JP2005186801A - Unit for estimating driver's steering state and electric steering device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、自動車等に搭載された電動パワーステアリング装置などの電動操舵装置を制御するため運転者がハンドルを操作している状態を推定するドライバ操舵状態推定器と、これを用いた電動操舵装置に関する。 The present invention relates to a driver steering state estimator for estimating a state in which a driver is operating a steering wheel in order to control an electric steering device such as an electric power steering device mounted on an automobile or the like, and an electric steering device using the same About.
自動車などの車両に搭載される電動操舵装置(以下電動パワーステアリングとも言う)においては、そのハンドル操作における運転フィーリングを良くし、適切な操舵性能を得るために、現在の操舵状態がどのような状態にあるのかを正確に検出することが必要である。この発明ではこのような機能を備えた装置をドライバ操舵状態推定器という。従来の電動操舵装置に用いられているドライバ操舵状態推定器ではドライバの操舵状態が往き状態(ハンドル切り増し操作状態)か、戻り状態(ハンドル戻し操作状態)かを求めるために、ドライバがハンドルに加えた操舵トルクとハンドルをアシストするモータの回転速度信号の符号により判定するものが特許文献1に開示されている。
しかし、特許文献1に開示された技術では、モータ速度信号の符号(回転方向)と操舵トルク信号の符号にもとづいて判定を行うため、モータ速度あるいは操舵トルクがゼロ付近では正確に判定できないという課題があった。
In an electric steering device (hereinafter also referred to as electric power steering) mounted on a vehicle such as an automobile, in order to improve driving feeling in steering operation and obtain appropriate steering performance, what is the current steering state? It is necessary to accurately detect whether it is in a state. In the present invention, a device having such a function is called a driver steering state estimator. In the driver steering state estimator used in the conventional electric steering apparatus, the driver puts the steering wheel on the steering wheel in order to determine whether the driver's steering state is the forward state (the steering wheel increasing operation state) or the returning state (the steering wheel returning operation state). Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 discloses a method for determining the applied steering torque and the sign of the rotational speed signal of the motor that assists the steering wheel.
However, in the technique disclosed in
また、電動パワーステアリングで広く利用されるブラシ付きモータを用いる場合などは、回転速度センサなどを別途設けない限り、正確なモータ速度信号をモータ端子から直接得ることがむつかしいために、モータ端子間電圧にモータ電流にもとづく補正を行ってモータ速度を推定するものが特許文献2に開示されている。しかし、この手法では回転を直接検出した値ではないために正確にモータ速度の符号(回転方向)を検出できない恐れがある。 In addition, when using a brushed motor widely used in electric power steering, it is difficult to obtain an accurate motor speed signal directly from the motor terminal unless a rotational speed sensor is provided separately. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 discloses a method for estimating the motor speed by performing correction based on the motor current. However, since this method does not directly detect rotation, there is a possibility that the motor speed sign (rotation direction) cannot be detected accurately.
また、路面反力トルクについては、その絶対値の増加と減少の方向によりハンドルの切り込みと戻しの判定を行うものが特許文献3に開示されている。しかしながら、この技術では、路面反力トルクの絶対値の増加と減少の方向により判定を行うために、路面反力トルクの変化が微少な場合などは正確に判定できないという課題があった。
従来の電動操舵装置とそれに用いられているドライバ操舵状態推定器では、モータ速度信号の符号(回転方向)と操舵トルク信号の符号にもとづいて操舵状態の判定を行うため、モータ速度または操舵トルクがゼロ付近では操舵状態の正確な判定ができないという課題があった。
また、モータ端子電圧を補正して回転信号を得るものにおいては、回転を直接検出した値ではないために正確にモータ速度の符号(回転方向)を検出できず、正確な操舵状態の判定ができないという課題があった。
また、路面反力トルクの絶対値の増加と減少の方向により操舵状態の判定を行うものでは、路面反力トルクの変化が微少な場合などはそうだ状態の判定が正確にできない場合があるという課題があった。
In the conventional electric steering device and the driver steering state estimator used therefor, the determination of the steering state is performed based on the sign (rotation direction) of the motor speed signal and the sign of the steering torque signal. There was a problem that the steering state could not be accurately determined near zero.
Further, in the case of obtaining the rotation signal by correcting the motor terminal voltage, since the rotation is not a directly detected value, the sign (rotation direction) of the motor speed cannot be accurately detected, and the accurate steering state cannot be determined. There was a problem.
In addition, in the case of determining the steering state by the direction of increase and decrease of the absolute value of the road surface reaction torque, there is a case that the determination of the state may not be accurate when the change of the road surface reaction torque is very small. was there.
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、モータ速度値が正確に得られない場合においても、あるいは又、路面反力トルクの絶対値の増加と減少の方向が得られない場合においても、ドライバの操舵状態が切り込み状態か戻し状態かなどの操舵状態の推定が正確にできるドライバ操舵状態推定器と、このドライバ操舵状態推定器を備えた電動操舵装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and when the motor speed value cannot be obtained accurately or when the direction of increase and decrease in the absolute value of the road surface reaction force torque cannot be obtained. The present invention also aims to provide a driver steering state estimator capable of accurately estimating the steering state such as whether the steering state of the driver is a cut state or a returning state, and an electric steering apparatus provided with the driver steering state estimator. To do.
本発明によるドライバ操舵状態推定器は、車両の操舵機構がこの車両の運転者から受けている操舵操作にともなって車輪に生じる路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出器、
前記操舵操作にともなってハンドル軸に生じるステアリング軸反力トルクを検出するステアリング軸反力トルク検出器、
あらかじめ定めた所定の値を前記操舵機構が持つ摩擦トルクとしてあらかじめ記憶する摩擦トルク発生器、
前記ステアリング軸反力トルクの絶対値を前記摩擦トルクの絶対値と比較する第1状態判定器、
前記ステアリング軸反力トルクの絶対値を前記路面反力トルクの絶対値と比較する第2状態判定器、
前記第1状態判定器の判定結果と、前記第2状態判定結果の判定結果とにもとづいて前記操舵操作が、ハンドル切り増し状態か、ハンドル戻し状態のいずれであるかを推定する操舵状態判定器を備えたものである。
A driver steering state estimator according to the present invention is a road surface reaction force torque detector that detects road surface reaction torque generated on a wheel in response to a steering operation received by a vehicle steering mechanism from a driver of the vehicle,
A steering shaft reaction force torque detector for detecting a steering shaft reaction force torque generated in the steering shaft in accordance with the steering operation;
A friction torque generator that stores in advance a predetermined value as a friction torque of the steering mechanism;
A first state determiner that compares the absolute value of the steering shaft reaction force torque with the absolute value of the friction torque;
A second state determiner for comparing the absolute value of the steering shaft reaction force torque with the absolute value of the road surface reaction force torque;
A steering state determiner that estimates whether the steering operation is a steering wheel turning-up state or a steering wheel return state based on the determination result of the first state determination unit and the determination result of the second state determination result It is equipped with.
この発明による車両の電動操舵装置は、ハンドル軸に連結され操舵力を発生する電動機を有する操舵機構、
前述のドライバ操舵状態推定器、
前記ドライバ操舵状態推定器が推定したハンドル操舵状態にもとづきダンピング補償量を制御されるダンピング補償器、
すくなくとも前記ダンピング補償器の出力を加算して前記電動機が発生するトルクを演算するアシストトルク決定ブロックを備えたものである。
An electric steering apparatus for a vehicle according to the present invention includes a steering mechanism having an electric motor connected to a handle shaft and generating a steering force.
The aforementioned driver steering state estimator,
A damping compensator in which a damping compensation amount is controlled based on a steering wheel steering state estimated by the driver steering state estimator;
At least an assist torque determination block for calculating the torque generated by the motor by adding the outputs of the damping compensator is provided.
本発明のドライバ操舵状態推定器は、アシストモータの速度信号を用いることなく、摩擦による非線形性や位相遅れに伴うヒステリシスを利用してドライバの操舵状態を推定するので、モータ速度値が正確に得られない場合においても、ドライバの操舵状態が切り込み状態か戻し状態かなどの操舵状態が正確に推定できる。
また、本発明の電動操舵装置は、モータ速度を利用しない前記ドライバ操舵状態推定器を備えているので、従来よりも運転フィーリングのよい操舵装置とすることができる。
The driver steering state estimator of the present invention estimates the driver's steering state using the nonlinearity due to friction and the hysteresis due to the phase delay without using the speed signal of the assist motor, so that the motor speed value can be obtained accurately. Even in the case where the driver is not able to do so, it is possible to accurately estimate the steering state such as whether the driver's steering state is the cut state or the return state.
Moreover, since the electric steering apparatus of the present invention includes the driver steering state estimator that does not use the motor speed, the steering apparatus can have a better driving feeling than the conventional one.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1の電動操舵装置100について図面に基づいて説明する。
図1はこの発明の実施の形態1による電動操舵装置100を車両に設置したときの全体構成を示す。
電動操舵装置100は車両のステアリング機構(操舵機構とも言う)10に取り付けられる。ステアリング機構10は、ハンドル1と、ステアリング軸2と、ステアリングギアボックス3と、ラックとピニオン機構6、タイヤ7を含んでいる。
電動操舵装置100は、ステアリング軸2に取り付けたトルクセンサ4、ステアリング軸2に取り付けたアシストモータ5(以下単にモータともいう)、アシストモータ5を制御する制御ユニット8とこれらを接続するケーブルを含む。当然、電源装置も含むが自明なのでここでは説明を省略する。
図1において、ハンドル1は自動車の運転者が操舵するステアリングハンドルであり、ステアリング軸2の上端に取り付けられている。ハンドル1には運転者の腕により加えられた操舵トルク(図示符号Thdl )が加えられる。この操舵トルクThdlはステアリング軸2に伝達される。トルクセンサ4はステアリング軸2に結合され、操舵トルクThdlに応じた操舵トルク検出信号Thdl(s)を発生する。アシストモータ5は電動モータであり、これもステアリング軸2に図示しない減速ギアを介して結合され、操舵トルクThdlをアシストするアシストトルクTassistをステアリング軸2に与える。
Hereinafter, an
FIG. 1 shows an overall configuration when an
The
The
In FIG. 1, a
ステアリングギアボックス3はステアリング軸2の下端に設けられている。ステアリング軸2に与えられる操舵トルクThdlとアシストトルクTassistとを加え合わせた合成トルクが、ステアリングギアボックス3を通じてステアリングギアボックス3内の図示しないラックとピニオン機構を通じ、駆動軸6を介してタイヤ7の向きを操作する。
図1の電動操舵装置100は、ステアリング機構10に電気的に組み合わせたECU(Electric Power Steering用Control Unit)8(以下制御ユニットまたはECUという)を有する。制御ユニット8には、トルクセンサ4からの操舵トルク検出信号Thdl(s)と、アシストモータ5からのモータ駆動電流検出信号Imtr(s)と、モータ駆動電圧検出信号Vmtr(s)とが入力される。制御ユニット8はアシストモータ5に対して制御信号Imtr(t)を供給する。この制御信号Imtr(t)は、アシストモータ5に対する駆動電流目標値である。
The
The
図1の全体的な動作について説明する。
図1において、符号Talignはタイヤ7に与えられる路面反力トルクであり、Ttranはこの路面反力トルクTalignに基づき、ステアリング軸2に作用するステアリング軸反力トルクである。ステアリング軸反力トルクTtranは、ステアリング軸2に換算された路面反力トルクである。Tfrpは、アシストモータ5の摩擦トルクTmfricを除いたステアリング軸機構10の摩擦トルクである。
図1の電動操舵装置100は、運転者がハンドル1を切ったときの操舵トルクThdlをトルクセンサ4で操舵トルク検出信号Thdl(s)として検出し、その操舵トルク検出信号Thdl(s)に応じて、操舵トルクThdlを補助するアシストトルクTassistを発生させることが主な機能である。
制御ユニット8は、アシストモータ5の駆動電流Imtrを検出した検出信号Imtr(s)と、アシストモータ5の駆動電圧Vmtrを検出した検出信号Vmtr(s)と、操舵トルク検出信号Thdl(s)とに基づき、アシストトルクTassistを発生させるための電流指令信号Imtr(s)を演算し、この信号Imtr(s)をアシストモータ5に供給する。
The overall operation of FIG. 1 will be described.
In FIG. 1, the symbol Talign is a road surface reaction torque applied to the tire 7, and Ttran is a steering shaft reaction torque that acts on the steering shaft 2 based on the road surface reaction torque Talign. The steering shaft reaction force torque Ttran is a road surface reaction force torque converted to the steering shaft 2. Tfrp is the friction torque of the
1 detects the steering torque Thdl when the driver turns the
The
力学的には、操舵トルクThdlとアシストトルクTassistの和がステアリング軸反力トルクTtranに抗してステアリング軸2を回転させる。またハンドル1を回転させる時には、アシストモータ5の慣性項も作用するので、ステアリング軸反力トルクTtranは次式(1)で与えられる。
Ttran=Thdl+Tassist−J・dω/dt (1)
ただし、アシストモータの慣性トルクをJ・dω/dtとする。
またアシストモータ5によるアシストトルクTassistは、次式(2)で与えられる。
Tassist=Ggeaar・Kt・Imtr (2)
ただし、Ggearはアシストモータ5とステアリング軸2との間の減速ギアのギア比である。Ktはアシストモータ5のトルク乗数である。
また、ステアリング軸反力トルクTtranは、路面反力トルクTalignとステアリング機構10内の全摩擦トルクTfricとの和であり、次式(3)で与えられる。
Dynamically, the sum of the steering torque Thdl and the assist torque Tassist rotates the steering shaft 2 against the steering shaft reaction torque Ttran. Further, when the
T tran = T hdl + T assist −J · dω / dt (1)
However, the inertia torque of the assist motor is J · dω / dt.
The assist torque Tassist by the
T assist = G geaar・ K t・ I mtr (2)
Here, Ggear is the gear ratio of the reduction gear between the
The steering shaft reaction torque Ttran is the sum of the road surface reaction torque Talign and the total friction torque Tfric in the
ただし、Tmfricはアシストモータ5の摩擦トルク、Tfrpはアシストモータ5の摩擦トルクTmfricを除くステアリング機構10の摩擦トルクであり、Tmfric+Tfrp=Tfricである。
電動操舵装置100の制御ユニット8は、アシストモータ5の駆動電流Imtrに対する目標値を演算して制御信号Imtr(t)を発生する。この制御信号Imtr(t)にアシストモータ5の実際の駆動電流Imtrが一致するように電流制御がなされて、アシストモータ5は駆動電流値にトルク定数とギア比(アシストモータ5からステアリング軸2間)を乗じた所定のトルクを発生し、運転者が操舵するときの操舵トルクThdlをアシストする。
However, Tmfric is the friction torque of the
The
図2は図1の制御ユニット8の回路と、アシストモータ5の制御回路(図1では図示省略していたがアシストモータ5に内臓されている)とを示すブロック図である。制御ユニット8は車速検出器11と、操舵トルク検出器12と、路面反力トルク検出器13と、ステアリング軸反力トルク検出器14と、モータ速度検出器15と、モータ加速度検出器16と、ドライバ操舵状態推定器17と、アシストトルク決定ブロック18と、モータ電流決定器19とを含んでいる。
車速検出器11は車速Vを受けて車速信号V(s)を出力する。操舵トルク検出器12はトルクセンサ4を含み、操舵トルクThdlを受けて操舵トルク検出信号Thdl(s)を出力する。
路面反力トルク検出器13は路面反力トルクTalignを受けて路面反力トルク信号Talign(s)を出力する。ステアリング軸反力トルク検出器14はステアリング軸反力トルクTtranを受けてステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)を出力する。モータ速度検出器15はアシストモータ5の回転速度を受けてモータ速度信号Smtr(s)を出力する。モータ加速度検出器16はモータ速度信号Smtr(s)を微分してモータ加速度信号Amtr(s)を出力する。
路面反力トルク検出器13の検出手段は例えばタイヤ7に設けられるロードセルなどの検出手段であり、路面反力トルクTalignを受けてそれに比例する路面反力トルク信号Talign(s)を出力する。ステアリング軸反力トルク検出器14の検出手段は例えばステアリング軸2に設けられたロードセルなどの検出手段であり、ステアリング軸反力トルクTtranを受けてそれに比例するステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)を出力する。
FIG. 2 is a block diagram showing a circuit of the
The
The road surface
The detection means of the road surface reaction
ドライバ操舵状態推定器17は、路面反力トルク信号Talign(s)とステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)を受けてドライバ操舵状態推定値Sdrv(s)を出力する(詳細は後述する)。アシストトルク決定ブロック18は、車速信号V(s)と、操舵トルク信号Thdl(s)と、路面反力トルク信号Talign(s)と、モータ速度信号Smtr(s)と、モータ加速度信号Amtr(s)と、ドライバ操舵状態推定値Sdrv(s)とを受けて、アシストモータが発生するべきアシストトルクTassistに対応するアシストトルク信号Tassist(s)を発生する。モータ電流決定器19は、アシストトルク信号Tassist(s)を受けて、アシストトルクTassistを発生させるためのモータ駆動電流に対する電流目標値Imtr(t)を出力する。
アシストモータ5の制御回路は、アシストモータ5に内臓されており、比較器(減算器または加算機とも言う)21と、モータ駆動器22と、モータ電流検出器23を含んでいる。モータ電流検出器23はアシストモータ5の回転子20へ実際の駆動電流Imtrに相当するモータ駆動電流信号Imtr(s)を出力する。比較器21は電流目標値Imtr(t)とモータ駆動電流信号Imtr(s)を比較してその差をモータ駆動器22に入力する。モータ駆動器22は電流目標値Imtr(t)と駆動電流信号Imtr(s)との差を0とするように回転子20を駆動する。
The driver
The control circuit of the
次に、ドライバ操舵状態推定器17の動作について説明する前に、その動作の基本となる路面反力トルクとステアリング軸反力トルクとの特性を図3に基づいて説明する。操舵は様々なパターンで実施されるが、ステアリング機構10の摩擦Tfricトルクはドライバの操舵方向によりその摩擦の向きも決定し、切り込み時には加算され戻し時には減算される。すなわち路面反力トルクTalignにステアリング機構10の摩擦トルクTfric相当のヒステリシス特性を含むものがステアリング軸反力トルクTtranに相当する。つまるところドライバ操舵状態推定器17の機能は、現在、図3の特性線上のどこにあるかということを推定することである。
Next, before describing the operation of the driver
図4はドライバ操舵状態推定器17の詳細を示すブロック図である。ドライバ操舵状態推定器17はステアリング機構10の摩擦トルクTfricに相当する摩擦トルク信号Tfric(s)を出力する摩擦トルク信号器24と、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)の絶対値Ttran(s0)を出力する絶対値演算器25と、路面反力トルク信号Talign(s)の絶対値Talign(s0)を出力する絶対値演算器26と、以下に説明する第1状態判定器27、第2状態判定器28、操舵状態判定器29を有する。
第1状態判定器27はステアリング軸機構の摩擦トルクTfricに相当するTfric(s)を発生する(実際にはあらかじめ定めた一定値を摩擦トルクとして記憶させておく)摩擦トルク信号器24の出力と、ステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)の絶対値Ttran(s0)を出力する絶対値演算器25の出力を受け、ドライバ操舵状態の第1の判定を行い、第1のドライバ操舵状態判定信号Sdrv1(s)を出力する。例えば第1状態判定器27はTfric(s)の大きさとTtran(s0)の大きさの比較を行いTtran(s0)が大きい場合にSdrv1(s)=1、その他をSdrv1(s)=0と出力する。
FIG. 4 is a block diagram showing details of the driver
The
第2状態判定器28はステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)の絶対値Ttran(s0)を出力する絶対値演算器25の出力と、路面反力トルク信号Talign(s)の絶対値Talign(s0)を出力する絶対値演算器26の出力を受け、ドライバ操舵状態の第2の判定を行い、第2のドライバ操舵状態判定信号Sdrv2(s)を出力する。例えば、Talign(s0)の大きさとTtran(s0)の大きさの比較を行いTtran(s0)が大きい場合にSdrv2(s)=1、その他をSdrv2(s)=0と出力させる。
操舵状態判定器29は、第1のドライバ操舵状態判定信号Sdrv1(s)と、第2のドライバ操舵状態判定信号Sdrv2(s)を受け、ドライバの操舵状態判定を行い、操舵状態判定信号Sdrv(s)を出力する。
例えば、Sdrv1(s)=1かつSdrv2(s)=1の場合にSdrv(s)=1、その他をSdrv(s)=0と出力させる。これについては以下の図5のフローの説明で再度説明する。
The
The
For example, when Sdrv1 (s) = 1 and Sdrv2 (s) = 1, Sdrv (s) = 1 and the others are output as Sdrv (s) = 0. This will be described again in the description of the flow of FIG. 5 below.
次に図4のドライバ操舵状態推定器17がドライバ操舵状態を推定する動作を図5のフローチャートに基づいて説明する。図5はスタートとエンドの間に、ステップS101からS106を含んでいる。まずステップS101では、ステアリング軸反力トルク絶対値演算器24によりステアリング軸反力トルク信号Ttran(s)の絶対値Ttran(s0)を演算し、制御ユニット8を構成するマイクロコンピューターのメモリ(図示しない)に読み込む。次のステップS102では、路面反力トルク絶対値演算器25により路面反力トルク信号Talign(s)の絶対値Talign(s0)を演算し、制御ユニット8を構成するマイクロコンピューターのメモリ(同上)に読み込む。
次のステップS103では、ステアリング機構10の摩擦トルクTfricに相当する摩擦トルク信号器24の出力Tfric(s)と、ステアリング軸反力トルク絶対値演算器24の出力Ttran(s0)の大きさを比較してステアリング軸反力トルク信号の方が大きいか否かを判定することにより、第1のドライバ操舵状態判定信号Sdrv1(s)を演算する。次のステップS104では、ステアリング軸反力トルク絶対値演算器24の出力Ttran(s0)と、路面反力トルク絶対値演算器25の出力Talign(s0)の大きさを比較して、ステアリング軸反力トルク信号の方が大きいか否かを判定することにより、第2のドライバ操舵状態判定信号Sdrv2(s)を演算する。
Next, the operation in which the driver
In the next step S103, the output Tfric (s) corresponding to the friction torque Tfric of the
次のステップS105とS106は、操舵状態判定器29の動作を示す。ステップS105では、第1のドライバ操舵状態判定信号Sdrv1(s)が戻しと判定される場合(S103の結果がNO)、もしくは第2のドライバ操舵状態判定信号Sdrv2(s)が戻しと判定される場合(S104の結果がNO)に、操舵状態判定器29はドライバ操舵状態信号Sdrv(s)を戻し状態にあると判定する信号出力を行う。ステップS106では、第1のドライバ操舵状態判定信号Sdrv1(s)が切込みと判定される場合(S103の結果がYES)、かつ第2のドライバ操舵状態判定信号Sdrv2(s)が切込みと判定される場合(S104の結果がYES)に、操舵状態判定器29はドライバ操舵状態信号Sdrv(s)を切込み状態にあると判定する信号出力を行う。
かくして、本実施の形態のドライバ操舵状態推定器17は、操舵状態を判定する上で、アシストモータ5の速度信号を用いる必要がない。
The next steps S105 and S106 show the operation of the
Thus, the driver
図6は、図2のアシストトルク決定ブロック18の詳細を示すブロック図であり、ドライバ操舵状態信号Sdrv(s)を用いた本実施の形態の効果を示す図でもある。アシストマップ補償器30は車速検出器11の出力V(s)と、操舵トルク検出器12の出力Thdl(s)を受けて、アシストマップ補償トルクmap(s)を出力する。ダンピング補償器31は車速検出器11の出力V(s)と、ドライバ操舵状態推定器17の出力Sdrv(s)と、モータ速度検出器15の出力Smtr(s)を受けて、ダンピング補償量トルクdamp(s)を出力する(このときの演算内容についは後述する)。慣性補償器32は車速検出器11の出力V(s)と、モータ速度検出器16の出力Amtr(s)を受けて、慣性補償トルクiner(s)を出力する。戻し補償器33は車速検出器11の出力V(s)と、路面反力トルク検出器13の出力Talign(s)を受けて、戻し補償トルクret(s)を出力する。また加算器34は、アシストマップ補償器30の出力map(s)と、ダンピング補償器31の出力damp(s)と、慣性補償器32の出力iner(s)と、戻し補償器33の出力ret(s)を加算して、アシストトルクTassist(s)を出力する。
FIG. 6 is a block diagram showing details of the assist
ここで、図6はアシストトルク決定ブロック18の代表的な構成例として記述したが、図6に示す補償要素以外にも、摩擦補償をはじめ公知の補償要素を加えてもよい。他の補償器を有する場合にも加算器34で加算される状態量が増えるのみで構成は変化しないので同様である。
図6において、ドライバ操舵状態推定器17の出力Sdrv(s)をダンピング補償器31に適用している。ここで、ドライバ操舵状態推定器17の出力Sdrv(s)がハンドルをドライバが切込みつつある状態であると推定した場合には、ダンピング補償器31の出力を小さくする。これによりハンドルを切込むときはステアリングが重くならず、ハンドルトルクの不必要な上昇を防止できる。
Here, FIG. 6 is described as a typical configuration example of the assist
In FIG. 6, the output Sdrv (s) of the driver
図7は図1、図2に示したものの操舵角―操舵トルク特性の一例を示す。横軸は操舵角(deg)であり、縦軸は操舵トルク(Nm)である。点線の特性T1はドライバ操舵状態推定器17の出力Sdrv(s)をダンピング補償器31に適用していない場合の、操舵角―操舵トルク特性を示し、実線の特性T2はドライバ操舵状態推定器17の出力Sdrv(s)をダンピング補償器31に適用してその出力を前述のように制御した場合の操舵角―操舵トルク特性を示す。図7に示すように、ドライバ操舵状態推定器17をダンピング補償器31に適用することにより、ハンドルを切込むときのトルクが減少してステアリングが軽くなり、ハンドルトルクの不必要な上昇を防止できている。
FIG. 7 shows an example of the steering angle-steering torque characteristics shown in FIGS. The horizontal axis is the steering angle (deg), and the vertical axis is the steering torque (Nm). A dotted line characteristic T1 indicates a steering angle-steering torque characteristic when the output Sdrv (s) of the driver
また、実施の形態1においてステアリング軸反力トルクは、ステアリング軸コラムにロードセルなどの検出器を取り付けることでその状態量を測定し実現可能と記載したが、必ずしもこのような検出器を用いなくても、たとえば電動操舵装置の制御ユニット8は電流検出器、操舵トルク検出器を備えることが多く、更にモータ角速度検出器を有する場合には、制御ユニット8を構成するマイクロコンピューターにて(2)式よりステアリング軸反力トルクを演算することも可能である。
In the first embodiment, it has been described that the steering shaft reaction force torque can be realized by measuring its state quantity by attaching a detector such as a load cell to the steering shaft column. However, such a detector is not necessarily used. However, for example, the
また、電動操舵装置の制御ユニット8がモータ角速度検出器を有していない場合においても、前述の特許文献2に提案されているように、次式によりモータ角速度を得ることが可能となる。
Further, even when the
(4)式で、Rはモータのコイル抵抗、Lはモータのインダクタンス、Vtはモータ印加電圧、Veはモータの逆起電圧、ωはモータ角速度、Kbはモータの逆起電圧によるフィードバックゲインである。(4)式により、電動パワーステアリング制御装置の制御ユニット8がモータ速度検出器を有していない場合においてもモータ角速度を演算することができる。
(4) where R is the motor coil resistance, L is the motor inductance, Vt is the motor applied voltage, Ve is the motor back electromotive voltage, ω is the motor angular velocity, and Kb is the feedback gain due to the motor back electromotive voltage. . The equation (4) allows the motor angular speed to be calculated even when the
実施の形態2.
実施の形態1の電動操舵装置100はドライバ操舵状態推定器17の出力Sdrv(s)をダンピング補償器31に適用したものに対し、実施の形態2ではドライバ操舵状態推定器17の出力Sdrv(s)を戻し補償器33に適用したものである。その他の構成は同様である。なお、以降の実施の形態においては、特に断っていなくとも、ステアリング軸反力トルク、モータ角速度、路面反力トルクは実施の形態1にて説明した全ての手法が適用できる。
図8は、実施の形態2の制御装置におけるアシストトルク決定ブロック18を示すブロック図であり、ドライバ操舵状態信号Sdrv(s)を用いた本実施の形態の効果を示すブロック図でもある。本実施の形態では、戻し補償器33は車速検出器11の出力V(s)と、路面反力トルク検出器13の出力Talign(s)に加えて、ドライバ操舵状態推定器17の出力Sdrv(s)を受けて、戻し補償トルクret(s)を出力する。
Embodiment 2. FIG.
In the
FIG. 8 is a block diagram showing the assist
以上のように実施の形態2は、ドライバ操舵状態推定器17の出力Sdrv(s)を戻し補償器33に適用し、ドライバがハンドルを切込み状態と推定した場合には戻し補償器33の出力を小さくすることで、ハンドルを切込むときはステアリングが重くならず、ハンドルトルクの不必要な上昇を防止できる。
図9は実施の形態2による操舵角―操舵トルク特性の一例を示す。横軸は操舵角(deg)であり、縦軸は操舵トルク(Nm)である。太い鎖線の特性T3はドライバ操舵状態推定器の出力Sdrv(s)を戻し補償器33に適用していない場合の、操舵角―操舵トルク特性を示し、細い実線の特性T4はドライバ操舵状態推定器の出力Sdrv(s)を戻し補償器33に適用した場合の操舵角―操舵トルク特性を示す。図9に示すように、ドライバ操舵状態推定器を戻し補償器に適用することにより、ハンドルを切込むときはステアリングが重くならず、ハンドルトルクの不必要な上昇を防止できる。
As described above, the second embodiment applies the output Sdrv (s) of the driver
FIG. 9 shows an example of the steering angle-steering torque characteristic according to the second embodiment. The horizontal axis is the steering angle (deg), and the vertical axis is the steering torque (Nm). A thick chain line characteristic T3 indicates a steering angle-steering torque characteristic when the output Sdrv (s) of the driver steering state estimator is not applied to the
実施の形態1及び実施の形態2において、ドライバ操舵状態推定器17の出力Sdrv(s)を適用したアシストトルクの変更構成をそれぞれ示したが、この他の補償器に関してもドライバ操舵状態推定器17の出力Sdrv(s)を適用することにより、アシストトルクの変更ができる。以降の実施の形態においては、ドライバ操舵状態推定器17の出力Sdrv(s)をアシストトルク決定ブロック18内の任意の補償器に適用できる。
In the first embodiment and the second embodiment, the configuration for changing the assist torque to which the output Sdrv (s) of the driver
実施の形態3.
図10は実施の形態3におけるドライバ操舵状態推定器117の詳細を示すブロック図である。実施の形態1及び実施の形態2の構成では、ステアリング軸機構の摩擦トルクTfricに相当するTfric(s)を発生する摩擦トルク信号器24の出力が一定値だったが、本実施の形態3のドライバ操舵状態推定器117では、ステアリング軸機構の摩擦トルクTfricに相当するTfric(s)を発生するブロックが車速に応じて変化する摩擦トルク信号発生器35になり、車速に応じて摩擦トルクが変化するように構成している。
一般的にステアリング軸機構の摩擦トルクは一定値であるが、車速が上がってくるとタイヤ回転によるディザトルク効果で、路面反力トルクに対するステアリング軸反力トルクのヒステリシス幅が小さくなって、見かけ上、摩擦トルクが減少して見える。
このように、実施の形態3によれば、車速の変化に応じたステアリング軸機構の摩擦トルクマップより出力される値を用いることにより、車速が大きい領域においても高精度なドライバ操舵状態判定が可能となる。
FIG. 10 is a block diagram showing details of the driver
In general, the friction torque of the steering shaft mechanism is a constant value, but as the vehicle speed increases, the hysteresis width of the steering shaft reaction force torque with respect to the road surface reaction force torque becomes smaller due to the dither torque effect due to tire rotation. The friction torque appears to decrease.
As described above, according to the third embodiment, by using the value output from the friction torque map of the steering shaft mechanism according to the change in the vehicle speed, it is possible to determine the driver steering state with high accuracy even in the region where the vehicle speed is high. It becomes.
実施の形態4.
次に、実施の形態4によるドライバ操舵状態の推定について、図11に記載される規範ヨーレートと実ヨーレートの特性に基づいて説明する。操舵は様々なパターンで実施されるが、ステアリング操作に対し車両ヨーレートは位相遅れを伴う。すなわち、ハンドル角に対し位相遅れを伴わない規範ヨーレートYrefに対し車両ヨーレートYactは規範ヨーレートYrefがゼロのとき車両に発生するヨーレート相当Yhysのヒステリシス特性を含むものに相当する。
図12は実施の形態4によるドライバ操舵状態推定器217の詳細を示すブロック図である。
制御ユニット8は、ヨーレート検出器36と、操舵角検出器37とを含んでいる。ヨーレート検出器36はヨーレートYawを受けてヨーレート信号Yact(s)を出力する。操舵角検出器37は、操舵角Thetaを受けて操舵角検出信号Theta(s)を出力する。
このドライバ操舵状態推定器17は、ヨーレート信号Yact(s)の絶対値Yact(s0)を出力する絶対値演算器38と、車速信号V(s)を受けて規範ヨーレートゲイン信号Kyaw(s)を出力する規範ヨーレートゲイン演算器40と、操舵角検出信号Theta(s)と規範ヨーレートゲイン信号Kyaw(s)を受けて規範ヨーレート信号Yref(s)を出力する規範ヨーレート演算器39と、規範ヨーレート信号Yref(s)の絶対値Yref(s0)を出力する絶対値演算器42とを有する。
Next, the estimation of the driver steering state according to the fourth embodiment will be described based on the characteristics of the normative yaw rate and the actual yaw rate described in FIG. Steering is performed in various patterns, but the vehicle yaw rate has a phase lag with respect to the steering operation. That is, the vehicle yaw rate Yact corresponds to the yaw rate equivalent Yhys generated in the vehicle when the reference yaw rate Yref is zero with respect to the reference yaw rate Yref without phase delay with respect to the steering wheel angle.
FIG. 12 is a block diagram showing details of the driver
The
The driver
第3状態判定器43は、規範ヨーレートYrefがゼロのとき車両に発生するヨーレートYhysに相当するYhis(s)を発生するヨーレートヒステリシス量信号器41の出力と、ヨーレート信号Yact(s)の絶対値Yact(s0)を出力する絶対値演算器38の出力を受け、第3のドライバ操舵状態判定を行い、第3のドライバ操舵状態判定信号Sdrv3(s)を出力する。例えば第3状態比較器43は、Thys(s)の大きさとYact(s0)の大きさの比較を行いYact(s0)が大きい場合にSdrv3(s)=1、その他をSdrv3(s)=0と出力する。
The
第4状態判定器44は、ヨーレート信号Yact(s)の絶対値Yact(s0)を出力する絶対値演算器38の出力と、規範ヨーレート信号Yref(s)の絶対値Yref(s0)を出力する絶対値演算器42の出力を受け、第4のドライバ操舵状態判定を行い、第4のドライバ操舵状態判定信号Sdrv4(s)を出力する。例えば、Yref(s0)の大きさとYact(s0)の大きさの比較を行いYact(s0)が大きい場合にSdrv4(s)=1、その他をSdrv4(s)=0と出力させる。
The
操舵状態判定器45は、第3のドライバ操舵状態判定信号Sdrv3(s)と、第4のドライバ操舵状態判定信号Sdrv4(s)を受け、ドライバの操舵状態判定を行い、操舵状態判定信号Sdrv(s)を出力する。例えば、Sdrv3(s)=1かつSdrv4(s)=1の場合にSdrv(s)=1、その他をSdrv(s)=0と出力させる。
実施の形態4においては、規範ヨーレートと実ヨーレートを例に説明を行ったが、本実施は位相遅れを利用した手法であるので例えば、操舵トルク、車両の横G、車両の横滑り角、車両のコーナーリングフォース、などでも同様の形態で実施が可能である。
このように、実施の形態4によれば、位相遅れにともなうヒステリシスを利用することにより、摩擦が小さくヒステリシス幅が小さいシステムにおいても、ドライバの操舵状態を推定することが可能となる。
The
In the fourth embodiment, the reference yaw rate and the actual yaw rate have been described as examples. However, since the present embodiment is a method using a phase delay, for example, steering torque, vehicle lateral G, vehicle side slip angle, vehicle A cornering force or the like can be implemented in the same manner.
As described above, according to the fourth embodiment, the steering state of the driver can be estimated even in a system having a small friction and a small hysteresis width by using the hysteresis accompanying the phase delay.
1 ハンドル、 2 ステアリング軸、 3 ステアリングギアボックス、
4 トルクセンサ、 5 アシストモータ、 6 ラックとピニオン軸、
7 タイヤ、 7 制御ユニット、 8 制御装置、
10 ステアリング機構(操舵機構)、 11 車速検出器、
12 操舵トルク検出器、 13 路面反力トルク検出器、
14 ステアリング軸反力トルク検出器、 15 モータ速度検出器、
16 モータ加速度検出器、
17、117、217 ドライバ操舵状態推定器、
18 アシストトルク決定ブロック、 19 モータ電流決定器、
20 回転子、 21 比較器(減算器)、
22 モータ駆動機、 23 モータ電流検出器、
24 ステアリング機能の摩擦トルク信号器、
25、26、38,42 絶対値演算器、 27 第1状態判定器、
28 第2状態判定器、 29、45 操舵状態判定器、
30 アシストマップ補償器、 31 ダンピング補償器、
32 慣性補償器、 33 戻し補償器、 34 加算器、
35 車速に応じたステアリング軸機構の摩擦トルク信号器、
36 ヨーレート検出器、 37 操舵角検出器、
39 規範ヨーレート演算器、 40 規範ヨーレートゲイン演算器、
41 ヨーレートヒステリシス量信号器、 43 第3状態判定器、
44 第4状態判定器、 100 電動操舵装置。
1 steering wheel, 2 steering shaft, 3 steering gear box,
4 Torque sensor, 5 Assist motor, 6 Rack and pinion shaft,
7 tires, 7 control unit, 8 control device,
10 steering mechanism (steering mechanism), 11 vehicle speed detector,
12 steering torque detector, 13 road surface reaction torque detector,
14 steering shaft reaction force torque detector, 15 motor speed detector,
16 motor acceleration detector,
17, 117, 217 Driver steering state estimator,
18 assist torque determination block, 19 motor current determiner,
20 rotor, 21 comparator (subtractor),
22 motor driver, 23 motor current detector,
24 Friction torque signal of steering function,
25, 26, 38, 42 absolute value calculator, 27 first state determiner,
28
30 assist map compensator, 31 damping compensator,
32 inertia compensator, 33 return compensator, 34 adder,
35 Friction torque signal of steering shaft mechanism according to vehicle speed,
36 yaw rate detector, 37 steering angle detector,
39 standard yaw rate calculator, 40 standard yaw rate gain calculator,
41 Yaw rate hysteresis amount signal device, 43 Third state determination device,
44 4th state determination device, 100 Electric steering device.
Claims (7)
前記操舵操作にともなってハンドル軸に生じるステアリング軸反力トルクを検出するステアリング軸反力トルク検出器、
あらかじめ定めた所定の値を前記操舵機構が持つ摩擦トルクとしてあらかじめ記憶する摩擦トルク発生器、
前記ステアリング軸反力トルクの絶対値を前記摩擦トルクの絶対値と比較する第1状態判定器、
前記ステアリング軸反力トルクの絶対値を前記路面反力トルクの絶対値と比較する第2状態判定器、
前記第1状態判定器の判定結果と、前記第2状態判定結果の判定結果とにもとづいて
前記操舵操作が、ハンドル切り増し状態か、ハンドル戻し状態のいずれであるかを推定する操舵状態判定器を備えたことを特徴とするドライバ操舵状態推定器。 A road surface reaction force torque detector for detecting a road surface reaction force torque generated on a wheel in accordance with a steering operation received by a vehicle steering mechanism from a driver of the vehicle;
A steering shaft reaction force torque detector for detecting a steering shaft reaction force torque generated in the steering shaft in accordance with the steering operation;
A friction torque generator that stores in advance a predetermined value as a friction torque of the steering mechanism;
A first state determiner that compares the absolute value of the steering shaft reaction force torque with the absolute value of the friction torque;
A second state determiner for comparing the absolute value of the steering shaft reaction force torque with the absolute value of the road surface reaction force torque;
A steering state determiner that estimates whether the steering operation is a steering wheel turning-up state or a steering wheel return state based on the determination result of the first state determination unit and the determination result of the second state determination result A driver steering state estimator comprising:
前記操舵操作にともなって車両に発生する実ヨーレートを求めるヨーレート検出器、
前記規範ヨーレートがゼロのとき車両に発生するヨーレートヒステリシス量をあらかじめ与えるヨーレートヒステリシス量設定器、
前記実ヨーレートの絶対値を前記ヨーレートヒステリシス量の絶対値と比較する第3状態判定器、
前記実ヨーレートの絶対値を前記規範ヨーレートの絶対値と比較する第4状態判定器、
前記第3状態判定器の判定結果と、前記第4状態判定結果の判定結果とにもとづいて
前記操舵操作が、ハンドル切り増し状態か、ハンドル戻し状態のいずれであるかを推定する操舵状態判定器を備えたことを特徴とするドライバ操舵状態推定器。 A normative yaw rate calculator for determining a normative yaw rate by multiplying a steering wheel angle generated by a steering operation of the vehicle from a driver of the vehicle by a steady gain,
A yaw rate detector for obtaining an actual yaw rate generated in the vehicle in accordance with the steering operation;
A yaw rate hysteresis amount setting device for giving in advance a yaw rate hysteresis amount generated in the vehicle when the reference yaw rate is zero;
A third state determiner for comparing the absolute value of the actual yaw rate with the absolute value of the yaw rate hysteresis amount;
A fourth state determiner that compares the absolute value of the actual yaw rate with the absolute value of the reference yaw rate;
A steering state determiner that estimates whether the steering operation is a steering wheel increase state or a steering wheel return state based on the determination result of the third state determination unit and the determination result of the fourth state determination result A driver steering state estimator comprising:
請求項1又は請求項2に記載のドライバ操舵状態推定器、
前記ドライバ操舵状態推定器が推定したハンドル操舵状態にもとづきダンピング補償量を制御されるダンピング補償器、
すくなくとも前記ダンピング補償器の出力を加算して前記電動機が発生するトルクを演算するアシストトルク決定ブロックを備えたことを特徴とする車両の電動操舵装置。 A steering mechanism having an electric motor coupled to the handle shaft and generating a steering force;
The driver steering state estimator according to claim 1 or 2,
A damping compensator in which a damping compensation amount is controlled based on a steering wheel steering state estimated by the driver steering state estimator;
An electric steering apparatus for a vehicle, comprising: an assist torque determining block for calculating a torque generated by the electric motor by adding at least the output of the damping compensator.
請求項1又は請求項2に記載のドライバ操舵状態推定器、
前記ドライバ操舵状態推定器が推定したハンドル操舵状態にもとづき戻し補償量を制御される戻し補償器、
すくなくとも前記戻し補償器の出力を加算して前記電動機が発生するトルクを演算するアシストトルク決定ブロックを備えたことを特徴とする車両の電動操舵装置。 A steering mechanism having an electric motor coupled to the handle shaft and generating a steering force;
The driver steering state estimator according to claim 1 or 2,
A return compensator in which a return compensation amount is controlled based on a steering wheel steering state estimated by the driver steering state estimator;
An electric steering apparatus for a vehicle, comprising: an assist torque determination block for calculating a torque generated by the electric motor by adding at least the output of the return compensator.
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