速Ｖ）が入力され、これらの検出結果を基に、反力モータ５と転舵モータ１１が所定の駆動力を出力するように各駆動回路（６，９）へ制御信号（反力モータの制御量Ｔ_Ｒ，転舵モータの制御量ｕ_ｒ）を出力する。
【００３０】
図２は、ステアリング制御装置１００の制御装置８の操舵反力生成方式に係わる論理的な主要構成を例示する制御ブロックダイヤグラムである。
反力モータ駆動回路６への制御信号（反力モータの制御量Ｔ_Ｒ）は、反力モータの制御量演算器８５により算出される。
【００３１】
一方、転舵モータ駆動回路９への制御信号（転舵モータの制御量ｕ_ｒ）は、位置制御器８２により算出される。この位置制御器８２は、目標値演算器８１が算出する転舵変位量の目標値ｘ_ｎと、転舵変位量センサ１０が検出した転舵変位量ｘに基づいて、周知のＰＤ制御（比例・積分制御）により、上記の転舵モータの制御量ｕ_ｒを算出する。勿論、例えばＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）等の公知のその他の制御理論に基づいて、上記の転舵モータの制御量ｕ_ｒを算出しても良い。
【００３２】
転舵反力推定器８８は、転舵変位量ｘと転舵モータの制御量ｕ_ｒに基づいて転舵反力Ｆの推定値Ｆ_ｈを算定する。
この転舵反力推定器８８は、転舵反力Ｆを直接的に検出する転舵反力センサと置換することも可能であるが、以下の第１実施例では、転舵反力推定器８８を有するステアリング制御装置（１００）について、主要部分に関する説明を中心とする「Ｉ．正常時の動作」と、本発明の特徴部分に直接係わる詳細な説明を展開する「ＩＩ．異常時の動作」の２部に分けて説明する。
【００３３】
Ｉ．正常時の動作
以下、上記の制御装置８の通常の動作（操舵トルクセンサ４の正常時の動作）について説明する。
図３は、ステアリング制御装置１００の制御装置８が実行する制御手順の概要を例示するフローチャートである。この制御手順は、図２のステアリング制御を具現する手段である。
【００３４】
図３の制御手順では、まず最初に、ステップ５１０によりシステムの初期化を行う。この初期化は、制御変数の初期化等の処理が中心である。これらの具体的な内容については、後から断片的に例示する。
【００３５】
ステップ５２０では、操舵角センサ３、操舵トルクセンサ４、転舵変位量センサ１０、車速センサ７の各検出結果（操舵角θ，操舵トルクＴ，転舵変位量ｘ，車速Ｖ）を入力する。
ステップ５３０では、転舵モータ制御を行うサブルーチン（図４）を呼び出して実行する。このサブルーチンは、図２の目標値演算器８１と位置制御器８２を具現するサブルーチンである。
【００３６】
ステップ５４０では、転舵反力を求める。この転舵反力は、転舵反力センサにて直接的に検出された信号から求めても良いが、本実施例では、転舵反力推定器８８により、転舵変位量ｘと転舵モータの制御量ｕ_ｒに基づいて転舵反力Ｆの推定値Ｆ_ｈを算定する手順について詳しく例示する。
ステップ５５０では、反力モータ制御を行うサブルーチン（図８）を呼び出して実行する。このサブルーチンは、図２の反力モータの制御量演算器８５を具現するサブルーチンである。
【００３７】
ステップ５６０では、ステップ５２０以降の処理を定期的（１例：０．５ｍｓ周期）に実行するために、タイマ割り込みの予約設定処理等を行い、タイマ割り込みの待ち状態に遷移する。
次に、ステップ５３０でサブルーチンとしてコールされる転舵モータ制御を行うサブルーチン（図４）に付いて、詳細に説明する。
【００３８】
１．転舵軸の制御手順
図４は、図１、図２の制御装置８により具現される転舵モータ制御部（即ち、上記の目標値演算器８１、及び位置制御器８２）が実行する制御手順を例示するフローチャートである。
【００３９】
操舵角θから転舵変位量ｘの目標値ｘ_ｎを式（１）により決定する。伝達比Ｇ_ｒには定数を用いても良いが、操舵角θや車速Ｖ等に応じて、例えば図５の様なマップ（ａ），（ｂ）を用いて、「Ｇ_ｒ＝ｇ_ｒ１×ｇ_ｒ２」の様な形式にして、決定してもよい。例えばこの様な車速に応じた設定によれば、所望のステアリングギヤ比可変手段を具現することが可能である。
【００４０】
【数１】
ｘ_ｎ＝Ｇ_ｒθ …（１）
例えばこの様にして、目標値演算器８１の演算処理（ステップ６２０、及びステップ６４０）を実行することができる。
【００４１】
偏差（ｘ_ｎ−ｘ）、及びその時間微分ｄ（ｘ_ｎ−ｘ）／ｄｔに基づいて転舵モータ１１の制御量ｕ_ｒを式（２）により決定し、転舵変位量ｘが上記の目標値ｘ_ｎに追従するように駆動制御を行う。ゲイン係数Ｇ_ｐｘ，Ｇ_ｄｘは定数である。
【数２】
ｕ_ｒ＝Ｇ_ｐｘ（ｘ_ｎ−ｘ）＋Ｇ_ｄｘ・ｄ（ｘ_ｎ−ｘ）／ｄｔ …（２）
例えばこの様にして、位置制御器８２の演算処理（ステップ６６０、及びステップ６８０）を実行することができる。
【００４２】
以下、外乱オブザーバに関する演算手法により、この転舵反力の推定値Ｆ_ｈを算定する手順（図３のステップ５４０）について、図６と図７を用いて具体的に例示する。
【００４３】
２．転舵反力の推定手順
転舵機構の運動方程式は式（３）で記述される。ただし、ここで、Ｍは、ラック軸質量やモータの慣性（イナーシャ）等から決まる転舵機構の転舵変位方向の有効質量である。
【数３】
Ｍ・ｄ^２ｘ／ｄｔ^２＝ｕ_ｒ−ｆ−Ｆ≡ｄ …（３）
【００４４】
ただし、上記のｆは転舵モータ１１、変換器（減速器１２）等の転舵機構内部に生じる摩擦力である。この摩擦力ｆは、例えば、ｘ，ｖの関数ｙ等として求めておくと良い。この関数ｙは、ｘ，ｖ等に関する数式として求めておいても良いし、関数ｙを近似するマップ（テーブルデータ）と所定の補間処理から求めても良い。
【数４】
ｆ＝ｙ（ｘ，ｖ） …（４）
ただし、上記の小文字の変数ｖは、次式（５）によって定義される転舵軸１３の転舵速度である。
【数５】
ｖ＝ｄｘ／ｄｔ …（５）
【００４５】
ここで、式（３）の力ｄを外乱オブザーバにおける外乱とみなせば、図７の式（ａ）の形で表現される外乱オブザーバを構成することができる。ただし、以下、行列Ｇはオブザーバゲイン（３行２列の定数行列）であり、Ｆ_ｈ，ｘ_ｈ，ｖ_ｈ，ｄ_ｈは、それぞれＦ，ｘ，ｖ，ｄの各推定値を表すものとする。
【００４６】
時刻ｋにおけるオブザーバの状態量をｘ_０（ｋ）（３行１列の列ベクトル）とする。この時、オブザーバゲインＧを極配置法によって決定し、サンプリング時間を適当な時間間隔（１例：約０．５ｍｓ程度）で離散化すると、上記の状態量ｘ_０（ｋ）は、図７の式（ｂ）の形で、逐次算出することができる。したがって、上記の力ｄの推定値ｄ_ｈは、図７の式（ｃ）の形で、逐次算出することができる。
ただし、ここで、ｋはサンプリング時刻を表す時刻パラメータ（整数変数）であり、行列Ａ，Ｃはそれぞれ３行３列の定数行列、行列Ｂ，Ｄはそれぞれ３行２列の定数行列である。また、状態量ｘ_０（ｋ）の初期値ｘ_０（０）は０ベクトルで良い。また、転舵速度ｖの初期値ｖ（０）も０で良い。
【００４７】
したがって、上記の力ｄの推定値ｄ_ｈを用いて、転舵反力Ｆの推定値Ｆ_ｈは、次式（６）にて逐次求めることができる。
【数６】
Ｆ_ｈ（ｋ）＝ｕ_ｒ（ｋ） −ｆ（ｋ） −ｄ_ｈ（ｋ） …（６）
【００４８】
例えばこの様にして、転舵反力センサの検出値Ｆの代わりに、転舵反力の推定値Ｆ_ｈを用いて、反力モータの制御量Ｔ_Ｒを設定すれば、転舵反力センサが不要になるのでコストを低減できる。また、転舵反力センサのノイズに起因する振動が発生しないので、滑らかな操舵感が得られる。
【００４９】
これらの理論に基づいて、図２の本発明に係わる転舵反力推定器８８（即ち、図３のステップ５４０）を構成することができる。
図６は、制御装置８により具現される転舵反力推定器８８が実行する制御手順を例示するフローチャートである。
【００５０】
本制御手順では、まず、最初に、ステップ９１０により、上記の式（５）により、転舵軸の移動速度ｖ（ｋ）の値を求める。
次に、ステップ９２０では、図７の式（ｃ）によりｄ_ｈ（ｋ）の値を求める。
ステップ９３０では、上記の式（６）により、Ｆ_ｈ（ｋ）の値を求める。
ステップ９４０では、このＦ_ｈの値を、転舵反力を表す変数Ｆに代入する。これにより、反力モータの制御量演算器８５において、転舵反力Ｆの値が参照可能となる。
【００５１】
ステップ９５０及びステップ９６０では、次回の制御周期における演算処理の準備をしておく。即ち、ステップ９５０では、図７の式（ｂ）に従って、ｘ_０（ｋ＋１）の値を算出し、所定の記憶領域に記憶しておく。
また、ステップ９６０では、時刻パラメータｋを更新する。
【００５２】
尚、ステップ９６０の処理は、前述のステップ５６０の中で実行しても良い。また、ｋ＝０，ｘ_０（０）＝０，ｖ（０）＝０等の各種の使用変数の初期化処理は、前述のステップ５１０で実行するものとする。
【００５３】
次に、図３のステップ５５０でサブルーチンとしてコールされる反力モータ制御に付いて、詳細に説明する。
【００５４】
３．操舵軸（反力モータ）の制御手順
操舵トルクＴとその時間微分ｄＴ／ｄｔ、及び転舵反力Ｆとその時間微分ｄＦ／ｄｔに基づいて、反力モータ５の制御量Ｔ_Ｒを次式（７）に従って決定しても良いが、本実施例では、下記の式（８）により反力モータ５の制御量Ｔ_Ｒを決定する例を示す。ただし、ここで、ゲイン係数Ｇ_ｐｔ、Ｇ_ｄｔ、Ｇ_ｐｆ、Ｇ_ｄｆは適当な定数であり、式（７）、式（８）の各右辺の第３項及び第４項の転舵反力Ｆには、前述の推定値Ｆ_ｈを代入するものとする。
【数７】
Ｔ_Ｒ＝Ｇ_ｐｔＴ＋Ｇ_ｄｔ・ｄＴ／ｄｔ−Ｇ_ｐｆＦ−Ｇ_ｄｆ・ｄＦ／ｄｔ …（７）
【数８】
Ｔ_Ｒ＝Ｇ_ｐｔＴ＋Ｇ_ｄｔ・ｄＴ／ｄｔ−ｆ_ｐｆ（Ｆ）−Ｇ_ｄｆ・ｄＦ／ｄｔ…（８）
【００５５】
上記の式（７），（８）の各々の第３項と第４項は、操舵トルクが付与された方向と逆方向に作用する制御量である。第３項によってセルフアライニングトルク等の転舵反力に応じた操舵反力が生成される。また、第４項によって転舵反力に対して速やかに操舵反力が生成されると伴に、転舵反力に起因する振動が抑制される。そのため、転舵反力（路面情報）を違和感無く運転者に伝えることができると伴に、滑らかな操舵感が得られる。
【００５６】
一方、第１項と第２項は、操舵トルクが付与された方向に操舵軸を回転させるための制御量である。第１項によって減速器の摩擦に起因する操舵反力が抑制され、第２項によって反力モータのコギングに起因する振動が抑制される。そのため、転舵反力に応じた操舵反力を正確に付与することができる。
【００５７】
これらの理論に基づいて、図２の本発明に係わる制御量演算器８５（即ち、図３のステップ５５０でサブルーチンとしてコールされる反力モータ制御）を構成することができる。
図８は、制御装置８により具現される反力モータの制御量演算器８５が実行する制御手順を例示するフローチャートである。
まず、ステップ８１０では、式（８）の演算を実行する準備として、操舵トルクＴ、及び転舵反力Ｆの時間微分の値を求める。
次に、ステップ８３０では、式（８）のゲイン係数Ｇ_ｄｆを決定する。
【００５８】
図９は、ゲイン係数Ｇ_ｐｆ，Ｇ_ｄｆの算出に用いられるデータマップを例示するグラフである。ゲイン係数Ｇ_ｐｆ，Ｇ_ｄｆは、車速Ｖに応じて図９のようなマップ（ａ），（ｂ）に基づいて変更してもよい。例えばこの様に、車速Ｖが大きい時程ゲイン係数Ｇ_ｐｆ，Ｇ_ｄｆを大きくすることによって、車速Ｖが大きい時程操舵反力が大きくなるので、操舵感がより向上する。
【００５９】
この様に車速Ｖに応じて、ゲイン係数Ｇ_ｐｆ，Ｇ_ｄｆを最適化する手段も、所望のステアリングギヤ比可変手段を具現する一例である。また、ゲイン係数Ｇ_ｐｆを大きくすると制御系の安定性が悪化して振動が発生しやすくなるが、同時にゲイン係数Ｇ_ｄｆも大きくすることによって振動を抑制できるので、この様な設定によっても滑らかな操舵感が得られる。
【００６０】
次に、ステップ８５０では、式（８）の第３項を決定する。ここで、上記の関数ｆ_ｐｆ（Ｆ）は図１０の様に車速Ｖに依存した関数にしてもよい。図１０は、上記の式（８）の第３項として利用することができる関数ｆ_ｐｆ（Ｆ，Ｖ）の設定形態を例示するグラフである。
【００６１】
転舵反力が小さい領域ほど操舵反力の増加率を大きくすることによって、ハンドルを中立位置から切り始めた際に、操舵反力は急峻立ち上がるので、ビルドアップ感の良い操舵感が得られる。更に、図１０に例示する様な車速Ｖに依存する関数ｆ_ｐｆ（Ｆ，Ｖ）を用いることにより、車速Ｖに応じて式（８）の第３項を最適化することが可能となる。例えばこの様な手段も、所望のステアリングギヤ比可変手段を具現する一例である。この様な設定に従えば、車速Ｖが大きい時程操舵反力が大きくなるので、操舵感がより向上する。
【００６２】
これらの手順により、式（８）の各項を求めることができる。ステップ８７０では、式（８）の演算処理を実行する。ステップ８９０では、ステップ８７０で算出した制御量Ｔ_Ｒを反力モータ駆動回路６に出力する。
以上の制御手順により、本第１実施例のステアリング制御装置１００において、安い生産コストで所望の操舵感を生成することが可能或いは容易となる。
【００６３】
ＩＩ．異常時の動作
以下、本第１実施例のステアリング制御装置１００の、操舵トルクセンサ４の異常時における動作について説明する。
図１１は、本実施例の反力モータの制御量演算器８５（図２）に関する更に詳しい論理的な構成を例示する制御ブロックダイヤグラムである。本実施例の反力モータの制御量演算器８５では、既に式（８）と図８、図９、図１０を用いて説明した様に、制御量Ｔ_Ｒ（反力モータ５の出力トルク又は駆動電流）を算出して、反力モータ駆動回路６に出力する。
【００６４】
これらの動作は、操舵トルクセンサ４の異常時においても前述の正常時と同じであり、図１１が示している動作と図２の制御量演算器８５が示している動作とは一致している。
即ち、図１１の操舵トルク関連値演算部８５１では、次式（９）に従って、操舵トルク関連値Ｔ_ｔを算出する。また、転舵反力関連値演算部８５２では、次式（１０）に従って、転舵反力関連値Ｔ_ｆを算出する。
【数９】
Ｔ_ｔ＝Ｇ_ｐｔＴ＋Ｇ_ｄｔ・ｄＴ／ｄｔ …（９）
【数１０】
Ｔ_ｆ＝ｆ_ｐｆ（Ｆ，Ｖ）＋Ｇ_ｄｆ・ｄＦ／ｄｔ …（１０）
その後、操舵トルク関連値Ｔ_ｔと転舵反力関連値Ｔ_ｆは、次式（１１）に従って処理される。
【数１１】
Ｔ_Ｒ＝ａ_１Ｔ_ｔ＋ａ_２Ｔ_ｆ（初期値：ａ_１＝１，ａ_２＝−１）…（１１）
【００６５】
しかしながら、操舵トルクセンサ４の異常時においては、上記のゲインの値が、上記の正常時の値（ａ_１＝１，ａ_２＝−１）とは異なる。即ち、このゲイン（係数ａ_１，ａ_２）の値を異常時に、動的に切り換える手段が、本発明の最も大きな特徴部の一つになっている。
【００６６】
図１２は、トルクセンサ異常検出時の、本第１実施例の反力モータの制御量演算器８５（図１１）に関する処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）である。
図１２（ａ）の異常時処理を実行するサブルーチンは、操舵トルクセンサ４に異常が有った際に、前述のプログラムとは非同期に呼び出して実行される。この様なサブルーチンは、割り込み処理ルーチンとして登録しておく等の手法が最も一般的である。例えば、操舵トルクセンサ４が自らその異常時に直接制御装置に対して外部割り込みを掛けることができる場合等がそれである。
【００６７】
また、操舵トルクセンサ４の異常状態は、上記の各物理変数Ｆ，ｘ，θ，Ｔ，Ｖ等の間に矛盾がある場合に、これらの各変数間の不自然な関係（矛盾）をソフトウェアによって解析することにより検知する様にしても良い。
【００６８】
上記のサブルーチン（図１２（ａ））では、例えば図１２（ｂ）の変数規準表に従って、図１１の各ゲイン（係数ａ_１，ａ_２）の値を以下の式（１２）の様に書き換える。
【数１２】
ａ_１＝０（操舵トルク関連値切り離し手段に対応），
ａ_２＝−１／２（第１ゲイン変更手段に対応） …（１２）
【００６９】
例えばこの様に、ステアリング制御を続行することにより、運転者に操舵操作を継続させることが可能となるため、前述の問題点１に示した様に、操舵感が急激に重くなる様な事態を回避することが可能となる。
また、係数ａ_２を書き換える上記の第１ゲイン変更手段によれば、上記の様に操舵トルクの検出値Ｔが恒等的に０と仮定される場合にも、操舵アクチュエータから出力すべき所望の操舵反力Ｔ_Ｒの値を概算的に補正（適正化）することができる。このため、転舵反力Ｆの推定値Ｆ_ｈの操舵感に対する影響度が、圧倒的或いは極端に支配的となる恐れが無くなる。
【００７０】
尚、式（１１）から分る様に、上記の第１ゲイン変更手段によれば、式（１０）の右辺の第１項及び第２項の両方にゲイン（係数ａ_２）の変更の影響が及ぶが、この他の変形例としては、例えば、式（１０）の右辺第２項は不変とし、式（１０）の右辺第１項だけを上記の第１ゲイン変更手段によって半減させる様にしても良い。この様に第１ゲイン変更手段の影響範囲を限定すれば、操舵反力Ｔ_Ｒの出力時に位相が遅れ難くなるため、操舵反力の応答性が劣化しない。
【００７１】
また、式（１０）の右辺第２項（Ｇ_ｄｆ・ｄＦ／ｄｔ）は、位相補償項と解釈する以外にも、転舵系のダンパー項を表現しているものと解釈することもできるので、操舵時の粘性感の向上のためにも、式（１０）の右辺第２項は不変とし、式（１０）の右辺第１項だけを半減させる様にすると良いものと考えられる。
これらの手法については、後述の第３実施例でも、位相補正量変更手段等として言及する。
【００７２】
〔第２実施例〕
上記の第１実施例のステップ５４０では、転舵反力センサを用いて転舵反力Ｆを直接測定する代わりに、転舵モータの制御量ｕ_ｒと転舵変位量ｘに基づいて、転舵反力Ｆの値を推定しているが、一般のステアリング制御装置（ＳＢＷシステム）においては、勿論、転舵反力センサを搭載して転舵反力Ｆをその転舵反力センサから直接求める様にしても良い。
【００７３】
図１３は、本第２実施例のステアリング制御装置２００の論理的なシステム構成図である。このステアリング制御装置２００は、転舵反力センサ２０を有する点が、前述の第１実施例のステアリング制御装置１００とは異なっている。
例えば、この様に転舵反力センサ２０を具備する場合には、部品コストやノイズ対策等が問題となる場合もあるが、しかし、この様な方式によれば、上記の外乱オブザーバに関して、それらの開発工数や運用時のＣＰＵオーバヘッド等を削減或いは抑制することができる。
【００７４】
図１４は、本第２実施例のステアリング制御装置２００の制御装置８の操舵反力生成方式に係わる論理的な主要構成を例示する制御ブロックダイヤグラムである。この制御装置２００では上記の構成を採るため、転舵反力推定器が配備されていないが、その他にも、操舵角θが反力モータの制御量演算器８５′に入力されている点が、前述の第１実施例とは大きく異なっている。
【００７５】
図１５は、本第２実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１４）に関する更に詳しい論理的な構成を例示する制御ブロックダイヤグラムである。即ち、この制御方式によれば、反力モータ５の制御量Ｔ_Ｒは、次式（１３）に従って、算定される。
【数１３】
Ｔ_Ｒ＝ａ_１Ｔ_ｔ＋ａ_２Ｔ_ｆ＋ａ_３Ｔ_Ｋ＋ａ_４Ｔ_Ｄ，
Ｔ_Ｋ＝ｇ_Ｋτ_ＫＫ，
Ｔ_Ｄ＝ｇ_Ｄτ_ＤＤ …（１３）
【００７６】
ただし、ここで、Ｔ_ｔ，Ｔ_ｆは、前記の式（９）、式（１０）に従って算出するものとする。また、各係数ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４の初期値は、それぞれ、１，−１，０，０とする。また、変数τ_ＫＫ，ｇ_Ｋは、それぞれ図１６のマップ（ａ），（ｂ）によって決定される操舵速度ω_Ｈ（＝ｄθ／ｄｔ）若しくは車速Ｖの関数である。また、変数τ_ＤＤ，ｇ_Ｄは、それぞれ図１７のマップ（ａ），（ｂ）によって決定される操舵速度ω_Ｈ若しくは車速Ｖの関数である。
【００７７】
即ち、図１５の慣性トルク関連値演算部８５３では、図１６のマップ（ａ），（ｂ）を用いて、慣性トルクＴ_Ｋ（＝ｇ_Ｋτ_ＫＫ）を算出する。また、図１５の摩擦トルク関連値演算部８５４では、図１７のマップ（ａ），（ｂ）を用いて、摩擦トルクＴ_Ｄ（＝ｇ_Ｄτ_ＤＤ）を算出する。
【００７８】
図１８に、本第２実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１５）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）を例示する。
このサブルーチン（図１８（ａ））では、前述の第１実施例と同様に、例えば図１８（ｂ）の変数規準表に従って、図１５の各ゲイン（係数ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４）の値を以下の式（１４）の様に書き換える。
【数１４】
ａ_１＝０（操舵トルク関連値切り離し手段に対応），
ａ_２＝−１／２（第１ゲイン変更手段に対応），
ａ_３＝１（第２ゲイン変更手段に対応），
ａ_４＝１（第３ゲイン変更手段に対応） …（１４）
【００７９】
以上の様な構成に従えば、従来、トルクセンサの正常動作時に、主に操舵トルクＴ等を用いて演算処理されていた、操舵機構或いは転舵機構の慣性に係わるシミュレーション（即ち、慣性トルクの出力）や、或いは、操舵機構或いは転舵機構の内部の摩擦力に係わるシミュレーション（即ち、摩擦トルクの出力）等を、ステアリングホイールの回転速度ω_Ｈや車速Ｖ等に基づいて実施することができる様になる。これにより、操舵感が極端に軽くなることを回避でき、よって、問題の違和感を軽減することが可能となる。
【００８０】
尚、ゲインが０となる変数は、演算を省略しても良い。例えば、上記の場合、正常時には、式（１３）の慣性トルクＴ_Ｋ（＝ｇ_Ｋτ_ＫＫ）や摩擦トルクＴ_Ｄ（＝ｇ_Ｄτ_ＤＤ）等は、特に演算する必要が無い。例えば、制御量演算器８５′（図１５）をプログラムにより構成する場合、この様な省略によりＣＰＵオーバヘッドが削減できることは言うまでもない。
【００８１】
〔第３実施例〕
本第３実施例では、上記の第２実施例と略同様の異常時処理を実施するが、本第３実施例では、前述の式（１０）を以下の式（１５）の様に変形して用いる点が、大きく異なっている。ここで、ゲインλの初期値は１である。
【数１５】
Ｔ_ｆ＝ｆ_ｐｆ（Ｆ，Ｖ）＋λＧ_ｄｆ・ｄＦ／ｄｔ …（１５）
【００８２】
図１９は、本第３実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１７）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）である。
このサブルーチン（図１９（ａ））では、前述の第２実施例と同様に、例えば図１９（ｂ）の変数規準表に従って、各ゲイン（係数ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４，λ）の値を以下の式（１６）の様に書き換える。
【数１６】
ａ_１＝０（操舵トルク関連値切り離し手段に対応），
ａ_２＝−１／２（第１ゲイン変更手段に対応），
ａ_３＝１（第２ゲイン変更手段に対応），
ａ_４＝１（第３ゲイン変更手段に対応），
λ ＝２（位相補正量変更手段に対応） …（１６）
【００８３】
以上の様な構成に従えば、第１実施例の最後でも言及した様に、操舵反力Ｔ_Ｒの出力時に位相が遅れ難くなるため、操舵反力の応答性が劣化せず、また、操舵時の粘性感も劣化しない。
【００８４】
尚、図１９（ｂ）の変数規準表において、係数ａ_３、ａ_４の各初期値（正常時の値）はそれぞれ１／５，３／１０などに設定されているが、例えばこの様に、最初から正常時においても、慣性トルクや摩擦トルク（ダンパートルク）等を操舵速度ω_Ｈや車速Ｖ等に基づいて生成して、操舵反力Ｔ_Ｒを構成する項の中にそれら（例：前記式（１３）のＴ_ＫやＴ_Ｄ等）を標準的に入れておいても良い。
【００８５】
この様な設定によれば、正常時においても最初から、操舵速度ω_Ｈ等をも考慮した慣性トルクや摩擦トルク（ダンパートルク）等を生成・出力することができると共に、上記の式（１６）に例示される様な変更（切り換え）を行った際の移行に伴う違和感が、若干でも緩和できると言った効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係わるステアリング制御装置１００の論理的なシステム構成図。
【図２】ステアリング制御装置１００の制御装置８の操舵反力生成方式に係わる論理的な主要構成を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【図３】ステアリング制御装置１００の制御装置８が実行する制御手順の概要を例示するフローチャート。
【図４】制御装置８により具現される転舵モータ制御部（目標値演算器８１、位置制御器８２）が実行する制御手順を例示するフローチャート。
【図５】伝達比Ｇ_ｒの算出に用いられるデータマップを例示するグラフ。
【図６】制御装置８により具現される転舵反力推定器８８が実行する制御手順を例示するフローチャート。
【図７】転舵反力推定器８８が使用するベクトル演算公式をまとめた公式表。
【図８】制御装置８により具現される反力モータの制御量演算器８５が実行する制御手順を例示するフローチャート。
【図９】ゲイン係数Ｇ_ｐｆ，Ｇ_ｄｆの算出に用いられるデータマップを例示するグラフ。
【図１０】関数ｆ_ｐｆ（Ｆ，Ｖ）の設定形態を例示するグラフ。
【図１１】第１実施例の反力モータの制御量演算器８５（図２）に関する更に詳しい論理的な構成を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【図１２】第１実施例の反力モータの制御量演算器８５（図１１）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）。
【図１３】第２実施例のステアリング制御装置２００の論理的なシステム構成図。
【図１４】ステアリング制御装置２００の制御装置８の操舵反力生成方式に係わる論理的な主要構成を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【図１５】第２実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１６）に関する更に詳しい論理的な構成を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【図１６】第２実施例の慣性トルクＴ_Ｋの算定に係わるグラフ。
【図１７】第２実施例の摩擦トルクＴ_Ｄ（ダンパートルク）の算定に係わるグラフ。
【図１８】第２実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１７）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）。
【図１９】第３実施例の反力モータの制御量演算器８５′（図１７）に関する、トルクセンサ異常検出時の、処理を説明するフローチャート（ａ）及びゲイン設定規準を表す変数規準表（ｂ）。
【符号の説明】
１００ … ステアリング制御装置
１ … ステアリングホイール（ハンドル）
２ … 操舵軸（ステアリングシャフト）
３ … 操舵角センサ
４ … 操舵トルクセンサ
５ … 反力モータ
６ … 反力モータ駆動回路
７ … 車速センサ
８ … 制御装置（コンピュータ）
９ … 転舵モータ駆動回路
１０ … 転舵変位量センサ
１１ … 転舵モータ
１２ … 減速器
１３ … 転舵軸
８１ … 目標値演算器
８２ … 位置制御器
８５ … 反力モータの制御量演算器
８５１… 操舵トルク関連値演算部
８５２… 転舵反力関連値演算部
８５３… 慣性トルク関連値演算部
８５４… 摩擦トルク関連値演算部
８８ … 転舵反力推定器
Ｔ … 操舵トルク
Ｆ … 転舵反力
Ｖ … 車速
θ … 操舵角
ｘ … 転舵変位量
ｘ_ｎ … 転舵変位量の目標値
ｕ_ｒ … 転舵モータの制御量
Ｔ_Ｒ … 反力モータの制御量
Ｔ_Ｋ … 慣性トルク
Ｔ_Ｄ … 摩擦トルク（ダンパートルク）
Ｆ_ｈ … 転舵反力の推定値
ｆ … 転舵機構内部に生じる摩擦力
Ｇ … オブザーバゲイン（３行２列の定数行列）
ｋ … サンプリング時刻を表す時刻パラメータ
ｘ_０（ｋ） … 時刻ｋにおけるオブザーバの状態量（状態ベクトル）
Ａ，Ｃ … ３行３列の定数行列
Ｂ，Ｄ … ３行２列の定数行列[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a steering control device for controlling a steering reaction force of a vehicle-mounted steer-by-wire system.
[0002]
[Prior art]
For example, as a steering control device for controlling a steering reaction force of a conventional steer-by-wire system, a steering control device described in Patent Literature 1 below or a steering control device described in Patent Literature 2 below is generally used. Widely known.
These conventional devices are provided with a steering torque sensor for detecting a steering torque T accompanying a driver's steering operation, and a reaction torque (a steering reaction force T) for giving an appropriate sense of response to the steering wheel. _R ) Is used to determine the output value.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-334947 A (Page 4-5, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-5-105100 (pages 2-4, FIG. 1-3)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional steer-by-wire system as described above, when the torque sensor breaks down, it has to be switched to a manual steering mechanism, and thus has the following problems.
(Issue 1)
When switching to the manual steering mechanism when the torque sensor fails, the driver feels confused and uncomfortable because the steering feeling suddenly becomes heavy.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to make it possible to relatively smoothly perform switching of a steering system or a steering control system even when a torque sensor fails. It is to be.
[0006]
Means for Solving the Problems, Functions and Effects of the Invention
In order to solve the above-mentioned problems, the following means are effective.
That is, the first means of the present invention is a steering reaction force T to be applied to the steering wheel by the steering actuator. _R The steering mechanism for controlling the steering mechanism and the steering mechanism for controlling the steering displacement x related to the actual steering angle of the steered wheels are mechanically separated, and the connecting mechanism for connecting both of them is an electrical interlocking mechanism. In a steer-by-wire system that is configured as an alternative, the steering mechanism may include a steering torque sensor that detects a steering torque T applied by a driver to a steering wheel, and a steering mechanism based on a road surface reaction force or the like. A steering reaction force calculating means for calculating a working steering reaction force F, and a steering reaction force T when abnormality of the steering torque sensor is detected. _R In the calculation of (1), there is provided a steering torque related value separating means for stopping input or use of the steering torque T detected by the steering torque sensor.
[0007]
According to such a configuration, when an abnormality of the steering torque sensor is detected, the steering reaction force T _R In the calculation of, the input or use of the detected value of the steering torque T, which is treated as being correctly detected by the steering torque sensor, is stopped, so that an unreasonably inappropriate irrelevant steering reaction force is applied to the steering wheel. There is no danger of being granted.
That is, according to the above-described first means, the driver can continue the steering operation by continuing the steering control without necessarily switching to the manual steering mechanism. Can be solved.
[0008]
However, when the above-mentioned first means is used, the following problem arises.
(Issue 2)
Assuming that the detected value T of the steering torque applied to the steering wheel by the driver when the torque sensor has failed is assumed to be equal to 0, the steering feeling suddenly becomes light, and the driver feels confused and uncomfortable.
[0009]
The second means of the present invention described below is considered as a countermeasure for this problem 2.
That is, the second means of the present invention provides the steering mechanism of the first means, wherein when the abnormality of the steering torque sensor is detected, the coefficient value of the steering reaction force F or the steering reaction force F A first gain changing means for changing the coefficient value of the related value is provided.
[0010]
By such a correction of the coefficient value (gain), even when the detected value T of the steering torque is assumed to be 0, the desired steering reaction force T to be output from the steering actuator is obtained. _R Can be roughly corrected (optimized). Therefore, the steering reaction force F (or its estimated value F _h The possibility that the influence of (3) on the steering feeling becomes overwhelming or extremely dominant is eliminated.
[0011]
Further, the third means is the steering mechanism of the first or second means, wherein the rotational speed ω of the steering wheel is _H , The inertia torque T related to the moment of inertia of the steering mechanism _K And the steering reaction force T _R And an inertia compensating means which is set as one of the terms which constitutes an inertia torque T when an abnormality of the steering torque sensor is detected. _K Or inertia torque T _K And a second gain changing means for changing the coefficient value of the related value.
[0012]
According to such a configuration, a simulation relating to the inertia of the steering mechanism or the turning mechanism, which has conventionally been mainly processed using the steering torque T or the like during normal operation of the torque sensor (ie, output of the inertia torque) For example, the rotational speed of the steering wheel ω _H And so on.
As a result, it is possible to prevent the steering feeling from becoming extremely light, and thus it is possible to reduce the uncomfortable feeling of the problem.
[0013]
The fourth means is the steering mechanism according to any one of the first to third means, wherein the rotational speed ω of the steering wheel is _H , The friction torque T related to the internal friction of the steering mechanism or the turning mechanism _D And the steering reaction force T _R And a friction compensating means which is set as one of the terms constituting the torque torque T when an abnormality of the steering torque sensor is detected. _D Coefficient value or friction torque T _D And third gain changing means for changing the coefficient value of the related value.
[0014]
According to such a configuration, a simulation relating to the frictional force inside the steering mechanism or the turning mechanism, which has conventionally been mainly processed using the steering torque T or the like during normal operation of the torque sensor (ie, friction torque) Output), for example, the rotational speed ω of the steering wheel _H And so on.
As a result, it is possible to prevent the steering feeling from becoming extremely light, and thus it is possible to reduce the uncomfortable feeling of the problem.
[0015]
The fifth means is a turning reaction force calculating means of any one of the first to fourth means, wherein the turning reaction force phase correcting means for correcting the phase of the turning reaction force F; A phase correction amount changing unit that changes a correction amount for the phase of the steering reaction force F when an abnormality of the torque sensor is detected.
[0016]
If the steering torque T cannot be detected, a feedback loop relating to the steering torque cannot be formed, so that the steering reaction force T _R The responsiveness when generating and outputting is degraded. In order to reduce this effect, it is effective to increase (or not decrease) the response of the open control system related to the steering reaction force F.
According to the fifth means, the phase of the steering reaction force F can be advanced (or not delayed) by changing the correction amount for the phase of the steering reaction force F. Deterioration of responsiveness to the steering operation of the mechanism can be reduced.
[0017]
A sixth means is that in the turning reaction force calculating means of any one of the first to fifth means, a turning reaction force sensor for measuring a turning reaction force F is provided.
According to such a configuration, since the turning reaction force can be directly measured from the turning reaction sensor, the turning reaction force F can be obtained reliably with higher accuracy.
Further, according to such a configuration, it is not necessary to estimate the steering reaction force F by an altitude or complicated estimation process using a known observer or the like, so that the device cost related to the observer or the like, or The development man-hour of the processing program can be reduced.
Further, according to the above configuration, the CPU overhead when using the control device can be reduced as compared with the case where the observer is configured by a program.
[0018]
Further, a seventh means is the steering reaction force calculating means of any one of the first to fifth means, wherein a measured value I of a steering current flowing through a steering actuator of the steering mechanism is provided. _a , Command value I _n Or the related value u _r And a turning reaction force estimating means for estimating the turning reaction force F based on
[0019]
However, the above related value u _r Is arbitrary as long as it is a control amount for the steering actuator. For example, a command voltage in a drive circuit of a steering motor, a duty value in PWM control, or the like may be used. In addition, of course, the value of the current (steering current) flowing to the steering motor or the command value thereof may be used.
[0020]
According to the above configuration, by estimating the steering reaction force F, the steering control device can be configured without necessarily including the steering reaction force sensor. An advantageous control device can be configured.
In addition, according to the above configuration, it is not necessary to examine in detail connection specifications (standards), measurement accuracy, price, heat resistance, vibration resistance, durability, size, shape, weight, etc. of the steering reaction force sensor. Also, there is no fear that these conditions become a design bottleneck.
[0021]
Further, an eighth means is the steering reaction force estimating means of the seventh means, wherein the "measured value I of the steering current flowing through the steering actuator of the steering mechanism" is used. _a , Command value I _n Or the related value u _r And "the steering displacement amount x and its command value x _n Or a disturbance observer for estimating the above-mentioned steering reaction force F on the basis of the relevant values related to these.
[0022]
According to such a configuration, the above-described steering reaction force F can be estimated with relatively high accuracy. Therefore, both the estimation accuracy of the steering reaction force F and the component cost of the apparatus are relatively reasonable. A well-balanced control device can be configured.
By the means of the present invention described above, the above problems can be effectively or rationally solved.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples. However, the present invention is not limited to the embodiments described below.
[First embodiment]
FIG. 1 is a system configuration diagram of the steering control device 100 according to the present embodiment. The steering control device 100 electrically controls a steering mechanism having a steering wheel (handle) 1 operated by a driver, a steering mechanism that steers the steered wheels 16, and an interlocking control between the steering mechanism and the steering mechanism. And a control device (computer) 8 that performs the operation.
[0024]
The steering mechanism includes a steering actuator (reaction motor 5) that generates a steering reaction force. The reaction motor driving circuit 6 controls the control amount (T _R ), The reaction force motor 5 is driven. An output shaft of the reaction motor 5 is connected to a steering shaft (steering shaft) 2 via a speed reducer, and the steering shaft 2 is connected to a steering wheel 1.
[0025]
The steering shaft 2 is provided with a steering angle sensor 3 for detecting a steering angle θ, which is a rotation angle of the shaft, and a steering torque sensor 4 for detecting a steering torque T applied to the steering shaft 2. However, instead of the steering angle sensor 3, a reaction force motor angle sensor that detects the rotation angle of the reaction force motor may be provided, and the steering angle θ may be estimated from the rotation angle of the reaction force motor. In this case, the rotation angle of the reaction motor may be converted into the steering angle θ based on only the reduction ratio, or the steering angle θ may be corrected in consideration of the torsional rigidity of the steering shaft.
[0026]
On the other hand, the turning mechanism includes a turning actuator (turning motor 11) that turns the turning shaft 13. The steering motor drive circuit 9 controls the control amount (u _r ), The steering motor 11 is driven. A converter (reducer 12) for converting the rotational motion of the steering motor 11 into a linear motion can be constituted by, for example, a ball screw mechanism or the like. Both ends of the steered shaft 13 are connected to steered wheels 16 via a tie rod 14 and a knuckle arm 15.
[0027]
The steering shaft 13 has a steering displacement sensor 10 for detecting the steering displacement x of the shaft, and a steering reaction force F applied to the steering shaft 13 from outside (the steered wheels 16) (not shown). Although a steering reaction force sensor may be provided, this embodiment will exemplify a configuration example in which the latter steering reaction force sensor is replaced with a disturbance observer.
[0028]
Instead of the steering displacement sensor 10, a steering motor angle sensor for detecting the rotation angle of the steering motor may be provided, and the steering displacement x may be estimated from the rotation angle of the steering motor. In this case, the conversion may be performed only by the reduction ratio, or may be corrected in consideration of the axial rigidity of the steered shaft 13.
[0029]
The detection results (the steering angle θ, the steering torque T, the steering displacement x, and the vehicle speed V) of the steering angle sensor 3, the steering torque sensor 4, the steering displacement sensor 10, and the vehicle speed sensor 7 are input to the control device 8. Based on these detection results, a control signal (control amount T of the reaction motor) is sent to each drive circuit (6, 9) so that the reaction motor 5 and the steering motor 11 output a predetermined driving force. _R , Control amount u of the steering motor _r ) Is output.
[0030]
FIG. 2 is a control block diagram illustrating a logical main configuration related to a steering reaction force generation method of the control device 8 of the steering control device 100.
A control signal to the reaction motor driving circuit 6 (the control amount T of the reaction motor) _R ) Is calculated by the control amount calculator 85 of the reaction motor.
[0031]
On the other hand, the control signal to the steering motor drive circuit 9 (the control amount u of the steering motor) _r ) Is calculated by the position controller 82. The position controller 82 calculates a target value x of the steering displacement calculated by the target value calculator 81. _n Based on the steering displacement x detected by the steering displacement sensor 10 and the known PD control (proportional / integral control), the control amount u of the steering motor is controlled. _r Is calculated. Of course, based on other well-known control theory such as PID control (proportional / integral / differential control), the control amount u of the steering motor is controlled. _r May be calculated.
[0032]
The turning reaction force estimator 88 calculates the turning displacement x and the control amount u of the turning motor. _r Of the steering reaction force F based on the _h Is calculated.
This turning reaction force estimator 88 can be replaced with a turning reaction force sensor that directly detects the turning reaction force F. However, in the first embodiment described below, the turning reaction force estimator 88 is used. Regarding the steering control device (100) having the 88, “I. Operation under normal conditions” mainly focusing on the description of the main part, and “II. Operation under abnormal conditions” which expands the detailed description directly related to the characteristic portions of the present invention. The description is divided into two parts.
[0033]
I. Normal operation
Hereinafter, the normal operation of the control device 8 (the normal operation of the steering torque sensor 4) will be described.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an outline of a control procedure executed by the control device 8 of the steering control device 100. This control procedure is means for implementing the steering control of FIG.
[0034]
In the control procedure of FIG. 3, first, at step 510, the system is initialized. This initialization is centered on processing such as initialization of control variables. Specific contents of these will be exemplified in a fragmentary manner later.
[0035]
In step 520, the detection results (the steering angle θ, the steering torque T, the steering displacement x, and the vehicle speed V) of the steering angle sensor 3, the steering torque sensor 4, the steering displacement sensor 10, and the vehicle speed sensor 7 are input.
In step 530, a subroutine (FIG. 4) for controlling the steering motor is called and executed. This subroutine embodies the target value calculator 81 and the position controller 82 in FIG.
[0036]
In step 540, a steering reaction force is obtained. Although the turning reaction force may be obtained from a signal directly detected by the turning reaction sensor, in this embodiment, the turning reaction amount x and the turning displacement are calculated by the turning reaction force estimator 88. Motor control amount u _r Of the steering reaction force F based on the _h The procedure for calculating is described in detail below.
In step 550, a subroutine (FIG. 8) for controlling the reaction force motor is called and executed. This subroutine is a subroutine that embodies the reaction motor control amount calculator 85 in FIG.
[0037]
In step 560, a timer interrupt reservation setting process or the like is performed in order to periodically execute the processing in step 520 and thereafter (for example, in a 0.5 ms cycle), and transition to a timer interrupt waiting state.
Next, a subroutine (FIG. 4) for controlling the steering motor called as a subroutine in step 530 will be described in detail.
[0038]
1. Steering axis control procedure
FIG. 4 is a flowchart illustrating a control procedure executed by the steering motor control unit (that is, the target value calculator 81 and the position controller 82) embodied by the control device 8 in FIGS. 1 and 2. .
[0039]
Target value x of steering displacement x from steering angle θ _n Is determined by equation (1). Transmission ratio G _r May be used as a constant, but according to the steering angle θ, the vehicle speed V, and the like, for example, using the maps (a) and (b) shown in FIG. _r = G _r1 × g _r2 In the form of "". For example, according to such a setting according to the vehicle speed, it is possible to implement a desired steering gear ratio variable unit.
[0040]
(Equation 1)
x _n = G _r θ ... (1)
For example, in this way, the calculation processing (steps 620 and 640) of the target value calculator 81 can be executed.
[0041]
Deviation (x _n −x) and its time derivative d (x _n −x) The control amount u of the steering motor 11 based on / dt _r Is determined by equation (2), and the steering displacement x is set to the target value x described above. _n Drive control is performed so as to follow. Gain coefficient G _px , G _dx Is a constant.
(Equation 2)
u _r = G _px (X _n −x) + G _dx ・ D (x _n −x) / dt (2)
For example, the arithmetic processing (steps 660 and 680) of the position controller 82 can be executed in this manner.
[0042]
Hereinafter, the estimated value F of the steering reaction force is calculated by a calculation method relating to the disturbance observer. _h (Step 540 in FIG. 3) is specifically illustrated with reference to FIGS. 6 and 7.
[0043]
2. Estimation procedure of steering reaction force
The equation of motion of the steering mechanism is described by equation (3). Here, M is the effective mass in the steering displacement direction of the steering mechanism determined by the rack shaft mass, the inertia (inertia) of the motor, and the like.
[Equation 3]
M ・ d ² x / dt ² = U _r −f−F≡d (3)
[0044]
Here, f is a frictional force generated inside the steering mechanism such as the steering motor 11 and the converter (reducer 12). The frictional force f may be obtained, for example, as a function y of x and v. The function y may be obtained as a mathematical expression relating to x, v, or the like, or may be obtained from a map (table data) approximating the function y and a predetermined interpolation process.
(Equation 4)
f = y (x, v) (4)
However, the variable v in lower case is the turning speed of the turning shaft 13 defined by the following equation (5).
(Equation 5)
v = dx / dt (5)
[0045]
Here, if the force d in Expression (3) is regarded as a disturbance in the disturbance observer, a disturbance observer expressed in the form of Expression (a) in FIG. 7 can be configured. However, hereinafter, the matrix G is an observer gain (a constant matrix of 3 rows and 2 columns), and F _h , X _h , V _h , D _h Represents the estimated values of F, x, v, and d, respectively.
[0046]
Let the state quantity of the observer at time k be x ₀ (K) (3 rows and 1 column vector). At this time, the observer gain G is determined by the pole allocation method, and the sampling time is discretized at an appropriate time interval (for example, about 0.5 ms). ₀ (K) can be sequentially calculated in the form of equation (b) in FIG. Therefore, the above estimated value d of the force d _h Can be sequentially calculated in the form of equation (c) in FIG.
Here, k is a time parameter (integer variable) representing the sampling time, matrices A and C are constant matrices each having 3 rows and 3 columns, and matrices B and D are each constant matrices each having 3 rows and 2 columns. Also, the state quantity x ₀ Initial value x of (k) ₀ (0) may be a 0 vector. Further, the initial value v (0) of the steering speed v may be 0.
[0047]
Therefore, the above estimated value d of the force d _h , The estimated value F of the steering reaction force F _h Can be sequentially obtained by the following equation (6).
(Equation 6)
F _h (K) = u _r (K) -f (k) -d _h (K) ... (6)
[0048]
For example, in this way, instead of the detection value F of the steering reaction force sensor, the estimated value F of the steering reaction force is used. _h Is used to calculate the control amount T of the reaction motor. _R Is set, the steering reaction force sensor becomes unnecessary, so that the cost can be reduced. Further, since no vibration is generated due to the noise of the steering reaction force sensor, a smooth steering feeling can be obtained.
[0049]
Based on these theories, the steering reaction force estimator 88 (ie, step 540 in FIG. 3) according to the present invention in FIG. 2 can be configured.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a control procedure executed by the turning reaction force estimator 88 embodied by the control device 8.
[0050]
In this control procedure, first, in step 910, the value of the moving speed v (k) of the steered shaft is obtained by the above equation (5).
Next, in step 920, d is calculated according to equation (c) in FIG. _h Find the value of (k).
In step 930, according to the above equation (6), F _h Find the value of (k).
In step 940, this F _h Is substituted for a variable F representing the steering reaction force. Thus, the value of the steering reaction force F can be referred to in the control amount calculator 85 of the reaction motor.
[0051]
In steps 950 and 960, preparations are made for arithmetic processing in the next control cycle. That is, in step 950, x is calculated according to equation (b) in FIG. ₀ The value of (k + 1) is calculated and stored in a predetermined storage area.
In step 960, the time parameter k is updated.
[0052]
Note that the process of step 960 may be executed in step 560 described above. Also, k = 0, x ₀ Initialization processing of various used variables such as (0) = 0, v (0) = 0 is executed in the above-described step 510.
[0053]
Next, the reaction motor control called as a subroutine in step 550 of FIG. 3 will be described in detail.
[0054]
3. Control procedure of steering shaft (reaction motor)
Based on the steering torque T and its time derivative dT / dt, and the steering reaction force F and its time derivative dF / dt, the control amount T of the reaction motor 5 is calculated. _R May be determined according to the following equation (7), but in the present embodiment, the control amount T of the reaction force motor 5 is calculated by the following equation (8). _R An example will be described. However, here, the gain coefficient G _pt , G _dt , G _pf , G _df Is an appropriate constant, and the steering reaction force F of the third and fourth terms on each right side of Expressions (7) and (8) is the estimated value F _h Shall be substituted.
(Equation 7)
T _R = G _pt T + G _dt ・ DT / dt-G _pf FG _df ・ DF / dt ... (7)
(Equation 8)
T _R = G _pt T + G _dt DT / dt-f _pf (F) -G _df ・ DF / dt ... (8)
[0055]
The third and fourth terms of the above equations (7) and (8) are control amounts acting in the direction opposite to the direction in which the steering torque is applied. According to the third term, a steering reaction force corresponding to a steering reaction force such as a self-aligning torque is generated. Further, the steering reaction force is quickly generated with respect to the steering reaction force by the fourth term, and the vibration caused by the steering reaction force is suppressed. Therefore, the steering reaction force (road surface information) can be transmitted to the driver without a feeling of strangeness, and a smooth steering feeling can be obtained.
[0056]
On the other hand, the first and second terms are control amounts for rotating the steering shaft in the direction in which the steering torque is applied. The first term suppresses the steering reaction force caused by the friction of the speed reducer, and the second term suppresses the vibration caused by cogging of the reaction force motor. Therefore, a steering reaction force according to the steering reaction force can be accurately applied.
[0057]
Based on these theories, the control amount calculator 85 according to the present invention in FIG. 2 (that is, the reaction force motor control called as a subroutine in step 550 in FIG. 3) can be configured.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a control procedure executed by the control amount calculator 85 of the reaction force motor embodied by the control device 8.
First, in step 810, the values of the steering torque T and the time derivative of the steering reaction force F are obtained in preparation for executing the calculation of equation (8).
Next, in step 830, the gain coefficient G of the equation (8) is obtained. _df To determine.
[0058]
FIG. 9 shows the gain coefficient G _pf , G _df 5 is a graph illustrating a data map used for calculation of. Gain coefficient G _pf , G _df May be changed based on the maps (a) and (b) shown in FIG. For example, as described above, the gain coefficient G increases as the vehicle speed V increases. _pf , G _df Is increased, the steering reaction force increases as the vehicle speed V increases, so that the steering feeling is further improved.
[0059]
As described above, according to the vehicle speed V, the gain coefficient G _pf , G _df Is an example of implementing a desired steering gear ratio variable unit. Also, the gain coefficient G _pf Is increased, the stability of the control system is degraded and vibration is likely to occur. _df Since the vibration can be suppressed by increasing the value, a smooth steering feeling can be obtained even with such a setting.
[0060]
Next, in step 850, the third term of equation (8) is determined. Here, the above function f _pf (F) may be a function depending on the vehicle speed V as shown in FIG. FIG. 10 shows a function f that can be used as the third term of the above equation (8). _pf It is a graph which illustrates the setting form of (F, V).
[0061]
By increasing the rate of increase of the steering reaction force in a region where the steering reaction force is smaller, the steering reaction force rises sharply when the steering wheel starts to be turned from the neutral position, so that a good steering feeling with a build-up feeling can be obtained. Further, a function f depending on the vehicle speed V as illustrated in FIG. _pf By using (F, V), it is possible to optimize the third term of Expression (8) according to the vehicle speed V. For example, such a means is also an example of implementing a desired steering gear ratio variable means. According to such a setting, the steering reaction force increases as the vehicle speed V increases, so that the steering feeling is further improved.
[0062]
According to these procedures, each term of Expression (8) can be obtained. In step 870, the arithmetic processing of equation (8) is performed. In step 890, the control amount T calculated in step 870 _R Is output to the reaction force motor drive circuit 6.
According to the above control procedure, the steering control device 100 according to the first embodiment can easily or easily generate a desired steering feeling at low production cost.
[0063]
II. Operation when abnormal
Hereinafter, the operation of the steering control device 100 according to the first embodiment when the steering torque sensor 4 is abnormal will be described.
FIG. 11 is a control block diagram illustrating a more detailed logical configuration of the control amount calculator 85 (FIG. 2) of the reaction motor according to the present embodiment. In the control amount calculator 85 of the reaction motor according to the present embodiment, as described with reference to the equation (8) and FIG. 8, FIG. 9, and FIG. _R (Output torque or drive current of the reaction force motor 5) is calculated and output to the reaction force motor drive circuit 6.
[0064]
These operations are the same as above when the steering torque sensor 4 is abnormal, and the operation shown in FIG. 11 matches the operation shown by the control amount calculator 85 in FIG. .
That is, the steering torque related value calculation unit 851 in FIG. 11 calculates the steering torque related value T according to the following equation (9). _t Is calculated. Further, the turning reaction force related value calculating unit 852 calculates the turning reaction force related value T according to the following equation (10). _f Is calculated.
(Equation 9)
T _t = G _pt T + G _dt ・ DT / dt ... (9)
(Equation 10)
T _f = F _pf (F, V) + G _df ・ DF / dt (10)
Then, the steering torque related value T _t And the steering reaction force related value T _f Is processed according to the following equation (11).
[Equation 11]
T _R = A ₁ T _t + A ₂ T _f (Initial value: a ₁ = 1, a ₂ = -1) ... (11)
[0065]
However, when the steering torque sensor 4 is abnormal, the value of the gain is changed to the value (a ₁ = 1, a ₂ = -1). That is, this gain (coefficient a ₁ , A ₂ The means for dynamically switching the value of ()) when the value is abnormal is one of the biggest features of the present invention.
[0066]
FIGS. 12A and 12B are a flowchart (a) for explaining a process relating to the control amount calculator 85 (FIG. 11) of the reaction motor of the first embodiment when a torque sensor abnormality is detected, and a variable standard table (b) representing a gain setting standard. ).
The subroutine for executing the abnormal-time process of FIG. 12A is called and executed asynchronously with the above-mentioned program when the steering torque sensor 4 has an abnormality. Such a subroutine is most commonly registered as an interrupt processing routine. For example, there is a case where the steering torque sensor 4 itself can directly apply an external interrupt to the control device when its abnormality occurs.
[0067]
In the abnormal state of the steering torque sensor 4, if there is a contradiction among the above-mentioned physical variables F, x, θ, T, V, etc., an unnatural relationship (contradiction) between these variables is set in software. Alternatively, it may be detected by analyzing the data.
[0068]
In the above subroutine (FIG. 12 (a)), for example, each gain (coefficient a ₁ , A ₂ ) Is rewritten as the following equation (12).
(Equation 12)
a ₁ = 0 (corresponding to the steering torque related value separation means),
a ₂ = -1 / 2 (corresponding to the first gain changing means) (12)
[0069]
For example, by continuing the steering control in this way, it is possible for the driver to continue the steering operation. It is possible to avoid.
Also, the coefficient a ₂ According to the above-described first gain changing means, the desired steering reaction force T to be output from the steering actuator can be obtained even when the detected value T of the steering torque is assumed to be 0 as described above. _R Can be roughly corrected (optimized). Therefore, the estimated value F of the steering reaction force F _h There is no possibility that the degree of influence on the steering feeling becomes overwhelming or extremely dominant.
[0070]
As can be seen from equation (11), according to the first gain changing means, the gain (coefficient a) is added to both the first and second terms on the right side of equation (10). ₂ However, as another modified example, for example, the second term on the right side of the equation (10) is unchanged, and only the first term on the right side of the equation (10) is the first gain changing unit. May be reduced by half. By limiting the range of influence of the first gain changing means in this way, the steering reaction force T _R Since the phase is less likely to be delayed at the time of output, the response of the steering reaction force does not deteriorate.
[0071]
Also, the second term (G _df DF / dt) can be interpreted as expressing a damper term of the steering system in addition to being interpreted as a phase compensation term. It is considered preferable that the second term on the right side of (10) be invariable and only the first term on the right side of Equation (10) be reduced by half.
These methods will also be referred to as a phase correction amount changing unit in a third embodiment described later.
[0072]
[Second embodiment]
In step 540 of the first embodiment, instead of directly measuring the turning reaction force F using the turning reaction sensor, the control amount u of the turning motor is used. _r Although the value of the steering reaction force F is estimated on the basis of the steering displacement amount x and the steering reaction amount x, a general steering control device (SBW system) is, of course, equipped with a steering reaction force sensor and The force F may be directly obtained from the steering reaction force sensor.
[0073]
FIG. 13 is a logical system configuration diagram of the steering control device 200 according to the second embodiment. This steering control device 200 is different from the steering control device 100 of the first embodiment in that a steering reaction force sensor 20 is provided.
For example, in the case where the steering reaction force sensor 20 is provided in this manner, parts cost and noise countermeasures may be problematic. However, according to such a method, the disturbance observer described above is Can reduce or suppress development man-hours and CPU overhead during operation.
[0074]
FIG. 14 is a control block diagram illustrating a logical main configuration related to the steering reaction force generation method of the control device 8 of the steering control device 200 according to the second embodiment. In this control device 200, a turning reaction force estimator is not provided in order to adopt the above configuration. However, the other point is that the steering angle θ is input to the control amount calculator 85 'of the reaction motor. This is greatly different from the first embodiment.
[0075]
FIG. 15 is a control block diagram illustrating a more detailed logical configuration of the control amount calculator 85 '(FIG. 14) of the reaction force motor according to the second embodiment. That is, according to this control method, the control amount T of the reaction motor 5 is controlled. _R Is calculated according to the following equation (13).
(Equation 13)
T _R = A ₁ T _t + A ₂ T _f + A ₃ T _K + A ₄ T _D ,
T _K = G _K τ _KK ,
T _D = G _D τ _DD … (13)
[0076]
Where T _t , T _f Is calculated according to the above equations (9) and (10). Also, each coefficient a ₁ , A ₂ , A ₃ , A ₄ Are 1, -1, 0, 0, respectively. Also, the variable τ _KK , G _K Is the steering speed ω determined by the maps (a) and (b) in FIG. _H (= Dθ / dt) or a function of the vehicle speed V. Also, the variable τ _DD , G _D Is the steering speed ω determined by the maps (a) and (b) in FIG. 17, respectively. _H Alternatively, it is a function of the vehicle speed V.
[0077]
That is, the inertia torque related value calculation unit 853 in FIG. 15 uses the maps (a) and (b) in FIG. _K (= G _K τ _KK ) Is calculated. Further, the friction torque related value calculation unit 854 in FIG. 15 uses the maps (a) and (b) in FIG. _D (= G _D τ _DD ) Is calculated.
[0078]
FIG. 18 is a flowchart (a) for explaining processing when a torque sensor abnormality is detected, and a variable reference table representing a gain setting reference, regarding the control amount calculator 85 '(FIG. 15) of the reaction force motor of the second embodiment. (B) is illustrated.
In this subroutine (FIG. 18 (a)), each gain (coefficient a) in FIG. ₁ , A ₂ , A ₃ , A ₄ ) Is rewritten as the following equation (14).
[Equation 14]
a ₁ = 0 (corresponding to the steering torque related value separation means),
a ₂ = -1 / 2 (corresponding to the first gain changing means),
a ₃ = 1 (corresponding to the second gain changing means),
a ₄ = 1 (corresponding to the third gain changing means) (14)
[0079]
According to the above-described configuration, a simulation relating to the inertia of the steering mechanism or the turning mechanism (that is, the inertia torque of the steering mechanism or the steering mechanism), which has been conventionally mainly processed using the steering torque T or the like during normal operation of the torque sensor, is performed. Output) or a simulation relating to the frictional force inside the steering mechanism or the turning mechanism (that is, the output of the friction torque), etc. _H And vehicle speed V or the like. As a result, it is possible to prevent the steering feeling from becoming extremely light, and thus it is possible to reduce the uncomfortable feeling of the problem.
[0080]
Note that the calculation for a variable having a gain of 0 may be omitted. For example, in the above case, at normal time, the inertia torque T _K (= G _K τ _KK ) And friction torque T _D (= G _D τ _DD ) Need not be calculated. For example, when the control amount calculator 85 '(FIG. 15) is configured by a program, it goes without saying that such omission can reduce the CPU overhead.
[0081]
[Third embodiment]
In the third embodiment, the processing at the time of abnormality which is substantially the same as that of the second embodiment is performed. However, in the third embodiment, the above-described equation (10) is transformed into the following equation (15). The point is that they are greatly different. Here, the initial value of the gain λ is 1.
[Equation 15]
T _f = F _pf (F, V) + λG _df ・ DF / dt… (15)
[0082]
FIG. 19 is a flowchart (a) for explaining processing when a torque sensor abnormality is detected, and a variable criterion table showing a gain setting criterion for the control amount calculator 85 '(FIG. 17) of the reaction force motor of the third embodiment. (B).
In this subroutine (FIG. 19A), each gain (coefficient a) is set in accordance with, for example, the variable reference table shown in FIG. ₁ , A ₂ , A ₃ , A ₄ , Λ) is rewritten as the following equation (16).
(Equation 16)
a ₁ = 0 (corresponding to the steering torque related value separation means),
a ₂ = -1 / 2 (corresponding to the first gain changing means),
a ₃ = 1 (corresponding to the second gain changing means),
a ₄ = 1 (corresponding to the third gain changing means),
λ = 2 (corresponding to the phase correction amount changing means) (16)
[0083]
According to the above configuration, as mentioned at the end of the first embodiment, the steering reaction force T _R Since the phase is less likely to be delayed at the time of output, the response of the steering reaction force does not deteriorate, and the viscous feeling at the time of steering does not deteriorate.
[0084]
Incidentally, in the variable reference table of FIG. ₃ , A ₄ Are set to 1/5, 3/10, etc., respectively. For example, even in the normal state from the beginning, the inertia torque, the friction torque (damper torque), etc. Steering speed ω _H And the steering reaction force T _R (Eg, T in the above formula (13)) _K And T _D Etc.) may be inserted as standard.
[0085]
According to such a setting, even at the normal time, the steering speed ω _H In addition to generating and outputting inertia torque, friction torque (damper torque), and the like in consideration of the above-described conditions, a sense of incongruity due to a shift when a change (switching) as exemplified in the above equation (16) is performed. However, the effect of being able to alleviate even a small amount is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a logical system configuration diagram of a steering control device 100 according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a control block diagram illustrating a logical main configuration related to a steering reaction force generation method of a control device 8 of the steering control device 100.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an outline of a control procedure executed by a control device 8 of the steering control device 100;
FIG. 4 is a flowchart illustrating a control procedure executed by a steering motor control unit (a target value calculator 81 and a position controller 82) embodied by the control device 8;
FIG. 5: Transmission ratio G _r 6 is a graph showing an example of a data map used for calculation of.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a control procedure executed by a turning reaction force estimator 88 embodied by the control device 8;
FIG. 7 is a formula table summarizing vector calculation formulas used by the steering reaction force estimator 88.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a control procedure executed by a control amount calculator 85 of the reaction motor implemented by the control device 8;
FIG. 9 shows a gain coefficient G _pf , G _df 6 is a graph showing an example of a data map used for calculation of.
FIG. 10: Function f _pf 9 is a graph illustrating a setting mode of (F, V).
11 is a control block diagram illustrating a more detailed logical configuration of a control amount calculator 85 (FIG. 2) of the reaction force motor according to the first embodiment.
FIG. 12 is a flowchart (a) for explaining processing when a torque sensor abnormality is detected, and a variable reference table (b) representing a gain setting reference, for the control amount calculator 85 (FIG. 11) of the reaction force motor of the first embodiment. ).
FIG. 13 is a logical system configuration diagram of the steering control device 200 according to the second embodiment.
FIG. 14 is a control block diagram illustrating a logical main configuration related to a steering reaction force generation method of the control device 8 of the steering control device 200;
FIG. 15 is a control block diagram illustrating a more detailed logical configuration of a control amount calculator 85 ′ (FIG. 16) of the reaction force motor according to the second embodiment.
FIG. 16 shows the inertia torque T of the second embodiment. _K Graph related to calculation of.
FIG. 17 shows a friction torque T of the second embodiment. _D Graph related to calculation of (damper torque).
FIG. 18 is a flowchart (a) for explaining processing when a torque sensor abnormality is detected, and a variable reference table (a gain setting reference) relating to the control amount calculator 85 ′ (FIG. 17) of the reaction force motor according to the second embodiment. b).
FIG. 19 is a flowchart (a) for explaining processing when a torque sensor abnormality is detected with respect to a control amount calculator 85 ′ (FIG. 17) of the reaction force motor according to the third embodiment, and a variable reference table representing a gain setting reference ( b).
[Explanation of symbols]
100 ... steering control device
1 ... Steering wheel (handle)
2. Steering shaft (steering shaft)
3. Steering angle sensor
4. Steering torque sensor
5… reaction motor
6… reaction motor drive circuit
7… Vehicle speed sensor
8 Control device (computer)
9 ... Steering motor drive circuit
10 ... Steering displacement sensor
11 ... Steering motor
12 ... reducer
13 ... Steering axis
81 ... Target value calculator
82… Position controller
85… Control amount calculator for reaction motor
851... Steering torque related value calculation unit
852: Steering reaction force related value calculation unit
853 ... Inertia torque related value calculator
854: Friction torque related value calculation unit
88… Steering reaction force estimator
T… steering torque
F… steering reaction force
V: Vehicle speed
θ… steering angle
x: Steering displacement
x _n … Target value of steering displacement
u _r … Control amount of steering motor
T _R … Control amount of reaction motor
T _K … Inertia torque
T _D … Friction torque (damper torque)
F _h … Estimated value of steering reaction force
f: Friction force generated inside the steering mechanism
G: Observer gain (constant matrix of 3 rows and 2 columns)
k: Time parameter indicating sampling time
x ₀ (K) ... Observer state quantity at time k (state vector)
A, C ... 3x3 constant matrix
B, D ... Constant matrix of 3 rows and 2 columns

Claims

A steering mechanism for steering actuator controls the steering reaction force T _R to be applied to the steering wheel, a steering mechanism for controlling the turning displacement x according to the actual steering angle of the steered wheels are mechanically separated In a steer-by-wire system in which a connecting mechanism for connecting these two is alternatively configured by an electric interlocking mechanism,
The steering mechanism,
A steering torque sensor for detecting a steering torque T applied by a driver to the steering wheel;
Turning reaction force calculating means for calculating a turning reaction force F acting on the turning mechanism based on a road surface reaction force or the like;
If the abnormality of the steering torque sensor is detected, the calculation of the steering reaction force T _R, and a steering torque related value disconnecting means to stop the input or use of the steering torque T that the steering torque sensor detects A steering control device characterized by the above-mentioned.

The steering mechanism includes a first gain changing unit that changes a coefficient value of the steering reaction force F or a coefficient value of a related value of the steering reaction force F when an abnormality of the steering torque sensor is detected. The steering control device according to claim 1, further comprising:

The steering mechanism,
Based on the rotational speed omega _H of the steering wheel, the inertia torque T _K according to the moment of inertia of the steering mechanism, the inertia compensation means for setting as one term that constitutes the steering reaction force T _R,
When the steering torque sensor abnormality is detected, the coefficient value of the inertia torque T _K, or characterized by having a second gain changing means for changing the coefficient values of the associated value of the inertia torque T _K The steering control device according to claim 1.

The steering mechanism,
Based on the rotational speed omega _H of the steering wheel, the friction torque T _D according to the internal friction of the steering mechanism or the steering mechanism, a friction compensation unit for setting as one term that constitutes the steering reaction force T _R ,
When the steering torque sensor abnormality is detected, the coefficient value of the friction torque T _D, or characterized by having a third gain changing means for changing the coefficient values of the relevant values of the friction torque T _D The steering control device according to any one of claims 1 to 3.

The steering reaction force calculating means includes:
Turning reaction force phase correction means for correcting the phase of the turning reaction force F;
5. A phase correction amount changing means for changing a correction amount for a phase of the steering reaction force F when an abnormality of the steering torque sensor is detected. 2. The steering control device according to claim 1.

The steering reaction force calculating means includes:
The steering control device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a turning reaction force sensor that measures the turning reaction force (F).

The steering reaction force calculating means includes:
Measurements I _a of the turning current flowing in the steering actuator to the steering mechanism has _the command value I _n, or on the basis of these related values, the turning reaction force estimating means for estimating the turning reaction force F The steering control device according to any one of claims 1 to 5, further comprising:

The steering reaction force estimation means,
Measurements I _a of the turning current flowing in the steering actuator to the steering mechanism has _the command value I _n, or with these related values,
The steering according to claim 7, further comprising a disturbance observer for estimating the steering reaction force F based on the steering displacement x, a command value _xn thereof, or a related value related thereto. Control device.