JP2008162525A - Steering control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、操舵制御を行う操舵制御装置に関する。 The present invention relates to a steering control device that performs steering control.
従来から、モータの駆動力によって、運転者によるステアリングをアシストする電動パワーステアリング(EPS:Electric Power Steering)が提案されている。例えば、特許文献1には、操舵時の違和感(慣性感)を低減するために、回転方向ハンドル位置の周波数が所定以上の領域において、タイヤ及びトーションバーの回転方向の弾性が逆バネ特性となるようにしたパワーステアリングシステムが記載されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, electric power steering (EPS) that assists a driver's steering with a driving force of a motor has been proposed. For example, in
しかしながら、上記した特許文献1に記載された技術においては、車両緒元の変化などがステアリング系の動特性に与える影響を考慮していなかった。また、車両緒元の変化などに対して適切な補償を行うことが困難であった。
However, in the technique described in
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、実舵角に対する車両応答を反力トルクとしてステアリング系に取り込むことにより、操舵感を向上させることが可能な操舵制御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-described problems, and a steering control device capable of improving a steering feeling by incorporating a vehicle response to an actual steering angle as a reaction torque into a steering system. The purpose is to provide.
本発明の1つの観点では、転舵輪を転舵駆動するモータの駆動制御を行うことで、ステアリングの操作に応じて転舵輪を転舵させる操舵制御装置は、実舵角に対する前記ステアリングへの反力トルクを示す数式をテイラー展開し、前記テイラー展開によって得られた式の0次項を等価剛性とし、1次項を等価減衰とし、2次項を等価慣性モーメントとしてステアリング系に取り込んで操舵制御を行う操舵制御手段を備える。 In one aspect of the present invention, a steering control device that steers a steered wheel according to a steering operation by performing drive control of a motor that steers the steered wheel to steer the steered wheel against an actual steered angle. Steering in which a mathematical expression indicating a force torque is developed in Taylor and steering control is performed by taking the zeroth order term of the formula obtained by the Taylor expansion as an equivalent stiffness, a first order term as an equivalent damping, and a second order term as an equivalent moment of inertia into the steering system. Control means are provided.
上記の操舵制御装置は、車両に搭載され、転舵輪を転舵駆動するモータの駆動制御を行うことで、ステアリング(ステアリングホイール)の操作に応じて転舵輪を転舵させるために好適に利用される。この操舵制御装置は、実舵角に対するステアリングへの反力トルクを示す数式をテイラー展開して、0次項を等価剛性とし、1次項を等価減衰とし、2次項を等価慣性モーメントとしてステアリング系に取り込んで操舵制御を行う。これにより、車両緒元に基づいて反力を決定するので、ステアリング系の動特性を適切に補償することが可能となる。これにより、操舵感を向上させることが可能となる。 The above-described steering control device is suitably used for turning a steered wheel in accordance with an operation of a steering (steering wheel) by performing drive control of a motor that is mounted on a vehicle and that steers the steered wheel. The This steering control device Taylor develops a mathematical expression showing the reaction torque to the steering with respect to the actual steering angle, and takes the zeroth term as equivalent stiffness, the first term as equivalent damping, and the second term as equivalent moment of inertia into the steering system. Steering control is performed with. Thereby, since the reaction force is determined based on the vehicle specifications, the dynamic characteristics of the steering system can be appropriately compensated. As a result, the steering feeling can be improved.
本発明の他の観点では、転舵輪を転舵駆動するモータの駆動制御を行うことで、ステアリングの操作に応じて転舵輪を転舵させる操舵制御装置は、定常入力時における実舵角に対する前記ステアリングへの反力トルクを示す数式を実部と虚部とに分解して、前記実部をテイラー展開することによって得られた式の0次項を等価剛性とし、2次項を等価慣性モーメントとし、前記虚部を等価減衰としてステアリング系に取り込んで操舵制御を行う操舵制御手段を備える。 In another aspect of the present invention, the steering control device that steers the steered wheels in accordance with the steering operation by performing drive control of the motor that steers the steered wheels drives the steered wheels with respect to the actual steered angle at the time of steady input. Decomposing the mathematical formula indicating the reaction torque to the steering into a real part and an imaginary part, and by applying the Taylor expansion of the real part, the zero-order term is equivalent stiffness, the quadratic term is equivalent moment of inertia, Steering control means for performing steering control by taking the imaginary part as equivalent damping into a steering system is provided.
上記の操舵制御装置は、定常入力時における実舵角に対するステアリングへの反力トルクを示す数式を実部と虚部とに分解して、実部をテイラー展開することによって得られた式の0次項を等価剛性とし、2次項を等価慣性モーメントとし、虚部を等価減衰としてステアリング系に取り込んで操舵制御を行う。これによっても、車両緒元に基づいて反力を決定するので、ステアリング系の動特性を適切に補償することができ、操舵感を向上させることが可能となる。 The steering control device described above is obtained by decomposing a mathematical expression indicating the reaction torque against the steering with respect to the actual steering angle at the time of steady input into a real part and an imaginary part, and by developing the real part by Taylor expansion. The next term is equivalent rigidity, the second term is equivalent moment of inertia, the imaginary part is taken as equivalent damping and steering control is performed. Also by this, since the reaction force is determined based on the vehicle specifications, the dynamic characteristics of the steering system can be appropriately compensated, and the steering feeling can be improved.
上記の操舵制御装置の一態様では、前記操舵制御手段は、
ISW:ステアリングホイール慣性モーメント
Imt:モータ慣性モーメント
CSW:ステアリング系の減衰係数
Cm:モータの減衰制御量
Kt:トーションバー剛性
Kg:モータによるアシスト
TSW:ステアリングホイールでの入力トルク
θ1:ステアリングシャフト回転角
Kv:等価剛性
Iv:等価慣性モーメント
Cv:等価減衰
s:ラプラス演算子
とした場合に、以下の式:
(KtKgISW+Imt+IV)θ1s2+(KtKgCSW+Cm+CV)θ1s+Kvθ1=KtKgTSW
に基づいて、前記操舵制御を実行することができる。
In one aspect of the steering control device, the steering control means includes
I SW : Steering wheel inertia moment I mt : Motor inertia moment C SW : Steering system damping coefficient C m : Motor damping control amount K t : Torsion bar rigidity K g : Motor assist T SW : Input torque at steering wheel θ 1 : Steering shaft rotation angle K v : Equivalent rigidity I v : Equivalent inertia moment C v : Equivalent damping s: When Laplace operator is used, the following formula:
(K t K g I SW + I mt + I V) θ 1 s 2 + (K t K g C SW + C m + C V) θ 1 s + K v
Based on the above, the steering control can be executed.
上記の操舵制御装置の他の一態様では、前記操舵制御手段は、少なくとも車速、車両質量、前後荷重配分、及び無次元化慣性モーメントによる操舵感の変化を抑制するために、前記等価剛性、前記等価減衰、及び前記等価慣性モーメントを補償するように前記操舵制御を行う。これにより、車速、車両質量、前後荷重配分、及び無次元化慣性モーメントなどが変化した場合に、操舵感を適切に補償することが可能となる。 In another aspect of the above steering control device, the steering control means includes at least the vehicle speed, the vehicle mass, the longitudinal load distribution, and the equivalent rigidity, The steering control is performed so as to compensate for the equivalent damping and the equivalent moment of inertia. Thus, when the vehicle speed, the vehicle mass, the longitudinal load distribution, the dimensionless inertia moment, and the like change, it is possible to appropriately compensate the steering feeling.
上記の操舵制御装置において好適には、前記操舵制御手段は、前記ステアリング系の減衰比が一定になるように、前記操舵制御を行うことができる。 Preferably, in the steering control device, the steering control means can perform the steering control so that an attenuation ratio of the steering system is constant.
また、好適には、前記操舵制御手段は、少なくとも前記車速、前記車両質量、前記前後荷重配分、及び前記無次元化慣性モーメントに応じた前記ステアリング系の減衰比になるように、前記操舵制御を行うことができる。 Preferably, the steering control means performs the steering control so that the steering system has a damping ratio corresponding to at least the vehicle speed, the vehicle mass, the longitudinal load distribution, and the dimensionless inertia moment. It can be carried out.
好ましくは、前記操舵制御手段は、前記操舵制御として、前記モータによるアシスト、減衰、及びステアリング剛性の少なくとも1つ以上を変化させる制御を行う。 Preferably, the steering control means performs control to change at least one of assist, damping, and steering rigidity by the motor as the steering control.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[全体構成]
まず、本実施形態に係る操舵制御装置が適用された操舵制御システム50の全体構成について説明する。図1は、操舵制御システム50の構成を示す概略図である。
[overall structure]
First, the overall configuration of the
操舵制御システム50は、ステアリングホイール1と、ステアリングシャフト2と、回転角センサ3、6と、トーションバー4と、モータ5と、減速機5aと、ラックアンドピニオン部7と、タイロッド8r、8lと、ナックルアーム9r、9lと、車輪(前輪)10Fr、10Flと、コントローラ20と、を備える。なお、以下では、タイロッド8r、8l、ナックルアーム9r、9l、及び車輪10Fr、10Flの符号の末尾に付した「r」、「l」は、これらを区別しないで用いる場合には、省略するものとする。また、本明細書では、ステアリングホイールのことを単に「ステアリング」とも呼ぶ。
The
操舵制御システム50は、所謂電動パワーステアリング(EPS:Electric Power Steering)システムによって構成される。具体的には、操舵制御システム50は、車両に搭載され、転舵輪である車輪10Fを転舵駆動するモータ5の駆動制御を行うことで、ステアリングホイール1の操作に応じて転舵輪を転舵させるシステムである。
The
ステアリングホイール1は、運転者により車両を旋回等させるために操作される。ステアリングホイール1は、ステアリングシャフト2を介して、ラックアンドピニオン部7に接続される。ステアリングシャフト2には、回転角センサ3、6と、トーションバー4と、減速機5aとが設けられている。トーションバー4は、ステアリングホイール1からの入力に対して捩れるように構成されている。減速機5aは、ギヤなどによって構成され、モータ5から動力が付与され、これをステアリングシャフト2に対して伝達可能に構成されている。モータ5は、電動モータなどによって構成され、コントローラ20から供給される制御信号によって制御される。例えば、モータ5は、運転者による操舵をアシストするために、運転者による操舵に応じて操舵アシスト力を発生させると共に、操舵安定性及び操舵感などを向上させるために付加減衰力を発生させる。なお、以下では、トーションバー4を「EPSトーションバー」とも呼び、モータ5を「EPSモータ」とも呼ぶ。
The
回転角センサ3は、運転者によるステアリングホイール1の操作に対応する回転角を検出する。また、回転角センサ6は、ラックアンドピニオン部7に入力されるステアリングシャフト2の回転角を検出する。これらの回転角センサ3、6が検出した回転角に対応する検出信号は、コントローラ20に供給される。
The rotation angle sensor 3 detects a rotation angle corresponding to the operation of the
ラックアンドピニオン部7は、ラックやピニオンなどによって構成され、ステアリングシャフト2から回転が伝達されて動作する。更に、ラックアンドピニオン部7にはタイロッド8及びナックルアーム9が連結されており、ナックルアーム9には車輪10Fが連結されている。この場合、タイロッド8及びナックルアーム9がラックアンドピニオン部7によって動作されることにより、ナックルアーム9に連結された車輪10Fが転舵されることとなる。
The rack and pinion unit 7 is configured by a rack, a pinion, or the like, and operates by transmitting rotation from the steering shaft 2. Further, a tie rod 8 and a knuckle arm 9 are connected to the rack and pinion unit 7, and a
コントローラ20は、図示しないCPU、ROM、RAM、及びA/D変換器などを含んで構成される。コントローラ20は、車両内のECU(Electronic Control Unit)に相当する。コントローラ20は、回転角センサ3、6が検出した回転角に基づいて、モータ5に対する制御を行う。本実施形態では、コントローラ20は、実舵角に対する車両応答をステアリング系への反力入力(反力トルク)としてステアリング系に取り込んで、ステアリング系の動特性を補償するための制御を行う。具体的には、コントローラ20は、実舵角に対するステアリングホイール1への反力トルクの特性を、ステアリング系での等価剛性、等価減衰、及び等価慣性モーメントとして置き、車両特性の変化に対する操舵感の変化を等価剛性、等価減衰、及び等価慣性モーメントを含むステアリング系への変化として捕らえて、操舵感を補償するための制御を行う。つまり、コントローラ20は、車両の制御時や制御フェール時などにおける操舵感の変化を抑制するために、上記した等価剛性、等価減衰、及び等価慣性モーメントを補償するように制御を行う。この場合、コントローラ20は、例えばモータ5によるアシスト(EPSのアシスト)、減衰、及びステアリング剛性の少なくとも1つ以上を変化させる制御を行う。
The
以上のように、コントローラ20は、本発明における操舵制御装置に相当する。具体的には、コントローラ20は、本発明における操舵制御手段として機能する。
As described above, the
[車両運動特性をステアリング系に取り込む方法]
以下では、車両運動特性をステアリング系に取り込む方法について、具体的に説明する。
[Method of incorporating vehicle motion characteristics into the steering system]
Hereinafter, a method for incorporating the vehicle motion characteristics into the steering system will be specifically described.
(第1の方法)
ここでは、車両運動特性をステアリング系に取り込む第1の方法について説明する。第1の方法では、定常入力時(定常加振時)における実舵角に対するステアリングホイール1への反力トルクを示す数式を実部と虚部とに分解して、実部をテイラー展開することによって得られた式の0次項を等価剛性とし、2次項を等価慣性モーメントとし、更に虚部を等価減衰(周波数によって減衰係数が変化する減衰)としてステアリング系に取り込む。
(First method)
Here, a first method for incorporating vehicle motion characteristics into the steering system will be described. In the first method, a mathematical expression indicating a reaction torque to the
なお、以下の説明で使用する文字・記号の意味は、下記の通りである。 The meanings of characters and symbols used in the following description are as follows.
m:車両質量(kg)
IZ:ヨー慣性モーメント(kgm2)
Kf、Kr:前輪、後輪の等価CP(コーナリングパワー)(N/rad)(「Kf、Kr」は、前輪の左右輪、後輪の左右輪の等価CP(2つの車輪分の等価CP)を示す)
β:車体スリップ角(rad)
γ:ヨーレート(rad/s)
Ff、Fr:前輪、後輪の横力(N)
lf:前輪から重心までの距離(m)
lr:後輪から重心までの距離(m)
δ:車輪の切れ角(rad)
ξ:キャスター+ニューマティックトレイル(m)
NS:車速(m/s)
ISW:ステアリングホイール慣性モーメント(kgm2)
Imt:EPSモータ慣性モーメント(kgm2)
CSW:ステアリング系の減衰係数(Nms/rad)
Cm:EPS(モータ)の減衰制御量(Nms/rad)
FS:ステアリング系の摩擦(Nm)
Kt:EPSトーションバー剛性(Nms/rad)
Kg:EPSアシスト
TSW:ステアリングホイールでの入力トルク(Nm)
Tms:ステアリング系への反力トルク(Nm)
θ0:ステアリングホイール回転角(rad)
θ1:ステアリングシャフト回転角(rad)
Kv:等価剛性
Iv:等価慣性モーメント
Cv:等価減衰
ζSW:ステアリング系の減衰比
s:ラプラス演算子
IZn:無次元化慣性モーメント
図2は、上記した操舵制御システム50をモデル化した模式図を示す。図2に示すように、ステアリングホイール1はステアリングホイール慣性モーメントISWであり、EPSトーションバー剛性Ktであるトーションバー4と、EPSの減衰制御量Cm且つEPSモータ慣性モーメントImtであるモータ5とがステアリングシャフト2に設けられている。また、ステアリング系は、減衰係数CSWであり、摩擦FSが働く。この場合、ステアリングホイール1はステアリングホイール回転角θ0で回転し、ステアリングシャフト2はステアリングシャフト回転角θ1で回転する。更に、車輪10Fは切れ角δとなっており、横力Frが働く。なお、図2中には、ステアリング系への反力トルクTmsも示している。
m: Vehicle mass (kg)
I Z : Yaw moment of inertia (kgm 2 )
K f , K r : Front wheel and rear wheel equivalent CP (cornering power) (N / rad) (“K f , K r ” is the equivalent CP of the left and right wheels of the front wheel and the right and left wheels of the rear wheel (for two wheels) Equivalent CP)
β: Body slip angle (rad)
γ: Yaw rate (rad / s)
F f , F r : lateral force of front and rear wheels (N)
l f : Distance from front wheel to center of gravity (m)
l r : Distance from rear wheel to center of gravity (m)
δ: Wheel turning angle (rad)
ξ: Caster + Pneumatic trail (m)
N S: vehicle speed (m / s)
I SW : Steering wheel moment of inertia (kgm 2 )
I mt : EPS motor moment of inertia (kgm 2 )
C SW : Steering system damping coefficient (Nms / rad)
C m : EPS (motor) damping control amount (Nms / rad)
F S : Steering system friction (Nm)
K t : EPS torsion bar rigidity (Nms / rad)
K g : EPS assist T SW : Input torque at steering wheel (Nm)
T ms : Reaction torque (Nm) to steering system
θ 0 : Steering wheel rotation angle (rad)
θ 1 : Steering shaft rotation angle (rad)
K v: equivalent stiffness I v: equivalent inertia moment of C v: Equivalent damping zeta SW: attenuation ratio of the steering system s: Laplace operator I Zn: dimensionless moment of inertia Figure 2 models the
図3には、車輪10F、10R(前輪10F及び後輪10R)に働く横力Ff、Frなどを示している。この場合、車速V、車体スリップ角β、及び車輪10Fの切れ角δである車両に働く横力Ff、Frを示している。
FIG. 3 shows lateral forces F f and F r acting on the
以下で、前述した等価剛性Kv、等価慣性モーメントIv、及び等価減衰Cvの求め方について説明する。 Hereinafter, how to obtain the above-described equivalent rigidity K v , equivalent moment of inertia I v , and equivalent damping C v will be described.
まず、上記した図2に示すような車両モデルは、以下の式(1)〜(6)によって、運動やつり合いなどを表現することができる。 First, the vehicle model as shown in FIG. 2 described above can express exercise, balance, and the like by the following equations (1) to (6).
上記の式(1)〜(6)を解くことによって、舵角θ1(実舵角に対応する)の入力に対する反力トルクTmsを求めると、以下の式(7)が得られる。 When the reaction force torque T ms with respect to the input of the steering angle θ 1 (corresponding to the actual steering angle) is obtained by solving the above expressions (1) to (6), the following expression (7) is obtained.
ここで、定常入力(定常加振)を考えて、「s=jω」と置くことによって、反力トルクTmsにおける実部、虚部を表すことができる。具体的には、式(8)は実部(以下では、実部を「TqRen」として表す。)を示し、式(9)は虚部(以下では、虚部を「TqImn」として表す。)を示している。また、式(10)は、実部及び虚部の共通の分母(以下では、この分母を「den」として表す。)を示している。 Here, the real part and the imaginary part in the reaction force torque T ms can be expressed by considering “steady input (steady excitation)” and placing “s = jω”. Specifically, Expression (8) represents a real part (hereinafter, the real part is represented as “T qRen ”), and Expression (9) represents an imaginary part (hereinafter, the imaginary part is represented as “T qImn ”). .). Expression (10) represents a common denominator of the real part and the imaginary part (hereinafter, this denominator is represented as “den”).
次に、式(8)で示す実部TqRenを取り出して、以下の式(11)を規定する。 Next, the real part T qRen shown in Expression (8) is taken out and the following Expression (11) is defined.
上記の式(11)を「ω=0」でテイラー展開すると、式(12)が得られる。 When the above equation (11) is Taylor-expanded with “ω = 0”, equation (12) is obtained.
この場合、式(12)における0次項である「A0」は等価剛性Kvとみなすことができ、2次項である「A2」は等価慣性モーメントIvとみなすことができる。したがって、等価剛性Kvは式(13)によって得られ、等価慣性モーメントIvは式(14)によって得られる。 In this case, “A 0 ” that is the zero-order term in the equation (12) can be regarded as the equivalent stiffness K v, and “A 2 ” that is the quadratic term can be regarded as the equivalent moment of inertia I v . Therefore, the equivalent stiffness K v is obtained by the equation (13), the equivalent moment of inertia I v is obtained by equation (14).
なお、式(14)の分母(denIv)は式(15)で表され、式(14)の分子(numIv)は式(16)で表される。 Note that the denominator of formula (14) (Deni v) is represented by the formula (15), molecules (Numi v) of formula (14) is expressed by Equation (16).
一方、等価減衰(等価減衰係数)Cvは、上記した式(9)で示す虚部TqImnより得ることができる。具体的には、等価減衰Cvは、以下の式(17)によって得られる。 On the other hand, the equivalent attenuation (equivalent attenuation coefficient) C v can be obtained from the imaginary part T qImn shown in the above equation (9). Specifically, the equivalent damping C v is obtained by the following equation (17).
次に、上記のようにして得られた等価剛性Kv、等価慣性モーメントIv、及び等価減衰Cvをステアリング系に取り込む(即ち、車両運動特性をステアリング系に取り込む)ことを考える。まず、EPSの補償制御及びモータ5の応答性は車両応答よりも十分に高いものとして、これらを無視すると、簡易的なステアリング系の運動を以下の式(18)及び式(19)によって記述することができる。
Next, consider that the equivalent stiffness K v , equivalent moment of inertia I v , and equivalent damping C v obtained as described above are taken into the steering system (that is, vehicle motion characteristics are taken into the steering system). First, it is assumed that the EPS compensation control and the response of the
ここで、式(19)に等価剛性Kv、等価慣性モーメントIv、及び等価減衰Cvを代入すると、式(20)が得られる。 Here, when the equivalent stiffness K v , the equivalent moment of inertia I v , and the equivalent damping C v are substituted into the equation (19), the equation (20) is obtained.
そして、式(18)を「Kt(θ0−θ1)」で解いて、これを式(20)に代入する。この場合、ステアリング系の剛性が等価剛性Kvよりも十分に高いとすると、「θ0=θ1」と置くことができる。以上により、以下の式(21)が得られる。 Then, Equation (18) is solved by “K t (θ 0 −θ 1 )”, and this is substituted into Equation (20). In this case, the rigidity of the steering system is sufficiently higher than the equivalent stiffness K v, it can be placed as a "θ 0 = θ 1 '. Thus, the following formula (21) is obtained.
式(21)は、車両応答からの等価剛性Kv、等価慣性モーメントIv、及び等価減衰Cvをステアリング系の運動に取り込んだ式を表している。即ち、車両運動特性をステアリング系に取り込んだ式を表している。前述したコントローラ20は、式(21)に基づいて、操舵制御を実行する。
Expression (21) represents an expression in which the equivalent stiffness K v , equivalent moment of inertia I v , and equivalent damping C v from the vehicle response are taken into the steering system motion. That is, it represents a formula in which vehicle motion characteristics are taken into the steering system. The
以上説明した第1の方法によって、実舵角に対する車両応答を反力トルクとしてステアリング系への反力入力としてステアリング系に取り込むことにより、ステアリング系の動特性を適切に補償することができる。これにより、操舵感を補償することができ、操舵感を向上させることが可能となる。 By incorporating the vehicle response to the actual steering angle as a reaction torque into the steering system as a reaction force input to the steering system by the first method described above, the dynamic characteristics of the steering system can be appropriately compensated. As a result, the steering feeling can be compensated and the steering feeling can be improved.
(第2の方法)
次に、車両運動特性をステアリング系に取り込む第2の方法について説明する。第2の方法では、実舵角に対するステアリングホイール1への反力トルクを示す数式をテイラー展開し、このテイラー展開によって得られた式の0次項を等価剛性Kvとし、1次項を等価減衰Cvとし、2次項を等価慣性モーメントIvとしてステアリング系に取り込む点で、前述した第1の方法と異なる。
(Second method)
Next, a second method for incorporating vehicle motion characteristics into the steering system will be described. In the second method, a numerical expression indicating the reaction force torque to the
具体的には、第2の方法では、前述した式(7)で表される反力トルクTmsを、直接テイラー展開する。この場合、「s=0」でテイラー展開して2次の項までを取ると、以下の式(22)が得られる。 Specifically, in the second method, the reaction force torque Tms expressed by the above-described equation (7) is directly developed by Taylor. In this case, when Taylor expansion is performed with “s = 0” and a quadratic term is taken, the following equation (22) is obtained.
次に、テイラー展開して得られた式(22)において、「s=0」の近傍では、0次項を等価剛性Kvとし、1次項を等価減衰Cvとし、2次項を等価慣性モーメントIvとする。この場合、等価剛性Kvは前述した式(13)と同一の式で表され、等価慣性モーメントIvは前述した式(14)と同一の式で表される。 Then, in the formula (22) obtained by Taylor expansion in the vicinity of "s = 0", the 0-order term and the equivalent stiffness K v, the first-order terms and the equivalent damping C v, the second-order terms equivalent moment of inertia I v . In this case, the equivalent stiffness Kv is expressed by the same formula as the above-described formula (13), and the equivalent inertia moment Iv is expressed by the same formula as the above-described formula (14).
一方、等価減衰Cvは、前述した式(17)と異なる式によって表される。具体的には、等価減衰Cvは、以下の式(23)によって得ることができる。 On the other hand, the equivalent damping C v is represented by different formulas Formula (17) described above. Specifically, the equivalent damping C v can be obtained by the following equation (23).
このようにして得られた等価剛性Kv、等価慣性モーメントIv、及び等価減衰Cvをステアリング系の運動に取り込んだ場合も、前述した式(21)によって表現することができる。この場合にも、前述したコントローラ20は、式(21)に基づいて、操舵制御を実行する。
Even when the equivalent stiffness K v , equivalent moment of inertia I v , and equivalent damping C v obtained in this way are taken into the motion of the steering system, they can be expressed by the aforementioned equation (21). Also in this case, the
以上説明した第2の方法によって、実舵角に対する車両応答を反力トルクとしてステアリング系への反力入力としてステアリング系に取り込むことによっても、ステアリング系の動特性を適切に補償することができる。これにより、操舵感を補償することができ、操舵感を向上させることが可能となる。 By incorporating the vehicle response to the actual steering angle as reaction force torque into the steering system as a reaction force input to the steering system by the second method described above, the dynamic characteristics of the steering system can be appropriately compensated. As a result, the steering feeling can be compensated and the steering feeling can be improved.
[操舵感補償方法]
次に、本実施形態に係る操舵感補償方法について説明する。前述したコントローラ20は、車両の制御時や制御フェール時などにおける操舵感の変化を抑制するために、上記した等価剛性、等価減衰、及び等価慣性モーメントを補償するように制御を行う。即ち、コントローラ20は、車両特性の変化に対する操舵感の変化を等価剛性、等価減衰、及び等価慣性モーメントを含むステアリング系への変化として捕らえて、操舵感を補償するための制御を行う。具体的には、コントローラ20は、車速、車両質量、前後荷重配分、及び無次元化慣性モーメントなどによる操舵感の変化を補償するための制御を行う。
[Steering feeling compensation method]
Next, a steering feeling compensation method according to this embodiment will be described. The
ここで、車速及び車両緒元の変化による等価剛性、等価減衰、及び等価慣性モーメントの変化の具体例を、図4及び図5に示す。 Here, specific examples of changes in equivalent stiffness, equivalent damping, and equivalent moment of inertia due to changes in vehicle speed and vehicle specifications are shown in FIGS.
図4は、前輪荷重配分の変化の例について示す。図4(a)〜(c)は、それぞれ横軸に車速(km/h)を示しており、図4(a)の縦軸は等価剛性を示し、図4(b)の縦軸は等価減衰を示し、図4(c)の縦軸は等価慣性モーメントを示している。また、図4(a)〜(c)には、前輪荷重配分が「Dwf=0.5」、「Dwf=0.55」、及び「Dwf=0.6」であるときの結果を重ねて表示している。図4(a)〜(c)より、等価剛性、等価減衰、及び等価慣性モーメントは、車速及び前輪荷重配分の変化に応じて変化していることがわかる。なお、前輪荷重配分は、乗員や荷物の積載状況によって変化する。 FIG. 4 shows an example of changes in front wheel load distribution. 4 (a) to 4 (c) each show the vehicle speed (km / h) on the horizontal axis, the vertical axis in FIG. 4 (a) indicates equivalent rigidity, and the vertical axis in FIG. 4 (b) is equivalent. The attenuation is shown, and the vertical axis of FIG. 4C shows the equivalent moment of inertia. 4A to 4C, the results when the front wheel load distribution is “Dwf = 0.5”, “Dwf = 0.55”, and “Dwf = 0.6” are superimposed. it's shown. 4 (a) to 4 (c), it can be seen that the equivalent stiffness, equivalent damping, and equivalent moment of inertia change according to changes in the vehicle speed and the front wheel load distribution. It should be noted that the front wheel load distribution changes depending on the occupant and the load status of the luggage.
図5は、無次元化慣性モーメントの変化の例について示す。なお、無次元化慣性モーメントIznは、「Izn=Iz/(lf・lr・m)」で定義される。 FIG. 5 shows an example of a change in the dimensionless inertia moment. The dimensionless inertia moment I zn is defined by “I zn = I z / (l f · l r · m)”.
図5(a)〜(c)は、それぞれ横軸に車速(km/h)を示しており、図5(a)の縦軸は等価剛性を示し、図5(b)の縦軸は等価減衰を示し、図5(c)の縦軸は等価慣性モーメントを示している。また、図5(a)〜(c)には、無次元化慣性モーメントが「Izn=0.8」、「Izn=0.9」、及び「Izn=1.1」であるときの結果を重ねて表示している。図5(a)より、等価剛性は車速のみに応じて変化し、無次元化慣性モーメントによっては変化しないことがわかる。これに対して、図5(b)及び(c)より、等価減衰及び等価慣性モーメントは、車速及び無次元化慣性モーメントの変化に応じて変化していることがわかる。なお、無次元化慣性モーメントは、乗員や荷物の積載状況によって変化する。 5A to 5C each show the vehicle speed (km / h) on the horizontal axis, the vertical axis of FIG. 5A shows equivalent rigidity, and the vertical axis of FIG. Attenuation is shown, and the vertical axis of FIG. 5C shows the equivalent moment of inertia. 5A to 5C, when the dimensionless inertia moment is “I zn = 0.8”, “I zn = 0.9”, and “I zn = 1.1”. The results of are superimposed and displayed. From FIG. 5 (a), it can be seen that the equivalent stiffness changes only according to the vehicle speed and does not change depending on the non-dimensional inertia moment. On the other hand, it can be seen from FIGS. 5B and 5C that the equivalent damping and the equivalent moment of inertia change according to changes in the vehicle speed and the dimensionless inertia moment. The dimensionless inertia moment changes depending on the loading situation of the occupant and the luggage.
本実施形態では、このような車速、車両質量(積載状況や燃料消費)、前後荷重配分、及び無次元化慣性モーメントなどに起因する操舵感の変化を補償するための制御を行う。具体的には、操舵感の変化を補償するために、ステアリング系の減衰比が一定になるように制御する。つまり、ステアリング系の減衰比を、車速、車両質量、前後荷重配分、及び無次元化慣性モーメントによらずに一定にする。この場合、コントローラ20は、モータ5によるアシスト(EPSのアシスト)、減衰、及びステアリング剛性の少なくとも1つ以上を変化させる制御を行う。具体的には、コントローラ20は、EPSの減衰制御量CmやEPSアシストKgなどを変化させる制御を行うことによって、ステアリング系の減衰比が一定になるようにする。
In the present embodiment, control is performed to compensate for the change in steering feeling caused by such vehicle speed, vehicle mass (loading condition and fuel consumption), longitudinal load distribution, non-dimensional inertia moment, and the like. Specifically, in order to compensate for the change in steering feeling, control is performed so that the damping ratio of the steering system is constant. That is, the damping ratio of the steering system is made constant regardless of the vehicle speed, the vehicle mass, the longitudinal load distribution, and the dimensionless inertia moment. In this case, the
ここで、ステアリング系の減衰比について、具体的に説明する。まず、前述した式(21)より、トルク(TSW)の入力に対する操舵角(θ1)の応答は、以下の式(24)で表現することができる。 Here, the damping ratio of the steering system will be specifically described. First, from the above equation (21), the response of the steering angle (θ 1 ) to the input of torque (T SW ) can be expressed by the following equation (24).
上記した式(24)に基づいて、ステアリング系の減衰比ζSWは、式(25)によって規定することができる。 Based on the above equation (24), the damping ratio ζ SW of the steering system can be defined by equation (25).
コントローラ20は、車速、車両質量、前後荷重配分、及び無次元化慣性モーメントなどによらずにステアリング系の減衰比ζSWが一定になるように、式(25)中のEPSの減衰制御量CmやEPSアシストKgなどを変化させる制御を行う。これにより、車速、車両質量、前後荷重配分、及び無次元化慣性モーメントなどが変化した場合にも、操舵感を適切に補償することが可能となる。
The
なお、上記では、ステアリング系の減衰比が一定になるように制御する例を示したが、これに限定はされない。他の例では、ステアリング系の減衰比が一定になるようにする代わりに、車速、車両質量、前後荷重配分、及び無次元化慣性モーメントなどに応じたステアリング系の減衰比になるように制御を行うことができる。具体的には、以下の(a)〜(d)に示すように制御を行うことができる。 In the above description, an example in which the steering system damping ratio is controlled to be constant has been described. However, the present invention is not limited to this. In another example, instead of making the damping ratio of the steering system constant, the control is performed so that the steering system has a damping ratio corresponding to the vehicle speed, vehicle mass, longitudinal load distribution, dimensionless inertia moment, etc. It can be carried out. Specifically, control can be performed as shown in the following (a) to (d).
(a)車速による操舵感の変化を補償するために、低速時にはステアリング系の減衰比が低くなるように制御し、高速時にはステアリング系の減衰比が高くなるように制御する。 (A) In order to compensate for a change in steering feeling due to vehicle speed, control is performed so that the damping ratio of the steering system is low at low speeds, and control is performed so that the damping ratio of the steering system is high at high speeds.
(b)車両質量による操舵感の変化を補償するために、車両質量が増加するに従って、ステアリング系の減衰比が高くなるように制御する。 (B) In order to compensate for a change in steering feeling due to the vehicle mass, control is performed so that the damping ratio of the steering system increases as the vehicle mass increases.
(c)前後荷重配分による操舵感の変化を補償するために、荷重が車両の後方寄りになるに従って、ステアリング系の減衰比が高くなるように制御する。 (C) In order to compensate for a change in steering feeling due to the distribution of front and rear loads, control is performed so that the damping ratio of the steering system increases as the load approaches the rear of the vehicle.
(d)無次元化慣性モーメントによる操舵感の変化を補償するために、無次元化慣性モーメントが大きくなるに従って、ステアリング系の減衰比が高くなるように制御する。 (D) In order to compensate for the change in steering feeling due to the non-dimensional inertia moment, control is performed so that the damping ratio of the steering system increases as the non-dimensional inertia moment increases.
これらの場合にも、コントローラ20は、EPSのアシスト、減衰、及びステアリング剛性の少なくとも1つ以上を変化させる制御を行う。具体的には、コントローラ20は、EPSの減衰制御量CmやEPSアシストKgなどを変化させる制御を行う。これにより、車速、車両質量、前後荷重配分、及び無次元化慣性モーメントなどが変化した場合にも、操舵感を適切に補償することが可能となる。
Also in these cases, the
1 ステアリングホイール
2 ステアリングシャフト
3、6 回転角センサ
4 トーションバー
5 モータ
5a 減速機
7 ラックアンドピニオン部
8 タイロッド
9 ナックルアーム
10F 車輪(前輪)
20 コントローラ
50 操舵制御システム
DESCRIPTION OF
20
Claims (7)
実舵角に対する前記ステアリングへの反力トルクを示す数式をテイラー展開し、前記テイラー展開によって得られた式の0次項を等価剛性とし、1次項を等価減衰とし、2次項を等価慣性モーメントとしてステアリング系に取り込んで操舵制御を行う操舵制御手段を備えることを特徴とする操舵制御装置。 In the steering control device that steers the steered wheels according to the steering operation by performing drive control of the motor that steers the steered wheels,
A formula that shows the reaction torque to the steering with respect to the actual steering angle is developed in Taylor, and the 0th order term of the formula obtained by the Taylor development is equivalent stiffness, the primary term is equivalent damping, and the secondary term is equivalent inertia moment. A steering control device comprising steering control means for taking in the system and performing steering control.
定常入力時における実舵角に対する前記ステアリングへの反力トルクを示す数式を実部と虚部とに分解して、前記実部をテイラー展開することによって得られた式の0次項を等価剛性とし、2次項を等価慣性モーメントとし、前記虚部を等価減衰としてステアリング系に取り込んで操舵制御を行う操舵制御手段を備えることを特徴とする操舵制御装置。 In the steering control device that steers the steered wheels according to the steering operation by performing drive control of the motor that steers the steered wheels,
The mathematical expression indicating the reaction force torque to the steering with respect to the actual steering angle at the time of steady input is decomposed into a real part and an imaginary part, and the zeroth order term of the formula obtained by Taylor expansion of the real part is defined as equivalent rigidity. A steering control device comprising: a steering control means for performing a steering control by taking a quadratic term as an equivalent moment of inertia and taking the imaginary part as an equivalent damping into a steering system.
ISW:ステアリングホイール慣性モーメント
Imt:モータ慣性モーメント
CSW:ステアリング系の減衰係数
Cm:モータの減衰制御量
Kt:トーションバー剛性
Kg:モータによるアシスト
TSW:ステアリングホイールでの入力トルク
θ1:ステアリングシャフト回転角
Kv:等価剛性
Iv:等価慣性モーメント
Cv:等価減衰
s:ラプラス演算子
とした場合に、以下の式:
(KtKgISW+Imt+IV)θ1s2+(KtKgCSW+Cm+CV)θ1s+Kvθ1=KtKgTSW
に基づいて、前記操舵制御を実行することを特徴とする請求項1又は2に記載の操舵制御装置。 The steering control means includes
I SW : Steering wheel inertia moment I mt : Motor inertia moment C SW : Steering system damping coefficient C m : Motor damping control amount K t : Torsion bar rigidity K g : Motor assist T SW : Input torque at steering wheel θ 1 : Steering shaft rotation angle K v : Equivalent rigidity I v : Equivalent inertia moment C v : Equivalent damping s: When Laplace operator is used, the following formula:
(K t K g I SW + I mt + I V) θ 1 s 2 + (K t K g C SW + C m + C V) θ 1 s + K v θ 1 = K t K g T SW
The steering control device according to claim 1, wherein the steering control is executed based on the control.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006356746A JP2008162525A (en) | 2006-12-29 | 2006-12-29 | Steering control device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009137516A (en) * | 2007-12-10 | 2009-06-25 | Toyota Motor Corp | Steering device |
CN114889688A (en) * | 2022-05-12 | 2022-08-12 | 一汽奔腾轿车有限公司 | Steering damping control method based on automobile EPS |
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2006
- 2006-12-29 JP JP2006356746A patent/JP2008162525A/en active Pending
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