JP2007253751A - Road surface reaction force estimation device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a road surface reaction force estimation device having a disturbance observer concerning a steered wheel, and improving conventional estimation precision of road surface reaction force. <P>SOLUTION: A difference D(=d<SB>rE</SB>'(k)-f<SB>0</SB>) between a disturbance estimated value d<SB>rE</SB>' after pulse removing process and a functional value f<SB>0</SB>in step 250. A sign of a product of current speed v<SB>r</SB>(k) of a steering shaft and a parameter D is determined in step 270, and a process is moved to step 290 when it is positive and is moved to step 280 if not. Thereafter, current classification of friction force is stored in the step 280 and the step 290. For example, zero is stored in an element parameter M(k) of No. k of arrangement M as the friction force at the current point of time is static friction force in the step 280. A value of a previous road surface reaction force estimated value F<SB>rE</SB>(k-1) is adopted as a value of a current road surface reaction force estimated value F<SB>rE</SB>(k) in the following step 285. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、モータを用いて車両の転舵輪を転舵する操舵装置において路面反力を推定する路面反力推定装置に関する。
この方法は、パワーステアリング装置やステアバイワイヤシステムなどの、車両の操舵装置に有用なものである。
The present invention relates to a road surface reaction force estimation device that estimates a road surface reaction force in a steering device that steers a steered wheel of a vehicle using a motor.
This method is useful for a vehicle steering apparatus such as a power steering apparatus or a steer-by-wire system.

上記の路面反力推定装置において外乱オブザーバを用いれば、転舵モータに伝達される路面反力Fr と転舵モータのトルクリップルなどの脈動Frip と転舵モータが受ける摩擦力Ffricの和として、転舵モータに作用する外乱dr の推定値drEを求めることができ、よって、所望の路面反力の推定値FrEは、この外乱の推定値drEを用いて以下の様に表すことができる。
rE = drE −Frip −Ffric …(1)
If a disturbance observer is used in the above road surface reaction force estimation device, the sum of the road surface reaction force F r transmitted to the steered motor, the pulsation F rip such as the torque ripple of the steer motor, and the friction force F fric received by the steer motor. as the estimated value d rE of the disturbance d r acting on the steering motor can be obtained, thus, the estimated value F rE desired road surface reaction force, as follows by using the estimated value d rE of the disturbance Can be represented.
F rE = d rE −F rip −F fric (1)

例えば下記の非特許文献1には、モータに作用する外乱dr の推定値drEから電流検出誤差に起因する脈動Frip を、トルクリプルオブザーバを用いて除去する微小振動抑制制御技法が開示されている。この従来技術では、外乱(dr )を交流成分と直流成分とに分けて考え、その外乱の交流成分と直流成分とをそれぞれ独立に推定しているが、この従来技術に従えば、推定する外乱の交流成分の周波数をモータの電気角速度の定数倍に設定することによって、電流検出誤差に起因する脈動を含まない外乱の値を推定することができる。 For example, Non-Patent Document 1 below, a pulse F rip due to the current detection error from the estimated value d rE of the disturbance d r acting on the motor, and the minute vibration suppression control techniques to remove using a torque ripple observer is disclosed Yes. In this prior art, the disturbance (d r ) is divided into an alternating current component and a direct current component, and the alternating current component and the direct current component of the disturbance are estimated independently. According to this prior art, the disturbance is estimated. By setting the frequency of the AC component of the disturbance to a constant multiple of the electrical angular velocity of the motor, it is possible to estimate the value of the disturbance that does not include pulsations due to current detection errors.

また、モータが減速機などから受ける摩擦力Ffricを外乱推定値drEから除去することによって高精度に路面反力Fr を推定する従来技法としては、例えば、下記の特許文献1や特許文献2に記載の従来技術がある。これらの従来技術では、外乱推定値(drE)の履歴に基づき、前回の制御周期における路面反力推定値(FrE)と今回の制御周期における外乱推定値(drE)から、今回の制御周期における路面反力推定値(FrE)を一意に決定する推定処理方式が採用されている。
花本、外3名、「周期性外乱を有するブラシレスDCモータの微小振動抑制制御」、平成9年電気学会論文集D編、117巻3号、p.335〜341 特開平10−264057 特開2003−127888
Further, as a conventional technique for estimating the road surface reaction force F r with high accuracy by removing the frictional force F fric received by the motor from a reduction gear or the like from the estimated disturbance value dr E , for example, the following Patent Document 1 and Patent Document There is a conventional technique described in 2. In these prior art, based on the history of the estimated disturbance value (d rE), road surface reaction force estimated value in the previous control cycle (F rE) estimated disturbance value in the current control cycle from (d rE), the current control An estimation processing method that uniquely determines a road surface reaction force estimated value (F rE ) in a cycle is adopted.
Hanamoto, 3 others, "Small vibration suppression control of brushless DC motor with periodic disturbance", 1997 IEEJ Proceedings D, Vol. 117, No. 3, p.335-341 JP-A-10-264057 JP 2003-127888 A

オブザーバを用いて推定処理を実行する場合、一般に、推定されるべき実際の値に対する推定値の追従性を高く設定すると、その際の推定精度が低くなってしまうことがある。例えば、モータの脈動の変化が激しい場合には、脈動の変化の速さよりも推定誤差の収束の速さの方が十分に大きくなければ、脈動の推定値を実際の値に対して十分に追従させることができなくなる。しかし、推定誤差の収束の速さを非常に大きくすると、推定値に対するノイズの影響が無視できなくなってしまう。即ち、オブザーバを用いた推定処理においては、推定値の追従性と推定精度との間にトレードオフ関係が存在し得る。   When performing an estimation process using an observer, generally, if the followability of an estimated value with respect to an actual value to be estimated is set high, the estimation accuracy at that time may be lowered. For example, if the motor pulsation changes drastically, the estimated pulsation will follow the actual value sufficiently if the speed of convergence of the estimation error is not sufficiently greater than the speed of the pulsation change. Can not be made. However, if the speed of convergence of the estimation error is very large, the influence of noise on the estimated value cannot be ignored. That is, in the estimation process using the observer, there may be a trade-off relationship between the followability of the estimated value and the estimation accuracy.

非特許文献1に記載の従来技術では、脈動を推定するオブザーバの追従性を確保するために、ブラシレスDCモータの電気角速度が大きな場合には、オブザーバの固有値の実部も大きく設定される。これは、脈動の変化の速さが電気角速度に比例するためであるが、この様なオブザーバの設定に従えば、オブザーバの追従性を高く確保することはできても、上記のトレードオフ関係によって、特に電気角速度が大きい時に脈動の推定値がノイズの影響を受け易くなってしまう。したがって、上記の従来技術では、必ずしも精度良く脈動を除去することはできない。   In the prior art described in Non-Patent Document 1, in order to ensure the followability of the observer that estimates pulsation, when the electrical angular velocity of the brushless DC motor is large, the real part of the eigenvalue of the observer is also set large. This is because the speed of change of pulsation is proportional to the electrical angular velocity, but according to such an observer setting, even if the followability of the observer can be ensured high, In particular, when the electrical angular velocity is large, the estimated value of pulsation is easily affected by noise. Therefore, with the above-described conventional technology, it is not always possible to remove pulsation with high accuracy.

また、特許文献1や特許文献2に記載の従来技術によれば、外乱推定値の履歴のみに基づいて、減速機などから受ける摩擦力を外乱推定値から除去するので、路面反力(=外乱推定値−摩擦力)を正確に推定できない場合がある。この様な問題は、例えば減速機などの機械系から転舵モータが受ける摩擦力の変化は実際には複雑なヒステリシス特性を示すので、外乱推定値の履歴だけからではこれらの変化を正確には求めることができないために生じる。
このため、特許文献1や特許文献2に記載の従来技術によれば、生じた推定誤差がその後も保持され続ける結果、路面反力の推定値に大きな零点誤差(オフセット)が生じてしまうことがあった。
Further, according to the prior art described in Patent Document 1 and Patent Document 2, the frictional force received from the speed reducer or the like is removed from the estimated disturbance value based only on the estimated disturbance history, so that the road surface reaction force (= disturbance) (Estimated value−friction force) may not be accurately estimated. Such a problem is that, for example, changes in the frictional force applied to the steered motor from a mechanical system such as a reduction gear actually show complex hysteresis characteristics. It occurs because it cannot be obtained.
For this reason, according to the prior arts described in Patent Document 1 and Patent Document 2, the estimated error that has been generated continues to be maintained thereafter, resulting in a large zero error (offset) in the estimated value of the road surface reaction force. there were.

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、転舵輪に係わる外乱オブザーバを有する路面反力推定装置において、路面反力の推定精度を従来よりも高くすることである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to increase the estimation accuracy of the road surface reaction force in the road surface reaction force estimation device having the disturbance observer related to the steered wheels. That is.

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、転舵モータを用いて車両の転舵輪を転舵する操舵装置において路面反力を推定する路面反力推定装置において、転舵モータの角速度関連値と相電流に基づいて、転舵モータに作用する外乱を推定する外乱オブザーバと、転舵モータの電気角の回転周波数の自然数倍の周波数をノッチ周波数とするノッチフィルタを用いて外乱の推定値が有する脈動を除去する脈動除去手段とを備えることである。
In order to solve the above problems, the following means are effective.
That is, the first means of the present invention is a road surface reaction force estimation device that estimates a road surface reaction force in a steering device that steers a steered wheel of a vehicle using a steering motor. Based on the current, the disturbance observer has a disturbance observer that estimates the disturbance acting on the steered motor, and the notch filter uses a notch filter with a frequency that is a natural number multiple of the rotational frequency of the electrical angle of the steered motor. Pulsation removing means for removing pulsation.

ただし、上記の角速度関連値としては、上記の転舵モータの角速度の定数倍の数値を持てば任意の変数パラメータを用いることができ、例えば、転舵輪の向きを駆動制御する転舵軸のスライド速度(動作速度)などを用いても良い。
また、上記のノッチフィルタの段数は任意でよく、上記の自然数も1以上の任意の値を取ることができる。
また、上記の転舵モータの相数は任意で良い。
なお、以下では、上記のノッチ周波数の2π〔radian〕倍をノッチ角速度と言うことがある。
However, as the angular velocity-related value, any variable parameter can be used as long as it has a numerical value that is a constant multiple of the angular velocity of the steering motor. For example, a slide of the steering shaft that drives and controls the direction of the steered wheels Speed (operation speed) or the like may be used.
The number of stages of the notch filter may be arbitrary, and the natural number may take an arbitrary value of 1 or more.
Further, the number of phases of the steering motor may be arbitrary.
In the following, 2π [radian] times the above notch frequency may be referred to as a notch angular velocity.

また、本発明の第2の手段は、上記の第1の手段において、上記のノッチフィルタのノッチ周波数に下限値を設けることである。
ただし、この下限値としては、脈動の除去処理作用に関して特に問題が生じない範囲内において、適当に大きな値を設定すれば良い。
The second means of the present invention is to provide a lower limit value for the notch frequency of the notch filter in the first means.
However, as this lower limit value, an appropriately large value may be set within a range in which no particular problem occurs with respect to the pulsation removal processing action.

また、本発明の第3の手段は、転舵モータを用いて車両の転舵輪を転舵する操舵装置において路面反力を推定する路面反力推定装置において、転舵モータの角速度関連値と相電流に基づいて、転舵モータに作用する外乱を推定する外乱オブザーバと、外乱の推定値と転舵モータの角速度関連値の履歴に基づいて外乱の推定値が有する零点誤差を除去するオフセット除去手段とを設けることである。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a road surface reaction force estimation device that estimates a road surface reaction force in a steering device that steers a steered wheel of a vehicle using a steering motor. Disturbance observer for estimating disturbance acting on the steering motor based on the current, and offset removing means for removing the zero point error of the estimated value of the disturbance based on the history of the estimated value of the disturbance and the angular velocity related value of the steering motor It is to provide.

ただし、上記の角速度関連値とは、転舵モータの角速度の定数倍の数値のことであり、例えば、転舵輪の向きを駆動制御する転舵軸のスライド速度(動作速度)などを適用しても良い。
また、上記の転舵モータの相数は任意で良い。
However, the above-mentioned angular velocity-related value is a numerical value that is a constant multiple of the angular velocity of the steered motor. For example, the slide speed (operation speed) of the steered shaft that drives and controls the direction of the steered wheels is applied. Also good.
Further, the number of phases of the steering motor may be arbitrary.

また、本発明の第4の手段は、上記の第1または第2の手段において、上記の外乱の推定値と転舵モータの角速度関連値の履歴に基づいて、外乱の推定値が有する零点誤差を除去するオフセット除去手段を設けることである。   According to a fourth means of the present invention, in the first or second means described above, the zero point error of the estimated value of the disturbance is based on the estimated value of the disturbance and the history of the angular velocity related values of the steered motor. It is to provide an offset removing means for removing.

また、本発明の第5の手段は、上記の第3または第4の手段のオフセット除去手段において、転舵モータに係わる機械系から転舵モータが受ける摩擦力が、静止摩擦力であるか動摩擦力であるかを判定する判定手段を設け、上記の零点誤差が除去された外乱の推定値を算出するための複数の演算式の中から、上記の判定手段の判定結果に基づいて、用いるべき最適な演算式を択一的に選択することである。
ただし、ここで言う機械系とは、転舵モータに対して機械的な摩擦力を及ぼす、例えば減速機などのことである。
According to a fifth means of the present invention, in the offset removing means of the third or fourth means, the frictional force received by the steering motor from the mechanical system related to the steering motor is a static frictional force or a dynamic frictional force. Determination means for determining whether or not the force is a force, and should be used based on the determination result of the determination means from among a plurality of arithmetic expressions for calculating the estimated value of the disturbance from which the zero error has been removed It is to select an optimal arithmetic expression alternatively.
However, the mechanical system referred to here is, for example, a speed reducer that exerts a mechanical frictional force on the steered motor.

また、本発明の第6の手段は、上記の第5の手段のオフセット除去手段において、以下の5つの条件a〜eのうちの、条件a,b,dが同時にそれぞれ成立する時、または条件a,c,eが同時にそれぞれ成立する時に、上記の摩擦力が静止摩擦力から動摩擦力に変化したと判定することである。
(条件a)前回の制御周期において摩擦力が静止摩擦力であると判定された。
(条件b)今回の制御周期における外乱の推定値が、前回の制御周期における零点誤差が除去された外乱推定値と動摩擦力との和よりも大きい。
(条件c)今回の制御周期における外乱の推定値が、前回の制御周期における零点誤差が除去された外乱推定値と動摩擦力との和よりも小さい。
(条件d)今回の制御周期における角速度関連値が所定の閾値ε1(≧0)よりも大きい。
(条件e)今回の制御周期における角速度関連値が所定の閾値ε2(≦0)よりも小さい。
According to a sixth means of the present invention, in the offset removing means of the fifth means, when the conditions a, b, and d among the following five conditions a to e are simultaneously satisfied, or When a, c, and e are simultaneously established, it is determined that the frictional force has changed from a static frictional force to a dynamic frictional force.
(Condition a) It was determined that the friction force was a static friction force in the previous control cycle.
(Condition b) The estimated disturbance value in the current control cycle is larger than the sum of the estimated disturbance value and the dynamic friction force from which the zero point error in the previous control cycle has been removed.
(Condition c) The disturbance estimated value in the current control cycle is smaller than the sum of the disturbance estimated value in which the zero point error is removed in the previous control cycle and the dynamic friction force.
(Condition d) The angular velocity related value in the current control cycle is larger than a predetermined threshold value ε1 (≧ 0).
(Condition e) The angular velocity related value in the current control cycle is smaller than a predetermined threshold value ε2 (≦ 0).

ただし、上記の動摩擦力の値は、転舵輪、転舵軸、転舵モータ、減速機などの実際に用いる装置を使った実験を通して、好適または最適な形のものを経験的に決定することができる。
なお、上記の閾値ε1や閾値ε2は、上記の角速度関連値の測定誤差が0に近づく時に0に近づく安全定数であって、理論的には0でよい。また、特に、この閾値ε1を0に設定する場合には、条件bが成り立てば条件dも必然的に満たされるため、この場合、条件bの判定処理を実行していれば条件dの判定処理は省略することができる。同様に、上記の閾値ε2を0に設定する場合には、条件cが成り立てば条件eも必然的に満たされるため、この場合、条件cの判定処理を実行していれば条件eの判定処理は省略することができる。
However, the value of the above dynamic friction force can be determined empirically in a suitable or optimal form through experiments using actual devices such as steered wheels, steered shafts, steered motors, and reducers. it can.
The threshold value ε1 and the threshold value ε2 are safety constants that approach 0 when the measurement error of the angular velocity related value approaches 0, and may theoretically be 0. In particular, when the threshold ε1 is set to 0, the condition d is inevitably satisfied if the condition b is satisfied. In this case, if the determination process for the condition b is executed, the determination process for the condition d is performed. Can be omitted. Similarly, when the threshold value ε2 is set to 0, the condition e is inevitably satisfied if the condition c is satisfied. In this case, if the determination process for the condition c is executed, the determination process for the condition e is performed. Can be omitted.

また、本発明の第7の手段は、上記の第5または第6の手段のオフセット除去手段において、摩擦力が静止摩擦力であると判定される期間中の、零点誤差が除去された外乱推定値として、摩擦力が動摩擦力であると最後に判定された制御周期において算出された、零点誤差が除去された外乱推定値を継続的に採用することである。
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。
Further, the seventh means of the present invention is the above-described fifth or sixth means for removing the offset, wherein the zero point error is removed during the period in which the friction force is determined to be a static friction force. As the value, it is to continuously adopt the estimated disturbance value from which the zero point error is removed, which is calculated in the control cycle in which the friction force is finally determined as the dynamic friction force.
By the above means of the present invention, the above-mentioned problem can be effectively or rationally solved.

本発明の第1の手段によれば、電流検出誤差に起因する脈動がノッチフィルタによって除去されるため、上記の外乱オブザーバにおいては、それらの脈動を推定したり除去したりする必要がない。このため、本発明における外乱オブザーバでは、転舵モータの電気角速度とは無関係に、ノイズの影響を受け難い構成を採用することができる。即ち、外乱の推定誤差の収束の速さを転舵モータの電気角速度の上昇に応じて速くする必要がない。
したがって、本発明の第1の手段によれば、外乱の推定値がノイズの影響を受け難くすることができ、かつ、脈動項も効果的に除去されるので、路面反力を高精度に推定することができる。
According to the first means of the present invention, since the pulsation caused by the current detection error is removed by the notch filter, it is not necessary to estimate or remove the pulsation in the disturbance observer. For this reason, the disturbance observer according to the present invention can employ a configuration that is hardly affected by noise regardless of the electrical angular velocity of the steered motor. That is, it is not necessary to increase the speed of convergence of the disturbance estimation error in accordance with the increase in the electrical angular velocity of the steered motor.
Therefore, according to the first means of the present invention, the estimated value of the disturbance can be made less susceptible to noise, and the pulsation term is also effectively removed, so the road surface reaction force is estimated with high accuracy. can do.

また、本発明の第2の手段によれば、ノッチ周波数が所定の閾値を下回ることがなくなるため、転舵モータの角速度が大きい場合の脈動除去処理性能を十分に確保しつつ、転舵モータの角速度が小さい場合の当該フィルタリング処理の過渡応答性の劣化現象を効果的かつ未然に防止することができる。
即ち、ノッチ周波数が低過ぎると転舵モータの角速度が小さい場合に、当該フィルタリング処理の過渡応答性の劣化現象を招くが、本発明の第2の手段によれば、上記の閾値設定により転舵モータの角速度が小さい場合には、当該フィルタリング処理が事実上省略されるため、その様な過渡応答性の劣化現象が生じる恐れも必然的に払拭される。また、この様な場合には、脈動の影響は小さいので事実上無視することができ、よって当該フィルタリング処理の省略も許される。
Further, according to the second means of the present invention, the notch frequency does not fall below a predetermined threshold value, so that the pulsation removal processing performance when the angular speed of the steering motor is large is sufficiently ensured, and The deterioration phenomenon of the transient response of the filtering process when the angular velocity is small can be effectively and prevented beforehand.
That is, if the notch frequency is too low, when the angular speed of the steered motor is small, the transient response deterioration phenomenon of the filtering process is caused. However, according to the second means of the present invention, the steering is performed by the above threshold setting. When the angular velocity of the motor is small, the filtering process is substantially omitted, and thus the possibility of such a transient response deterioration phenomenon occurring is inevitably eliminated. In such a case, since the influence of pulsation is small, it can be practically ignored, and thus the filtering process can be omitted.

また、上記の本発明の第3または第4の手段によれば、摩擦力の除去処理において、転舵モータの角速度関連値の履歴を利用することができ、これによって、ヒステリシス特性に応じた推定処理が実現できるので、機械系から受ける摩擦力に起因するオフセット誤差が小さい路面反力推定装置を構成することが可能となる。   Further, according to the third or fourth means of the present invention, the history of the angular velocity related value of the steered motor can be used in the frictional force removing process, and thereby the estimation according to the hysteresis characteristic is performed. Since the processing can be realized, it is possible to configure a road surface reaction force estimation device with a small offset error caused by the frictional force received from the mechanical system.

より具体的には、例えば、本発明の第5の手段によれば、上記の判定手段の判定結果に基づいて、用いるべき最適な演算式が択一的に選択されるので、各摩擦の状態に個別に応じた適切な演算式を複数用意することによって、零点誤差を的確に除去することができる。したがって、本発明の第5の手段によれば、路面反力推定値の零点誤差が摩擦力の変化によって拡大することを効果的に防止することができる。   More specifically, for example, according to the fifth means of the present invention, the optimum arithmetic expression to be used is alternatively selected based on the determination result of the determination means, so that each friction state By preparing a plurality of appropriate arithmetic expressions according to each, the zero point error can be accurately removed. Therefore, according to the fifth means of the present invention, it is possible to effectively prevent the zero point error of the road surface reaction force estimated value from expanding due to the change of the frictional force.

また、本発明の第6の手段によれば、転舵モータの角速度関連値を用いて、上記の摩擦力が静止摩擦力から動摩擦力に変化するタイミングを従来よりも的確に判定することができるため、摩擦力の変化に起因して路面反力推定値のオフセット誤差が拡大することを効果的に抑制することができる。   According to the sixth means of the present invention, the timing at which the frictional force changes from the static frictional force to the dynamic frictional force can be determined more accurately than before by using the angular velocity related value of the steering motor. Therefore, it is possible to effectively suppress an increase in the offset error of the estimated road surface reaction force due to the change in the frictional force.

また、静止摩擦力は、転舵モータの回転方向と外乱推定値だけでは一意に定まらないが、上記の本発明の第7の手段を用いれば、静止摩擦力が作用し始めるその直前と直後とにおいて路面反力は変化しないと仮定されて、推定処理がそのまま継続される。このため、本発明の第7の手段によれば、路面反力推定値のオフセット誤差が拡大することを効果的に抑制することができる。   Further, the static friction force is not uniquely determined only by the rotation direction of the steering motor and the estimated disturbance value. However, if the seventh means of the present invention is used, the static friction force immediately before and immediately after the static friction force starts to act. It is assumed that the road surface reaction force does not change, and the estimation process is continued as it is. For this reason, according to the 7th means of this invention, it can suppress effectively that the offset error of a road surface reaction force estimated value expands.

なお、本発明を実施する際には、上記のオフセット除去手段と脈動除去手段の両方を併用して路面反力を推定することがより望ましいが、特にその場合には、外乱オブザーバから得られた外乱の推定値に対して、上記の脈動除去手段を上記のオフセット除去手段よりも先に作用させることがより望ましい。この場合、上記のオフセット除去手段では、脈動が効果的に除去された外乱の推定値が処理できるので、これにより、そのオフセット除去処理中において判定誤りが生じる恐れをより確実に排除することができる。   In carrying out the present invention, it is more desirable to estimate the road surface reaction force by using both the offset removing means and the pulsation removing means, but in that case, it was obtained from a disturbance observer. It is more desirable that the pulsation removing means is applied to the estimated disturbance value before the offset removing means. In this case, since the offset removal means can process the estimated value of the disturbance from which the pulsation has been effectively removed, it is possible to more reliably eliminate the possibility that a determination error will occur during the offset removal processing. .

また、上記のオフセット除去手段では、以下の設計ガイドライン(1)〜(5)にしたがって、所望のオフセット除去処理を構成すると良い。
(1)転舵モータの角速度関連値と外乱推定値の履歴に基づいて摩擦力を除去する。
(2)静止摩擦が作用している時は、前時刻(前制御周期)でのオフセットが除去された外乱推定値をそのまま維持する。
(3)動摩擦が作用している時は、現時刻の角速度関連値の符号と現時刻の外乱推定値に基づいて摩擦力を除去する。
(4)転舵モータに作用する摩擦力が、静止摩擦から動摩擦に変わったかは、現時刻の角速度関連値の符号と現時刻の外乱推定値と前時刻のオフセットが除去された外乱推定値に基づいて判定する。
(5)転舵モータに作用する摩擦力が、動摩擦から静止摩擦に変わったかは、角速度関連値の符号変化に基づいて判定する。
In the above-described offset removing means, a desired offset removing process may be configured according to the following design guidelines (1) to (5).
(1) The frictional force is removed based on the history of the angular velocity related value and disturbance estimated value of the steered motor.
(2) When static friction is acting, the estimated disturbance value from which the offset at the previous time (previous control cycle) is removed is maintained as it is.
(3) When dynamic friction is acting, the frictional force is removed based on the sign of the angular velocity related value at the current time and the estimated disturbance value at the current time.
(4) Whether the frictional force acting on the steered motor has changed from static friction to kinetic friction depends on the sign of the angular velocity related value at the current time, the estimated disturbance value at the current time, and the estimated disturbance value from which the offset at the previous time has been removed. Judgment based on.
(5) Whether the frictional force acting on the steered motor has changed from dynamic friction to static friction is determined based on the sign change of the angular velocity related value.

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、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
However, the embodiments of the present invention are not limited to the following examples.

図1に本実施例1のステアバイワイヤシステムの論理的な構成図を示す。このステアバイワイヤシステムは、運転者が操作するハンドル1を有する操舵機構(1〜7)と、転舵輪13を転舵する転舵機構(8〜13)と、これらの連動動作を電気的に実現する制御装置1000等から構成されている。   FIG. 1 shows a logical configuration diagram of the steer-by-wire system according to the first embodiment. This steer-by-wire system electrically realizes a steering mechanism (1-7) having a handle 1 operated by a driver, a steering mechanism (8-13) for turning the steered wheels 13, and an interlocking operation thereof. The control device 1000 and the like are configured.

より具体的には、操舵機構のトルクセンサ2は運転者がハンドル1に及ぼす操舵トルクTh を検出し、回転角センサ5は反力モータ4の回転角Θh を検出し、電流センサ6はモータ駆動回路7から反力モータ4に給電される電流Ih を検出する。ただし、反力モータ4とハンドル1とは減速機3によって連動されており、よって反力モータ4の回転角Θh はハンドル1の回転角に比例する。そして、これらの検出値は、A/D変換装置を備えた制御装置1000に入力される。 More specifically, the torque sensor 2 of the steering mechanism to detect the steering torque T h the driver on the steering wheel 1, the rotation angle sensor 5 detects the rotational angle theta h of the reaction force motor 4, the current sensor 6 A current I h fed from the motor drive circuit 7 to the reaction force motor 4 is detected. However, the reaction force motor 4 and the handle 1 are interlocked by the speed reducer 3, so that the rotation angle Θ h of the reaction force motor 4 is proportional to the rotation angle of the handle 1. These detected values are input to a control device 1000 having an A / D conversion device.

一方、転舵機構の転舵モータ10は、3相のブラシレスDCモータであり、その回転角Θr は、回転角センサ11によって検出される。また、モータ駆動回路8から転舵モータ10に給電される各相電流Iv ,Iu は、電流センサ9で検出され、これらの検出値も、A/D変換装置を備えた制御装置1000に入力される。 On the other hand, the steering motor 10 of the steering mechanism is a three-phase brushless DC motor, and its rotation angle Θ r is detected by a rotation angle sensor 11. The phase currents I v and I u fed from the motor drive circuit 8 to the steered motor 10 are detected by the current sensor 9, and these detected values are also sent to the control device 1000 including the A / D converter. Entered.

図2に上記の制御装置1000の制御ブロックダイヤグラムを示す。
上記の転舵モータ10は、U相電流Iu とV相電流Iv を電流センサ9で検出することにより、物理的には3相制御されるが、UVW/dq変換処理部1800、電流制御部1600、及びdq/UVW変換処理部1900などを用いて、論理的にはdq座標空間で電流制御される。
路面反力推定部100は、本発明の路面反力推定装置に相当する部分であり、転舵速度演算部から入力される転舵軸12のその軸方向へのスライド速度(以下、転舵速度vr と言う)と、UVW/dq変換処理部1800から出力されるq軸電流Iq とに基づいて、所望の路面反力推定値FrEを算出する。
FIG. 2 shows a control block diagram of the control apparatus 1000 described above.
The steered motor 10 is physically three-phase controlled by detecting the U-phase current I u and the V-phase current I v with the current sensor 9, but the UVW / dq conversion processing unit 1800, current control Using the unit 1600 and the dq / UVW conversion processing unit 1900, the current is logically controlled in the dq coordinate space.
The road surface reaction force estimation unit 100 is a part corresponding to the road surface reaction force estimation device of the present invention, and the sliding speed in the axial direction of the turning shaft 12 input from the turning speed calculation unit (hereinafter referred to as the turning speed). v r ) and a q-axis current I q output from the UVW / dq conversion processing unit 1800, a desired road surface reaction force estimated value F rE is calculated.

図3に、この路面反力推定部100の制御ブロックダイヤグラムを示す。この路面反力推定部100は、外乱推定部(外乱オブザーバ110)と脈動除去部120とオフセット除去部130から構成されている。
以下、これらの各部の構成と動作をそれぞれ順に説明する。
FIG. 3 shows a control block diagram of the road surface reaction force estimation unit 100. The road surface reaction force estimating unit 100 includes a disturbance estimating unit (disturbance observer 110), a pulsation removing unit 120, and an offset removing unit 130.
Hereinafter, the configuration and operation of each of these units will be described in order.

まず最初に、図4の外乱オブザーバ110(外乱推定手段)では、例えば本図4や前記の式(1)に示した様に、転舵モータ10に作用する外乱dr を路面反力Fr と電流検出誤差に起因する脈動力Frip と減速機の摩擦による摩擦力Ffricの和と見なし、その推定値である外乱推定値drEをラック速度vr とq軸電流Iq に基づいて算出している。
ただし、ここでsは複素周波数であり、Ktrは転舵モータ10のトルク定数、Gr はそのゲイン、Mr は転舵モータ10の慣性係数である。また、ローパスフィルタ111のフィルタ特性は、パラメータωorとパラメータξorのチューニングによって最適に決定することができる。
First, the disturbance observer 110 in FIG. 4 (disturbance estimating means), for example as shown in the figure 4 and the above formula (1), disturbance d r a road surface reaction force F r acting on the steering motor 10 And the pulsating force F rip caused by the current detection error and the frictional force F fric due to the friction of the speed reducer, and the estimated disturbance value dr E which is the estimated value based on the rack speed v r and the q-axis current I q Calculated.
Here, s is a complex frequency, K tr is a torque constant of the steered motor 10, G r is its gain, and M r is an inertia coefficient of the steered motor 10. The filter characteristics of the low-pass filter 111 can be optimally determined by tuning the parameter ω or and the parameter ξ or .

また、図3の外乱推定値drE′は、上記の外乱オブザーバ110の出力値である外乱推定値drEに対して、以下の様なフィルタリング処理を施すことによって得られる値である。即ち、図3の脈動除去部120では、伝達関数が次式(数1)で定義されるノッチフィルタFn (s,ωn )を用いて、外乱推定値drEから脈動力Frip を除去する。ただし、ここでsは複素周波数であり、ξ1 ,ξ2 はフィルタ特性を決定する正のパラメータである。

Figure 2007253751
Further, the estimated disturbance value drE 'in FIG. 3 is a value obtained by subjecting the estimated disturbance value drE , which is the output value of the disturbance observer 110, to the following filtering process. That is, the pulsation removing unit 120 in FIG. 3 removes the pulsating power F rip from the estimated disturbance value dr E using the notch filter F n (s, ω n ) whose transfer function is defined by the following equation (Equation 1). To do. Here, s is a complex frequency, and ξ 1 and ξ 2 are positive parameters that determine the filter characteristics.
Figure 2007253751

例えば、このノッチフィルタFn (s,ωn )を2段階に用いて、以下の様な直列2段のノッチフィルタを構成することができる。
(1段目)
ωn =Ω1=max(C,ωe ) (Cは所定の定数)
(2段目)
ωn =Ω2=max(C,2ωe
For example, by using this notch filter F n (s, ω n ) in two stages, the following series two-stage notch filter can be configured.
(First stage)
ω n = Ω1 = max (C , ω e) (C is a predetermined constant)
(Second stage)
ω n = Ω 2 = max (C, 2ω e )

ここで、ωe (≡αvr ;αは比例定数)と2ωe (=2αvr )を用いるのは、通常のブラシレスDCモータにおいては、前記の非特許文献1にも記載されている様に、その電気角速度ωe の1倍及び2倍の脈動が支配的になっていることが多いからである。
また、上記のmax関数は、2つの引数の中から小さくない方を選択する関数であるが、この様な下限値Cをノッチ角速度ωn に対して設けるのは、ノッチ周波数ωn が小さ過ぎるとフィルタ出力drE′の過渡応答が遅くなり好ましくないからである。逆に、電気角速度ωe が小さい時にはモータに生じる脈動力Frip も小さいので、その場合には特にフィルタリングを実行する必要も無いからだと言うこともできる。
Here, ω e (≡αv r ; α is a proportional constant) and 2ω e (= 2αv r ) are used in a normal brushless DC motor as described in Non-Patent Document 1 described above. This is because pulsations of 1 and 2 times the electrical angular velocity ω e are often dominant.
The above-mentioned max function is a function for selecting the not smaller among the two arguments, of providing such a lower limit value C with respect to the notch angular velocity omega n is the notch frequency omega n is too small This is because the transient response of the filter output d rE ′ becomes slow, which is not preferable. Conversely, when the electrical angular velocity ω e is small, the pulse power F rip generated in the motor is also small, and in this case, it can be said that there is no need to perform filtering.

以上のフィルタリング処理(脈動除去部120)により、前記式(1)の脈動項Frip が排除されるので、上記の外乱推定値(フィルタ出力drE′)は、次式(2)に示す様に、路面反力の推定値FrEと、転舵モータ10に作用する摩擦力Ffricとの和で表すことができる。
(外乱推定値drE′)
rE′= FrE + Ffric …(2)
The above filtering processing (pulsation removing unit 120) eliminates the pulsation term F rip in the above equation (1), and thus the disturbance estimated value (filter output d rE ′) is expressed by the following equation (2). In addition, it can be represented by the sum of the estimated value F rE of the road surface reaction force and the frictional force F fric acting on the steered motor 10.
(Disturbance estimate d rE ′)
d rE ′ = F rE + F fric (2)

図4に外乱オブザーバ110の制御ブロックダイヤグラムを例示する。本図4のオフセット除去部130は、上記の脈動除去部120から出力される外乱推定値drE′から、転舵モータ10に作用する摩擦力Ffricを除去することによって、式(2)中の所望の路面反力推定値FrEを得るためのものである。そして、この摩擦力の除去処理においては、転舵モータ10に動摩擦力が作用している時に現われる、路面反力推定値FrEと外乱推定値drE′との間の関係(図5のグラフ)を利用する。 FIG. 4 illustrates a control block diagram of the disturbance observer 110. The offset removing unit 130 in FIG. 4 removes the frictional force F fric acting on the steered motor 10 from the estimated disturbance value drE ′ output from the pulsation removing unit 120, thereby obtaining the equation (2). To obtain the desired road surface reaction force estimated value F rE . In this frictional force removal process, the relationship between the road surface reaction force estimated value FrE and the disturbance estimated value drE 'that appears when dynamic frictional force is acting on the steered motor 10 (the graph of FIG. 5). ).

(FrEとdrE′の関係)
即ち、動摩擦が作用している時は、
r >0ならば、drE′=f1(FrE) 、
r <0ならば、drE′=f2(FrE) …(3)
( Relationship between F rE and d rE ′)
That is, when dynamic friction is acting,
If v r > 0, then d rE ′ = f 1 (F rE ),
If v r <0, then d rE ′ = f 2 (F rE ) (3)

例えば、本図5のグラフにおける関数f1 は、FrE≧0においてdrE′=FrE+d0 (d0 は正の定数)なる形をしており、また、FrE<0においてはdrE′=aFrE+d0 (0<a<1)なる形をしている。また、関数f2 は、この関数f1 を原点周りに180°回転させた点対称形を有している。 For example, the function f 1 in the graph of FIG. 5 has a form of d rE ′ = F rE + d 0 (d 0 is a positive constant) when F rE ≧ 0, and d when F rE <0. rE ′ = aF rE + d 0 (0 <a <1). The function f 2 has a point-symmetric shape obtained by rotating the function f 1 around the origin by 180 °.

このグラフを用いて、上記のオフセット除去部130をソフトウェアで実現するための制御処理手順を図6に例示する。オフセット除去部130の制御処理手順では、その処理の初期状態として、制御変数kの初期値を0、M(0)=0(:静止摩擦作用中)、vr (0)=0、及びFrE(0)=0を仮定する。ただし、ここで、上記の制御変数kは、この処理の制御周期の幅に離散化された時刻を示す。 FIG. 6 illustrates a control processing procedure for realizing the offset removing unit 130 with software using this graph. In the control processing procedure of the offset removing unit 130, as an initial state of the processing, the initial value of the control variable k is 0, M (0) = 0 (: during static friction action), v r (0) = 0, and F Assume rE (0) = 0. Here, the control variable k indicates the time discretized in the width of the control cycle of this process.

まず、この手順の最初のステップ205では、制御変数kの値を1増加させる。次のステップ210では、現時刻(今回の制御周期)の転舵軸の速度vr (k)の符号を判定する。その結果、vr (k)>0ならばステップ220へ、そうでなければステップ230に処理を移す。 First, in the first step 205 of this procedure, the value of the control variable k is incremented by one. In the next step 210, the sign of the speed v r (k) of the steered shaft at the current time (current control cycle) is determined. As a result, if v r (k)> 0, the process proceeds to step 220; otherwise, the process proceeds to step 230.

次に、ステップ220やステップ230では、次式(4)に示す様に、図5の関数f1 ,f2 の逆関数f1 -1,f2 -1を用いて、今回の路面反力推定FrE(k)の値を暫定する。
(FrE(k)の暫定)
rE(k)=f1 -1(drE′(k)) (ステップ220),
rE(k)=f2 -1(drE′(k)) (ステップ230) …(4)
Next, in step 220 and step 230, as shown in the following equation (4), the road surface reaction force of this time is obtained by using the inverse functions f 1 -1 and f 2 -1 of the functions f 1 and f 2 in FIG. The value of the estimated F rE (k) is provisionally.
(Provision of F rE (k))
F rE (k) = f 1 −1 (d rE ′ (k)) (step 220),
F rE (k) = f 2 −1 (d rE ′ (k)) (Step 230) (4)

次に、ステップ225やステップ235では、次式(5)に示す様に、図5の関数f1 ,f2 を用いて、前回の制御周期で静止摩擦力が作用していた場合に実行すべきその後の処理(ステップ250)の準備として、路面反力推定FrE(k−1)の関数値f0 を求める。この関数値f0 は、次式(5)や図5などからも分かる様に、前述の(条件b)や(条件c)における「前回の制御周期における零点誤差が除去された外乱推定値と動摩擦力との和」に相当する数値を持つ。
(関数値f0
0 =f1 (FrE(k−1)) (ステップ225),
0 =f2 (FrE(k−1)) (ステップ235), …(5)
Next, in step 225 and step 235, as shown in the following equation (5), the functions f 1 and f 2 of FIG. 5 are used and the static friction force is applied in the previous control cycle. As a preparation for power subsequent processing (step 250), a function value f 0 of the road surface reaction force estimation F rE (k−1) is obtained. As can be seen from the following equation (5), FIG. 5 and the like, this function value f 0 is the “estimated disturbance value from which the zero point error in the previous control cycle has been removed” in the above (condition b) and (condition c). It has a numerical value equivalent to "the sum of dynamic friction forces".
(Function value f 0 )
f 0 = f 1 (F rE (k−1)) (step 225),
f 0 = f 2 (F rE (k−1)) (Step 235), (5)

次に、ステップ240では、前回の制御周期における摩擦力の種類を判定し、M(k−1)=0(:静止摩擦)の場合にはステップ250へ、M(k−1)=1(:動摩擦)の場合にはステップ260に処理を移す。
次に、ステップ250では、外乱推定値drE′と関数値f0 との差D(=drE′(k)−f0 )を求める。一方、ステップ260では、その代わりに、この変数Dに前回の転舵軸の速度vr (k−1)を代入する。
Next, in step 240, the type of friction force in the previous control cycle is determined. If M (k-1) = 0 (: static friction), the process proceeds to step 250, where M (k-1) = 1 ( : Dynamic friction), the process proceeds to step 260.
Next, in step 250, it obtains the disturbance estimate d rE 'difference between the function value f 0 D (= d rE' (k) -f 0). On the other hand, at step 260, instead of this, the previous speed V r (k−1) of the steered shaft is substituted for this variable D.

次に、ステップ270では、今回の転舵軸の速度vr (k)と変数Dとの積の符号を判定し、それが正ならばステップ290に、そうでなければステップ280に処理を移す。ただし、ここでは、積vr (k)・Dの符号だけが判定できれば十分であるから、必ずしも積vr (k)・Dの値そのものを求める必要はない。なお、ここでは、前述の閾値ε1やε2が何れも0であることを仮定しているので、転舵モータ10の角速度関連値vr (k)の絶対値の閾値ε1やε2に対する大小判定は行っていない。 Next, in step 270, the sign of the product of the speed v r (k) of the current turning shaft and the variable D is determined. If it is positive, the process proceeds to step 290, and if not, the process proceeds to step 280. . However, here, it is sufficient that only the sign of the product v r (k) · D can be determined, and therefore it is not always necessary to obtain the value of the product v r (k) · D. Here, since it is assumed that the above-described threshold values ε1 and ε2 are both 0, the magnitude determination with respect to the threshold values ε1 and ε2 of the absolute value of the angular velocity related value v r (k) of the steered motor 10 is as follows. not going.

次に、ステップ280やステップ290では、今回の摩擦力の種別を記憶する。例えば、ステップ280では、現時刻の摩擦力は静止摩擦力であるので、配列Mのk番目の要素変数M(k)に0を格納する。また、その次のステップ285では、前回の路面反力推定値FrE(k−1)の値を今回の路面反力推定値FrE(k)の値として採用する。 Next, in step 280 and step 290, the type of the friction force at this time is stored. For example, in step 280, since the friction force at the current time is a static friction force, 0 is stored in the k-th element variable M (k) of the array M. In the next step 285, the previous road surface reaction force estimated value F rE (k−1) is adopted as the current road surface reaction force estimated value F rE (k).

そして、以上の処理手順に従えば、以下の処理結果を得ることができる。
(1)前時刻k−1に静止摩擦が作用していた場合(M(k−1)=0の時)
a)drE′(k)> f1(FrE(k−1)) 、かつ、vr (k)>0の時
ステップ270により転舵モータに働く摩擦力が静止摩擦力から動摩擦力に変わったと判定され、次式の出力結果を得る。
rE(k) =f1 -1(drE′(k))
And if the above processing procedure is followed, the following processing results can be obtained.
(1) When static friction is acting at the previous time k-1 (when M (k-1) = 0)
a) When d rE ′ (k)> f 1 (F rE (k−1)) and v r (k)> 0, the friction force acting on the steered motor is changed from static friction force to dynamic friction force in step 270. It is determined that it has changed, and an output result of the following expression is obtained.
F rE (k) = f 1 −1 (d rE ′ (k))

b)drE′(k)< f2 (FrE(k−1)) 、かつ、vr (k)<0の時
ステップ270により転舵モータに働く摩擦力が静止摩擦力から動摩擦力に変わったと判定され、次式の出力結果を得る。
rE(k) =f2 -1(drE′(k))
b) When d rE ′ (k) <f 2 (F rE (k−1)) and v r (k) <0, the friction force acting on the steered motor is changed from static friction force to dynamic friction force in step 270. It is determined that it has changed, and an output result of the following expression is obtained.
F rE (k) = f 2 −1 (d rE ′ (k))

c)その他の場合
ステップ270により転舵モータに静止摩擦が作用していると判定され、ステップ285の作用により次式の出力結果を得る。
rE(k)=FrE(k−1)
c) Other cases It is determined in step 270 that static friction is acting on the steered motor, and the output result of the following equation is obtained by the action of step 285.
F rE (k) = F rE (k−1)

(2)前時刻k−1に動摩擦が作用していた場合(M(k−1)=1の時)
a)vr (k−1)>0、かつ、vr (k)>0の時
ステップ270により転舵モータに動摩擦が作用していると判定され、次式の出力結果を得る。
rE(k) =f1 -1(drE′(k))
(2) When dynamic friction is acting at the previous time k-1 (when M (k-1) = 1)
a) When v r (k−1)> 0 and v r (k)> 0 It is determined in step 270 that dynamic friction is acting on the steered motor, and an output result of the following equation is obtained.
F rE (k) = f 1 −1 (d rE ′ (k))

b)vr (k−1)<0、かつ、vr (k)<0の時
ステップ270により転舵モータに動摩擦が作用していると判定され、次式の出力結果を得る。
rE(k) =f2 -1(drE′(k))
b) When v r (k−1) <0 and v r (k) <0, it is determined in step 270 that dynamic friction is acting on the steered motor, and an output result of the following equation is obtained.
F rE (k) = f 2 −1 (d rE ′ (k))

c)その他の場合
ステップ270により転舵モータに働く摩擦力が動摩擦力から静止摩擦力に変わったと判定され、ステップ285の作用により次式の出力結果を得る。
rE(k)=FrE(k−1)
c) Other cases It is determined in step 270 that the frictional force acting on the steered motor has changed from dynamic frictional force to static frictional force, and the output result of the following equation is obtained by the action of step 285.
F rE (k) = F rE (k−1)

以上のように路面反力を推定することによって、電流検出誤差に起因する脈動が小さい路面反力推定値を算定することができ、かつ、減速機の摩擦に起因するオフセット誤差が小さい路面反力推定値を得ることができる。   By estimating the road surface reaction force as described above, it is possible to calculate a road surface reaction force estimation value with a small pulsation due to the current detection error, and a road surface reaction force with a small offset error due to the friction of the reducer. An estimate can be obtained.

図7に、制御装置1000の反力モータ制御部の制御ブロックダイヤグラムを例示する。目標トルク演算部1100では、上記の通りに算出された路面反力推定値FrEに基づいて、例えばマップなどのテーブル情報を用いて操舵トルクの目標値Th * を決定する。
トルク制御部1200は、検出された操舵トルクTh と上記の目標値Th * に基づいて、反力モータが出力すべきトルクの目標値uh * を算出する。この目標値uh * は、例えば本図7に例示する様な比例制御などによって求めることができる。
また、電流制御部1300では、反力モータに給電されている電流Ih と上記の目標値uh * を用いた比例積分制御によって、モータ駆動回路7が出力すべき目標電圧Vh * を算出する。
上記の路面反力推定値FrEは、例えばこの様に、反力モータの出力を路面反力に応じて最適に制御する場合に有効に利用することができる。
In FIG. 7, the control block diagram of the reaction force motor control part of the control apparatus 1000 is illustrated. The target torque calculating section 1100, based on the calculated road surface reaction force estimated value F rE as described above, to determine a target value T h * of the steering torque, for example, using the table information such as a map.
Torque control section 1200, based on the detected steering torque T h and the target value T h *, calculates the target value u h * of the torque reaction force motor to be output. This target value u h * can be obtained by, for example, proportional control as illustrated in FIG.
The current control unit 1300 calculates a target voltage V h * to be output by the motor drive circuit 7 by proportional-integral control using the current I h supplied to the reaction force motor and the target value u h *. To do.
The road surface reaction force estimated value F rE can be effectively used when the output of the reaction motor is optimally controlled according to the road surface reaction force, for example.

なお、転舵モータ10は、前述の通り論理的にはdq座標空間で電流制御されるが、この電流制御についても、周知のPDI制御やPI制御などを用いて、例えば図2や図8に例示する様に構成することができる。   The steering motor 10 is logically controlled in the dq coordinate space as described above. This current control is also performed using, for example, well-known PDI control or PI control in FIGS. 2 and 8. It can be configured as illustrated.

〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
(変形例1)
例えば、上記の実施例1では、転舵モータ10に3相のブラシレスDCモータを使用したが、本発明の脈動除去手段(例:図3の脈動除去部120)を当該装置100に備えない場合には、転舵モータ10は、必ずしもブラシレスDCモータである必要はない。即ち、転舵モータに例えばブラシ付きのDCモータなどを使用した場合にも、本発明のオフセット除去手段(例:図6のオフセット除去部130)の作用により、上記と同様のオフセット除去効果を得ることができる。
[Other variations]
The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other modifications as exemplified below may be made. Even with such modifications and applications, the effects of the present invention can be obtained based on the functions of the present invention.
(Modification 1)
For example, in the first embodiment, a three-phase brushless DC motor is used as the steering motor 10, but the apparatus 100 does not include the pulsation removing unit (for example, the pulsation removing unit 120 in FIG. 3) of the present invention. For this reason, the steered motor 10 is not necessarily a brushless DC motor. That is, even when a brushed DC motor or the like is used as the steering motor, an offset removal effect similar to the above is obtained by the action of the offset removal means (eg, the offset removal unit 130 in FIG. 6) of the present invention. be able to.

なお、上記の実施例では、ステアバイワイヤシステムに本願発明を適用する例を示したが、本発明は、ステアバイワイヤシステムにその用途が限定されるものではなく、車両のパワーステアリング装置やオートクルーズシステムなどにも利用することができる。   In the above embodiment, the present invention is applied to the steer-by-wire system. However, the present invention is not limited to the steer-by-wire system. It can also be used.

実施例1のステアバイワイヤシステムの論理的な構成図。1 is a logical configuration diagram of a steer-by-wire system according to Embodiment 1. FIG. 制御装置1000の制御ブロックダイヤグラム。The control block diagram of the control apparatus 1000. 路面反力推定部100の制御ブロックダイヤグラム。The control block diagram of the road surface reaction force estimation part 100. FIG. 外乱オブザーバ110の制御ブロックダイヤグラム。Control block diagram of disturbance observer 110. 路面反力推定値FrEと外乱推定値drE′との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between road surface reaction force estimated value FrE and disturbance estimated value drE '. オフセット除去部130を実現する制御処理手順を例示するフローチャート。5 is a flowchart illustrating a control processing procedure for realizing an offset removal unit 130. 制御装置1000の反力モータ制御部の制御ブロックダイヤグラム。The control block diagram of the reaction force motor control part of the control apparatus 1000. 制御装置1000の転舵モータ制御部の制御ブロックダイヤグラム。The control block diagram of the steering motor control part of the control apparatus 1000.

符号の説明Explanation of symbols

10 : 転舵モータ
100 : 路面反力推定装置
110 : 外乱オブザーバ
120 : 脈動除去部
130 : オフセット除去部
1000 : 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Steering motor 100: Road surface reaction force estimation apparatus 110: Disturbance observer 120: Pulsation removal part 130: Offset removal part 1000: Control apparatus

Claims (7)

転舵モータを用いて車両の転舵輪を転舵する操舵装置において路面反力を推定する路面反力推定装置において、
前記転舵モータの角速度関連値と相電流に基づいて、前記転舵モータに作用する外乱を推定する外乱オブザーバと、
前記転舵モータの電気角の回転周波数の自然数倍の周波数をノッチ周波数とするノッチフィルタを用いて、前記外乱の推定値が有する脈動を除去する脈動除去手段とを有する
ことを特徴とする路面反力推定装置。
In a road surface reaction force estimation device that estimates a road surface reaction force in a steering device that steers a steered wheel of a vehicle using a steering motor,
A disturbance observer that estimates a disturbance acting on the steering motor based on the angular velocity related value and the phase current of the steering motor;
A road surface comprising pulsation removing means for removing pulsation of the estimated value of the disturbance using a notch filter having a notch frequency of a frequency that is a natural number multiple of the rotational frequency of the electrical angle of the steering motor. Reaction force estimation device.
前記ノッチフィルタは、
前記ノッチ周波数に関する下限値を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の路面反力推定装置。
The notch filter is
The road surface reaction force estimation apparatus according to claim 1, wherein the road surface reaction force estimation apparatus has a lower limit value related to the notch frequency.
転舵モータを用いて車両の転舵輪を転舵する操舵装置において路面反力を推定する路面反力推定装置において、
前記転舵モータの角速度関連値と相電流に基づいて、
前記転舵モータに作用する外乱を推定する外乱オブザーバと、
前記外乱の推定値と前記転舵モータの角速度関連値の履歴に基づいて、
前記外乱の推定値が有する零点誤差を除去するオフセット除去手段と
を有する
ことを特徴とする路面反力推定装置。
In a road surface reaction force estimation device that estimates a road surface reaction force in a steering device that steers a steered wheel of a vehicle using a steering motor,
Based on the angular velocity related value and phase current of the steering motor,
A disturbance observer for estimating a disturbance acting on the steering motor;
Based on the estimated value of the disturbance and the history of angular velocity related values of the steering motor,
A road surface reaction force estimation apparatus, comprising: offset removal means for removing a zero error included in the estimated value of the disturbance.
前記外乱の推定値と前記転舵モータの角速度関連値の履歴に基づいて、
前記外乱の推定値が有する零点誤差を除去するオフセット除去手段と
を有する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の路面反力推定装置。
Based on the estimated value of the disturbance and the history of angular velocity related values of the steering motor,
The road surface reaction force estimation apparatus according to claim 1, further comprising an offset removing unit that removes a zero point error included in the estimated value of the disturbance.
前記オフセット除去手段は、
前記転舵モータに係わる機械系から前記転舵モータが受ける摩擦力が、静止摩擦力であるか動摩擦力であるかを判定する判定手段を有し、
前記零点誤差が除去された前記外乱の推定値を算出するための複数の演算式の中から、前記判定手段の判定結果に基づいて、用いるべき最適な演算式を択一的に選択する
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の路面反力推定装置。
The offset removing means includes
Determination means for determining whether the frictional force received by the steering motor from the mechanical system related to the steering motor is a static frictional force or a dynamic frictional force;
Alternatively selecting an optimum arithmetic expression to be used from a plurality of arithmetic expressions for calculating the estimated value of the disturbance from which the zero point error has been removed, based on a determination result of the determination means. The road surface reaction force estimation device according to claim 3 or 4, characterized by the above.
前回の制御周期において前記摩擦力が静止摩擦力であると判定された場合に、
前記オフセット除去手段は、
もし、今回の制御周期における前記外乱の推定値が、前回の制御周期における前記零点誤差が除去された外乱推定値と動摩擦力との和よりも大きく、かつ、今回の制御周期における前記角速度関連値が所定の閾値ε1(≧0)よりも大きければ、或いは、
もし、今回の制御周期における前記外乱の推定値が、前回の制御周期における前記零点誤差が除去された外乱推定値と動摩擦力との和よりも小さく、かつ、今回の制御周期における前記角速度関連値が所定の閾値ε2(≦0)よりも小さければ、
前記摩擦力が静止摩擦力から動摩擦力に変化したと判定する
ことを特徴とする請求項5に記載の路面反力推定装置。
When it is determined that the frictional force is a static frictional force in the previous control cycle,
The offset removing means includes
If the estimated value of the disturbance in the current control cycle is larger than the sum of the estimated disturbance value from which the zero point error has been removed in the previous control cycle and the dynamic friction force, and the angular velocity related value in the current control cycle Is greater than a predetermined threshold ε1 (≧ 0), or
If the estimated value of the disturbance in the current control cycle is smaller than the sum of the estimated disturbance value from which the zero point error has been removed and the dynamic friction force in the previous control cycle, and the angular velocity related value in the current control cycle Is smaller than a predetermined threshold ε2 (≦ 0),
The road surface reaction force estimation device according to claim 5, wherein the frictional force is determined to have changed from a static frictional force to a dynamic frictional force.
前記オフセット除去手段は、
前記摩擦力が静止摩擦力であると判定される期間中の、前記零点誤差が除去された外乱推定値として、前記摩擦力が動摩擦力であると最後に判定された制御周期において算出された、前記零点誤差が除去された外乱推定値を継続的に採用する
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の路面反力推定装置。
The offset removing means includes
During the period when the frictional force is determined to be a static frictional force, as a disturbance estimated value from which the zero point error has been removed, it was calculated in a control cycle in which the frictional force was finally determined as a dynamic frictional force. The road surface reaction force estimation apparatus according to claim 5 or 6, wherein the disturbance estimated value from which the zero point error has been removed is continuously employed.
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