JP2009143367A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、転舵輪を転舵するステアリング機構に対し、電動モータにより操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に、タイヤのグリップ力が失われた場合であっても、車両挙動を安定させることの可能な電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus in which a steering assist force is applied by an electric motor to a steering mechanism that steers steered wheels, and in particular, even when the grip force of a tire is lost, the vehicle The present invention relates to an electric power steering apparatus capable of stabilizing the behavior.
従来、ステアリング装置として、運転者がステアリングホイールを操舵する際に発生する操舵トルクに応じて電動モータを駆動することにより、ステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が普及している。
また、このような電動パワーステアリング装置において、操舵性能の向上やコーナリング時の車両の挙動を安定させるために、車両に取り付けられた車輪を中立に戻そうとするトルクであるセルフアライニングトルクを求めて操舵制御に用いたもの、さらにタイヤのグリップ状態を考慮して操舵制御を行うようにしたもの等も提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a steering device, an electric power steering device that gives a steering assist force to a steering mechanism by driving an electric motor in accordance with a steering torque generated when a driver steers a steering wheel has been widely used.
Further, in such an electric power steering apparatus, in order to improve the steering performance and stabilize the behavior of the vehicle during cornering, a self-aligning torque that is a torque for returning the wheel attached to the vehicle to neutral is obtained. Further, there have been proposed ones that are used for steering control, and those that perform steering control in consideration of the grip state of the tire.
このタイヤのグリップ状態を算出する方法としては、例えば規範ヨーレートと実ヨーレートとの偏差をタイヤのグリップ状態相当の値として用いたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上述のように、規範ヨーレートと実ヨーレートとの偏差をグリップ状態相当の値として用いた場合、これらヨーレートの偏差は、グリップ状態を表すものの、実際のグリップ状態との誤差は比較的大きく、正確なタイヤのグリップ力を検出することはできないという未解決の課題がある。
また、タイヤのグリップ力が限界に近づくと、電流指令値を減少させるように補正をして、操舵反力を大きくして運転者の切増し操舵を抑制するようにしているので、タイヤのグリップ力が限界に近づいて、操舵反力が小さくなる際に、制御特性によっては、タイヤのグリップ限界を感知できるような熟練運転者にとってはタイヤのグリップ限界を感知しにくくて、効果的な切増し操舵を抑制できないという未解決の課題もある。
However, as described above, when the deviation between the standard yaw rate and the actual yaw rate is used as a value corresponding to the grip state, these yaw rate deviations represent the grip state, but the error from the actual grip state is relatively large. There is an unsolved problem that it is not possible to detect an accurate grip force of a tire.
In addition, when the tire grip force approaches the limit, the current command value is corrected to decrease, and the steering reaction force is increased to suppress the driver's increased steering. When the force approaches the limit and the steering reaction force decreases, depending on the control characteristics, it is difficult for a skilled driver who can detect the tire grip limit to effectively detect the tire grip limit, and the effective increase is increased. There is also an unsolved problem that steering cannot be suppressed.
そこで、本発明は上記従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、タイヤのグリップ力が失われ始めることを運転者に感知させることができると共に、タイヤのグリップ限界に近づいたときに運転者の切増し操舵を抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned conventional unsolved problems, and can make the driver sense that the grip force of the tire starts to be lost, and when the tire approaches the grip limit of the tire. Another object of the present invention is to provide an electric power steering device that can suppress the driver's additional steering.
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、転舵輪を転舵するステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリング機構に操舵補助力を付与する電動モータと、前記操舵トルクに基づいて操舵補助電流指令値を演算し、演算した操舵補助電流指令値に基づいて前記電動モータを制御する制御手段とを有する電動パワーステアリング装置であって、タイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出手段と、車両のステア状態を検出するステア状態検出手段と、前記転舵輪側に発生するセルフアライニングトルクを検出するセルフアライニングトルク検出手段と、該セルフアライニングトルク検出手段で検出したセルフアライニングトルクに基づいて前記操舵補助電流指令値に対してセルフアライニングトルク補償を行うセルフアライニングトルク補償手段と、前記グリップロス度検出手段で検出したグリップロス度及び前記ステア状態検出手段で検出したステア状態に基づいて前記セルフアライニングトルク補償手段のセルフアライニングトルク補償値を補正する補償値補正手段とを備えたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, an electric power steering apparatus according to
また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記補償値補正手段は、前記ステア状態がアンダーステアであり、且つ前記グリップロス度が第１の閾値よりも大きく且つ第２の閾値以下であるときに、前記セルフアライニングトルク補償部のセルフアライニングトルク補償値を減少補正するように構成されていることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the electric power steering apparatus according to the first aspect of the invention, wherein the compensation value correcting means is configured such that the steering state is understeer and the grip loss degree is larger than a first threshold value. The self-aligning torque compensation value of the self-aligning torque compensator is configured to decrease and correct when it is equal to or less than the second threshold value.
さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記補償値補正手段は、前記ステア状態がアンダーステアであり、且つ前記グリップロス度が第１の閾値よりも大きく且つ第２の閾値以下であるときに、前記セルフアライニングトルク補償部のセルフアライニングトルク補償値に１未満のゲインを乗算して減少補正するように構成されていることを特徴としている。
Furthermore, the electric power steering apparatus according to
さらにまた、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項２又は３に係る発明において、前記補償値補正手段は、前記ステア状態がアンダーステアであり、且つ前記グリップロス度が前記第２の閾値を超えているときに、前記セルフアライニングトルク補償部のセルフアライニングトルク補償値を増加補正するように構成されていることを特徴としている。
Furthermore, in the electric power steering apparatus according to claim 4, in the invention according to
なおさらに、請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、請求項２又は３に係る発明において、前記補償値補正手段は、前記グリップロス度が前記第２の閾値を超えているときに、前記セルフアライニングトルク補償部のセルフアライニングトルク補償値に１を超えるゲインを乗算して増加補正するように構成されていることを特徴としている。
また、請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至５の何れか１つに係る発明において、車両の横力を検出する横力検出手段と、該横力検出手段で検出した横力に基づいてセルフアライニングトルクを推定するセルフアライニングトルク推定手段とを備え、前記グリップロス度検出手段は、前記セルフアライニングトルク検出手段で検出したセルフアライニングトルク検出値と、前記セルフアライニングトルク推定手段で推定したセルフアライニングトルク推定値とに基づいてグリップロス度を検出するように構成されていることを特徴としている。
Still further, in the electric power steering apparatus according to
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an electric power steering apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein a lateral force detecting means for detecting a lateral force of the vehicle and a lateral force detected by the lateral force detecting means. Self-aligning torque estimating means for estimating self-aligning torque based on force, and the grip loss degree detecting means includes a self-aligning torque detection value detected by the self-aligning torque detecting means, and the self-aligning torque detecting means. The grip loss degree is detected based on the self-aligning torque estimated value estimated by the lining torque estimating means.
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、操舵トルクに基づき算出した電動モータの電流指令値をセルフアライニングトルク補償するセルフアライニングトルク補償手段のセルフアライニングトルク補償値を、車両のステア状態及びタイヤのグリップロス度に基づいて補正し、補正して得た操舵補助電流指令値に基づいて電動モータを駆動制御するため、操舵補助電流指令値を直接補正する場合に比較して、運転者にリニアな反力感を伝えることができるという効果が得られる。 According to the electric power steering apparatus of the present invention, the self-aligning torque compensation value of the self-aligning torque compensating means for compensating the self-aligning torque for the current command value of the electric motor calculated based on the steering torque is set to the vehicle steering state. In addition, since the electric motor is driven and controlled based on the steering assist current command value obtained by the correction based on the grip loss degree of the tire and the correction, the driver is compared with the case where the steering assist current command value is directly corrected. An effect that a linear reaction force feeling can be transmitted to the door is obtained.
また、車両のステア状態がアンダーステアであるときに、運転者が切増し操舵を行って、グリップロス度が所定範囲になったときに、セルフアライニングトルク補償値を減少させることにより、操舵反力を減少させて、運転者にタイヤのグリップ力が失われ始めている状態を感知させることができるという効果が得られる。
さらに、車両のステア状態がアンダーステアであるときに、タイヤのグリップ力が限界に近づいて、グリップロス度が所定範囲以上になったときに、セルフアライニングトルク補償値を増加補正することにより、操舵反力を増加させて運転者の切増し操舵を抑制することができるという効果が得られる。
In addition, when the vehicle is in an understeer state, the driver increases the steering, and when the degree of grip loss falls within a predetermined range, the self-aligning torque compensation value is decreased to reduce the steering reaction force. As a result, the driver can perceive a state in which the grip force of the tire is starting to be lost.
Furthermore, when the vehicle's steer state is understeer, the steering force is corrected by increasing the self-aligning torque compensation value when the grip force of the tire approaches the limit and the grip loss degree exceeds a predetermined range. The effect is obtained that the reaction force can be increased to suppress the driver's increased steering.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す全体構成図であって、図中、ＳＭはステアリング機構である。このステアリング機構ＳＭは、ステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が伝達される入力軸２ａとこの入力軸２ａに図示しないトーションバーを介して連結された出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２を備えている。このステアリングシャフト２は、ステアリングコラム３に回転自在に内装され、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は図示しないトーションバーに連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention, in which SM is a steering mechanism. This steering mechanism SM has a
そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、２つのヨーク４ａ，４ｂとこれらを連結する十字連結部４ｃとで構成されるユニバーサルジョイント４を介して中間シャフト５に伝達され、さらに、２つのヨーク６ａ，６ｂとこれらを連結する十字連結部６ｃとで構成されるユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。
このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ機構８を介して左右のタイロッド９に伝達され、これらタイロッド９によって左右の転舵輪ＷＬ，ＷＲを転舵させる。ここで、ステアリングギヤ機構８は、ギヤハウジング８ａ内に、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ｂとこのピニオン８ｂに噛合するラック軸８ｃとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ｂに伝達された回転運動をラック軸８ｃで車幅方向の直進運動に変換して、タイロッド９に伝達する。
The steering force transmitted to the
The steering force transmitted to the pinion shaft 7 is transmitted to the left and
ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した減速ギヤ等の減速機１１と、この減速機１１に連結された操舵補助力を発生する例えばブラシレスモータで構成される電動モータ１２とを備えている。
また、減速機１１のステアリングホイール１側に連接されたハウジング１３内に操舵トルク検出手段としての操舵トルクセンサ１４が配設されている。この操舵トルクセンサ１４は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気変化や抵抗変化として検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。
A
A
そして、操舵トルクセンサ１４から出力される操舵トルク検出値Ｔは、図２に示すように、例えばマイクロコンピュータで構成されるコントローラ１５に入力される。このコントローラ１５には、トルク検出値Ｔの他に車速センサ１６で検出した車速検出値Ｖｘ、電動モータ１２に流れるモータ電流Ｉａ〜Ｉｃ及びレゾルバ、エンコーダ等で構成される回転角センサ１７で検出した電動モータ１２の回転角θｍも入力されている。
Then, the steering torque detection value T output from the
このコントローラ１５では、入力されるトルク検出値Ｔ及び車速検出値Ｖｘに応じた操舵補助力を電動モータ１２で発生させる操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを算出し、算出した操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに対して回転角θｍに基づいて算出するモータ角速度ωｍ及びモータ角加速度αｍに基づいて収斂性補償、慣性補償、セルフアライニングトルク補償等各種補償処理を行ってからｄ−ｑ軸電流指令値に変換し、これらｄ−ｑ軸電流指令値を２相／３相変換してモータ電流指令値Ｉａｒｅｆ〜Ｉｃｒｅｆを算出し、算出したモータ電流指令値Ｉａｒｅｆ〜Ｉｃｒｅｆに基づいて電動モータ１２に流れる電流Ｉａ〜Ｉｃをフィードバック制御して、電動モータ１２を駆動制御する。
The controller 15 calculates a steering assist current command value Iref that causes the
すなわち、コントローラ１５は、操舵トルクＴ及び車速Ｖｘに基づいて操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを演算する操舵補助電流指令値演算部２１と、この操舵補助電流指令値演算部２１で算出した操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを補償する指令値補償部２２と、タイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出手段としてのグリップロス度検出部２３と、このグリップロス度検出部２３で検出したグリップロス度に基づいて指令値補償部２２のセルフアライニングトルク補償値を補正する補償値補正手段としての補償値補正部２４と、指令値補償部２２で補償した補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′に基づいてｄ−ｑ軸電流指令値を算出するｄ−ｑ軸電流指令値演算部２５と、このｄ−ｑ軸電流指令値演算部２５から出力されるｄ−ｑ軸指令値を２相／３相変換してモータ電流指令値Ｉａｒｅｆ〜Ｉｃｒｅｆを算出する２相／３相変換部２６と、この２相／３相変換部２６から出力されるモータ電流指令値Ｉａｒｅｆ〜Ｉｃｒｅｆに基づいてモータ電流Ｉａ〜Ｉｃを生成するモータ電流制御部２７とで構成されている。
That is, the controller 15 calculates the steering assist current command value Iref for calculating the steering assist current command value Iref based on the steering torque T and the vehicle speed Vx, and the steering assist current command calculated by the steering assist current
操舵補助電流指令値演算部２１は、操舵トルクＴ及び車速Ｖｘをもとに図３に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して電流指令値でなる操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを算出する。
この操舵補助電流指令値算出マップは、図３に示すように、横軸に操舵トルクＴをとり、縦軸に操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆをとると共に、車速Ｖｘをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクＴが"０"からその近傍の設定値Ｔｓ１までの間は操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが"０"を維持し、操舵トルクＴが設定値Ｔｓ１を超えると最初は操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが操舵トルクＴの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクＴが増加すると、その増加に対して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速の増加に従って傾きが小さくなるように設定されている。
The steering assist current command
As shown in FIG. 3, this steering assist current command value calculation map is a parabolic curve with the steering torque T on the horizontal axis, the steering assist current command value Iref on the vertical axis, and the vehicle speed Vx as a parameter. The steering assist current command value Iref is maintained at “0” while the steering torque T is between “0” and a set value Ts1 in the vicinity thereof, and the steering torque T is set at the set value Ts1. When the steering torque T exceeds the initial value, the steering assist current command value Iref increases relatively slowly as the steering torque T increases. However, when the steering torque T further increases, the steering assist current command value Iref increases steeply. This characteristic curve is set so that the slope becomes smaller as the vehicle speed increases.
指令値補償部２２は、回転角センサ１７で検出されるモータ回転角θｍを微分してモータ角速度ωｍを算出する角速度演算部３１と、この角速度演算部３１で算出されたモータ角速度ωｍを微分してモータ角加速度αｍを算出する角加速度演算部３２と、角速度演算部３１で算出されたモータ角速度ωｍに基づいてヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償部３３と、角加速度演算部３２で算出されたモータ角加速度αｍに基づいて電動モータ１２の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止する慣性補償部３４と、転舵輪側に発生するセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を検出するセルフアライニングトルク検出手段としてのＳＡＴ検出部３５と、このＳＡＴ検出部３５で検出したセルフアライニングトルクに基づいてセルフアライニングトルク補償を行うセルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃを算出するセルフアライニングトルク補償手段としてのＳＡＴ補償部３６とを備えている。
The
ここで、収斂性補償部３３は、車速センサ１６で検出した車速Ｖｘ及び角速度演算部３１で算出されたモータ角速度ωｍが入力され、車両のヨーの収斂性を改善するためにステアリングホイール１が振れ回る動作に対して、ブレーキをかけるように、モータ角速度ωｍに車速Ｖｘに応じて変更される収斂性制御ゲインＫｖを乗じて収斂性補償値Ｉｃを算出する。
Here, the
また、ＳＡＴ検出部３５は、操舵トルクＴ、角速度ωｍ、角加速度αｍ及び操舵補助電流指令値演算部２１で算出した操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが入力され、これらに基づいてセルフアライニングトルクＳＡＴを演算する。
このセルフアライニングトルクＳＡＴを算出する原理は、路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を図４に示して説明する。すなわち、ドライバがステアリングホイール１を操舵することによって操舵トルクＴが発生し、その操舵トルクＴに従って電動モータ１２がアシストトルクＴｍを発生する。その結果、車輪Ｗが転舵され、反力としてセルフアライニングトルクＳＡＴが発生する。また、その際、電動モータ１２の慣性Ｊ及び摩擦（静摩擦）Ｆｒによってステアリングホイール１の操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り合いを考えると、下記（１）式のような運動方程式が得られる。
Further, the
The principle of calculating the self-aligning torque SAT will be described with reference to FIG. 4 showing the state of torque generated between the road surface and the steering. That is, when the driver steers the
J・αｍ+ Fr・sign(ωｍ) + SAT = Tm + T …（１）
ここで、上記（１）式を初期値ゼロとしてラプラス変換し、セルフアライニングトルクＳＡＴについて解くと下記（２）式が得られる。
SAT(s) = Tm(s) + T(s) − J・αｍ(s) − Fr・sign(ωｍ(s)) …（２）
上記（２）式から分かるように、電動モータ１２の慣性Ｊ及び静摩擦Ｆｒを定数として予め求めておくことで、モータ角速度ωｍ、モータ角加速度αｍ、アシストトルクＴｍ及び操舵トルクＴよりセルフアライニングトルクＳＡＴを検出することができ、このセルフアライニングトルク検出値ＳＡＴｄとする。ここで、アシストトルクＴｍは操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに比例するので、アシストトルクＴｍに代えて操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを適用する。
J ・ αm + Fr ・ sign (ωm) + SAT = Tm + T (1)
Here, when the above equation (1) is Laplace transformed with the initial value zero and the self-aligning torque SAT is solved, the following equation (2) is obtained.
SAT (s) = Tm (s) + T (s) − J · αm (s) − Fr · sign (ωm (s)) (2)
As can be seen from the above equation (2), the inertia J and static friction Fr of the
そして、慣性補償部３４で算出された慣性補償値ＩｉからＳＡＴ補償部３６で算出されたセルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃが後述する補償値補正部２４で補正された補正セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃ′を減算器３７で減算し、この減算器３７の減算出力と収斂性補償部３３で算出された収斂性補償値Ｉｃとが加算器３８で加算されて指令値補償値Ｉｃｏｍが算出され、この指令値補償値Ｉｃｏｍが操舵補助電流指令値演算部２１から出力される操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに加算器３９で加算されて補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′が算出され、この補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′がｄ−ｑ軸電流指令値演算部２５に出力される。
Then, the self-aligning torque compensation value SATc calculated by the
また、グリップロス度検出部２３は、前述した指令値補償部２２のＳＡＴ検出部３５から入力されるセルフアライニングトルク検出値ＳＡＴｄとセルフアライニングトルクを推定するＳＡＴ推定部４１から入力されるセルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐとに基づいてタイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度を算出する。
ここで、ＳＡＴ推定部４１でセルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐを推定する原理は、以下の通りである。
The grip loss
Here, the principle by which the
タイヤが横滑りしながら転動する車両運動の様子をモデル化したものを、図５及び図６に示す。
図５では、タイヤが接地面全体において発生する横力はトレッド部の横方向への変形面積（斜線部）となり、セルフアライニングトルクＳＡＴがスリップ角を減少させる方向に働く様子を示している。また、図６は、横力の着力点（接地面の中心点）がタイヤの中心線より後方にあることを示している。そして、ニューマチックトレールとキャスタトレールとの加算値がトレールとなる。
FIG. 5 and FIG. 6 show a model of a vehicle motion in which a tire rolls while skidding.
In FIG. 5, the lateral force generated on the entire contact surface of the tire becomes a deformation area (shaded portion) in the lateral direction of the tread portion, and the self-aligning torque SAT acts in the direction of decreasing the slip angle. FIG. 6 also shows that the point of application of lateral force (the center point of the ground contact surface) is behind the tire centerline. The added value of the pneumatic trail and the caster trail is the trail.
図５及び図６より、セルフアライニングトルクＳＡＴは横力Ｆｙとトレールとの積（横力Ｆｙ×トレール）であることがわかる。すなわち、トレールをεｎとすると、セルフアライニングトルクＳＡＴは次式（３）で算出することができる。なお、この（３）式で算出されるセルフアライニングトルクを、セルフアライニングトルクの推定値ＳＡＴｐとする。 5 and 6 that the self-aligning torque SAT is a product of the lateral force Fy and the trail (lateral force Fy × trailer). That is, when the trail is εn, the self-aligning torque SAT can be calculated by the following equation (3). The self-aligning torque calculated by the equation (3) is assumed to be an estimated value SATp of the self-aligning torque.
ＳＡＴｐ＝εｎ・Ｆｙ ……（３）
なお、重心から後輪までの距離をＬ２（固定値）、車両重量をｍ、横加速度をＧｙ、車両慣性モーメントをＭｏ、ヨーレートγの微分値をｄγ／ｄｔ、ホイールベースをＬとしたとき、横力Ｆｙは次式（４）により算出することができる。
Ｆｙ＝（Ｌ２・ｍ・Ｇｙ＋Ｍｏ・ｄγ／ｄｔ）／Ｌ ……（４）
一方、図７は横力ＦｙとセルフアライニングトルクＳＡＴの特性をスリップ角に対して示す特性図であり、横力ＦｙとＳＡＴとはスリップ角に対して非線形な特性となっている。そして、ＳＡＴは横力Ｆｙ×トレールεｎであり、キャスタトレールは固定値であることから、セルフアライニングトルクＳＡＴの横力Ｆｙに対する非線形特性はニューマチックトレールの変化を直接表すことになる。また、セルフアライニングトルクＳＡＴの横力に対する特性は、図６における滑り域が増大し、ニューマチックトレールが減少することによって生じる。
SATp = εn · Fy (3)
When the distance from the center of gravity to the rear wheel is L2 (fixed value), the vehicle weight is m, the lateral acceleration is Gy, the vehicle inertia moment is Mo, the differential value of the yaw rate γ is dγ / dt, and the wheelbase is L, The lateral force Fy can be calculated by the following equation (4).
Fy = (L2 · m · Gy + Mo · dγ / dt) / L (4)
On the other hand, FIG. 7 is a characteristic diagram showing the characteristics of the lateral force Fy and the self-aligning torque SAT with respect to the slip angle, and the lateral force Fy and SAT are non-linear characteristics with respect to the slip angle. Since the SAT is the lateral force Fy × the trail εn and the caster trail is a fixed value, the non-linear characteristic of the self-aligning torque SAT with respect to the lateral force Fy directly represents a change in the pneumatic trail. Further, the characteristic of the self-aligning torque SAT with respect to the lateral force is caused by an increase in the slip area in FIG. 6 and a decrease in the pneumatic trail.
さらに、セルフアライニングトルクＳＡＴは横力Ｆｙとトレールεｎとの積であり、線形領域では滑り域は増加せず、ニューマチックトレールは一定値であることから、線形領域でのニューマチックトレールとキャスタトレールとの和、つまりトレールεｎで横力ＦｙをセルフアライニングトルクＳＡＴの次元に合わせてセルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐとして図示すると図８のようになる。 Further, since the self-aligning torque SAT is a product of the lateral force Fy and the trail εn, the slip area does not increase in the linear region, and the pneumatic trail has a constant value. Therefore, the pneumatic trail and caster in the linear region are constant. FIG. 8 shows the estimated self-aligning torque SATp in accordance with the dimension of the self-aligning torque SAT with the sum with the trail, that is, the trail εn and the lateral force Fy in accordance with the dimension of the self-aligning torque SAT.
ここで、ニューマチックトレールが一定であれば、セルフアライニングトルク検出値ＳＡＴｄとセルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐとは同じ軌跡を辿るが、滑り域が増大してニューマチックトレールが減少するとセルフアライニングトルク検出値ＳＡＴｄとセルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐとに差が生じる。この差はグリップが失われた度合を表し、これを本発明では「グリップロス度」とする。上記（２）式で算出されたセルフアライニングトルク検出値ＳＡＴｄと、上記（３）式で算出されたセルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐとを次式（５）により比較する。 Here, if the pneumatic trail is constant, the self-aligning torque detection value SATd and the self-aligning torque estimated value SATp follow the same trajectory, but if the sliding area increases and the pneumatic trail decreases, self-aligning There is a difference between the detected torque value SATd and the estimated self-aligning torque value SATp. This difference represents the degree to which the grip is lost, and this is referred to as “grip loss degree” in the present invention. The self-aligning torque detection value SATd calculated by the above equation (2) and the self-aligning torque estimated value SATp calculated by the above equation (3) are compared by the following equation (5).
ｇ＝ＳＡＴｐ−ＳＡＴｄ ……（５）
この（５）式で算出されるｇがグリップロス度であり、このグリップロス度ｇにより車両におけるタイヤのグリップ力が失われた度合を推定することができる。
図８は、セルフアライニングトルク検出値ＳＡＴｄとセルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐ（トレールεｎ×横力Ｆｙ）とを比較して示す特性図であり、スリップ角が大きくなるにしたがって、セルフアライニングトルクＳＡＴが失われる様子を示しており、上記（５）式から算出されるセルフアライニングトルク検出値ＳＡＴｄとセルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐとの差をグリップロス度ｇ（図中網かけ部）として示している。
g = SATp−SATd (5)
The g calculated by the equation (5) is the grip loss degree, and the degree of loss of the grip force of the tire in the vehicle can be estimated from the grip loss degree g.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a comparison between the detected self-aligning torque value SATd and the estimated self-aligning torque value SATp (trail εn × lateral force Fy), and shows the self-aligning torque as the slip angle increases. It shows how the SAT is lost, and the difference between the self-aligning torque detection value SATd and the self-aligning torque estimated value SATp calculated from the above equation (5) is used as the grip loss degree g (shaded portion in the figure). Show.
このため、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ４２と車両の横加速度を検出する横加速度センサ４３とを設け、これらヨーレートセンサ４２で検出したヨーレートγと横加速度センサ４３で検出した横加速度Ｇｙとを横力検出部４４へ入力し、この横力検出部４４で前記（４）式の演算を行って横力Ｆｙを算出し、算出した横力ＦｙをＳＡＴ推定部４１に入力して、このＳＡＴ推定部４１で前記（３）式の演算を行うことにより、セルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐを算出する。
For this reason, a yaw rate sensor 42 that detects the yaw rate of the vehicle and a lateral acceleration sensor 43 that detects the lateral acceleration of the vehicle are provided, and the yaw rate γ detected by the yaw rate sensor 42 and the lateral acceleration Gy detected by the lateral acceleration sensor 43 are obtained. This is input to the lateral
そして、ＳＡＴ検出部３５で検出したセルフアライニングトルク検出値ＳＡＴｄとＳＡＴ推定部４１で推定したセルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐとをグリップロス度検出部２３に入力し、このグリップロス度検出部２３で前記（５）式の演算を行うことにより、タイヤのグリップ力が失われた度合を表すグリップロス度ｇを算出し、算出したグリップロス度ｇを補償値補正部２４に入力する。
The self-aligning torque detection value SATd detected by the
この補償値補正部２４は、グリップロス度検出部２３で検出したグリップロス度ｇが入力され、これに基づいて補償ゲインＫを算出する補償ゲイン算出部５１と、“１”の補償ゲインＫが設定された補償ゲイン設定部５２と、補償ゲイン算出部５１で算出された補償ゲインＫと補償ゲイン設定部５２で設定された補償ゲインＫ１とが入力され、これらを後述するステア状態検出部５５から入力される選択信号ＳＬに基づいて選択する選択部５３と、選択部５３で選択された補償ゲインＫｓをＳＡＴ補償部３６で算出されたセルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃに乗算する乗算器５４とを備えている。
The compensation
補償ゲイン算出部５１は、入力されるグリップロス度ｇをもとに、図９に示すゲイン算出マップを参照してセルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃを補正する補償ゲインＫを算出する。
ここで、ゲイン算出マップは、図９に示すように、グリップロス度ｇが正値である場合には、グリップロス度ｇが０から第１の閾値Ｔｈ１までの間では補償ゲインＫが“１”となり、グリップロス度ｇが第１の閾値Ｔｈ１を超えると補償ゲインＫが“１”からグリップロス度ｇの増加に応じて減少し、第１の閾値Ｔｈ１より僅かに大きい閾値Ｔｈ１′で補償ゲインＫが“１”より小さい所定値Ｋｓに達し、その後、グリップロス度ｇが第２の閾値Ｔｈ２に達するまでは補償ゲインＫが所定値Ｋｓを維持し、グリップロス度ｇが第２の閾値Ｔｈ２を超えるとグリップロス度ｇの増加に応じて比較的急な傾きで補償ゲインＫが “１”を超えて増加するように特性線が設定されている。
The compensation
Here, as shown in FIG. 9, in the gain calculation map, when the grip loss degree g is a positive value, the compensation gain K is “1” when the grip loss degree g is between 0 and the first threshold Th1. When the grip loss degree g exceeds the first threshold Th1, the compensation gain K decreases from “1” as the grip loss degree g increases, and is compensated with a threshold Th1 ′ slightly larger than the first threshold Th1. The compensation gain K maintains the predetermined value Ks until the gain K reaches a predetermined value Ks smaller than “1”, and then the grip loss degree g reaches the second threshold Th2, and the grip loss degree g reaches the second threshold value. When Th2 is exceeded, the characteristic line is set so that the compensation gain K increases beyond “1” with a relatively steep slope as the grip loss degree g increases.
また、グリップロス度ｇが負値である場合も０から第１の閾値−Ｔｈ１までの間補償ゲインＫが“１”を維持し、第１の閾値−Ｔｈ１から閾値−Ｔｈ１′までの間で補償ゲインＫが所定値Ｋｓまで低下し、その後第２の閾値−Ｔｈ２までの間で補償ゲインＫが所定値Ｋｓを維持し、第２の閾値−Ｔｈ２を超えると、グリップロス度ｇの絶対値の増加に応じて比較的急な傾きで補償ゲインＫが“１”を超えて増加するように特性線が設定されている。 Further, even when the grip loss degree g is a negative value, the compensation gain K is maintained at “1” from 0 to the first threshold value −Th1, and between the first threshold value −Th1 and the threshold value −Th1 ′. When the compensation gain K decreases to the predetermined value Ks, and thereafter the compensation gain K maintains the predetermined value Ks until the second threshold value -Th2, and exceeds the second threshold value -Th2, the absolute value of the grip loss degree g The characteristic line is set so that the compensation gain K increases beyond “1” with a relatively steep slope in accordance with the increase of.
選択部５３では、ステア状態検出部５５から論理値“１”の選択信号ＳＬが入力されると、補償ゲイン設定部５２から出力される“１”の補償ゲインＫ１を選択し、これを選択補償ゲインＫｓとして乗算器５４に出力し、ステア状態検出部５５から論理値“０”の選択信号ＳＬが入力されると、補償ゲイン算出部５１から出力される補償ゲインＫを選択し、これを選択補償ゲインＫｓとして乗算器５４に出力する。
When a selection signal SL having a logical value “1” is input from the steer
また、コントローラ１５は、車両のステア状態を判定し、ステア状態に応じた選択信号ＳＬを出力するステア状態検出手段としてのステア状態検出部５５を備えている。
このステア状態検出部５５は、ステアリング機構ＳＭの操舵角δを検出する操舵角センサ５６から出力される操舵角δ、前述したヨーレートセンサ４２で検出したヨーレート及び車速センサ１６で検出した車速Ｖｘが入力され、これらに基づいて車両のステア状態がアンダーステアであるかオーバーステアであるかを判定する。
In addition, the controller 15 includes a steer
The steering
このステア状態の判定は、以下のようにして行う。先ず、車両の規範ヨーレートγ0は下記（６）式で表すことができる。
γ0＝｛１／(１＋Ｔｓ)｝｛１／（１＋Ａ・Ｖｘ2）｝（Ｖｘδ／Ｌα） ……（６）
ここで、δは操舵角、Ｖｘは車速、Ｌはホイールベース、Ｔは時定数、ｓはラプラス演算子、Ａはスタビリティファクタ、αはステアリングレシオである。
The determination of the steer state is performed as follows. First, the standard yaw rate γ 0 of the vehicle can be expressed by the following equation (6).
γ 0 = {1 / (1 + Ts)} {1 / (1 + A · Vx 2 )} (Vxδ / Lα) (6)
Here, δ is a steering angle, Vx is a vehicle speed, L is a wheel base, T is a time constant, s is a Laplace operator, A is a stability factor, and α is a steering ratio.
また、スタビリティファクタＡは、下記（７）式で表される。
Ａ＝（ｍ／２Ｌ2）｛（Ｌｆ・Ｋｆ−Ｌｒ・Ｋｒ）／Ｋｆ・Ｋｒ｝ …………（７）
ここで、ｍは車両重量、Ｌｆは車両重心点と前輪車軸との間の距離、Ｌｒは車両重心点と後輪車軸との間の距離、Ｋｆは前輪タイヤのコーナリングパワー、Ｋｒは後輪タイヤのコーナリングパワーである。
The stability factor A is expressed by the following equation (7).
A = (m / 2L 2 ) {(Lf · Kf−Lr · Kr) / Kf · Kr} (7)
Here, m is the vehicle weight, Lf is the distance between the vehicle center of gravity and the front wheel axle, Lr is the distance between the vehicle center of gravity and the rear wheel axle, Kf is the cornering power of the front tire, and Kr is the rear tire. Cornering power.
そして、規範ヨーレートγ0とヨーレートセンサ４２で検出した実ヨーレートγとを比較することにより、下記のように車両のステア状態を判定することができる。
｜γ｜−｜γ0｜＞０ ：オーバーステア
｜γ｜−｜γ0｜＜０ ：アンダーステア
この車両のステア状態がオーバーステアであるときには論理値“１”の選択信号ＳＬを選択部５３に出力し、アンダーステアであるときには論理値“０”の選択信号ＳＬを選択部５３に出力する。
Then, by comparing the reference yaw rate γ 0 and the actual yaw rate γ detected by the yaw rate sensor 42, the steering state of the vehicle can be determined as follows.
| Γ | − | γ 0 |> 0: Oversteer | γ | − | γ 0 | <0: Understeer When the vehicle is in the oversteer state, the selection signal SL of the logical value “1” is sent to the
また、ｄ−ｑ軸電流指令値演算部２５は、補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′とモータ角速度ωｍとに基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを算出するｄ軸電流指令値算出部６１と、電気角変換部３０から入力される電気角θｅ及びモータ角速度ωｍに基づいてｄ−ｑ軸誘起電圧モデルＥＭＦ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ Ｆｏｒｃｅ）のｄ軸ＥＭＦ成分ｅｄ(θ)及びｑ軸ＥＭＦ成分ｅｑ(θ)を算出する誘起電圧モデル算出部６２と、この誘起電圧モデル算出部６２から出力されるｄ軸ＥＭＦ成分ｅｄ(θ)及びｑ軸ＥＭＦ成分ｅｑ(θ)とｄ軸電流指令値算出部６１から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆと補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′とモータ角速度ωｍとに基づいてｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出するｑ軸電流指令値算出部６３とを備えている。そして、ｄ軸電流指令値算出部６１で算出されたｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値算出部６３で算出されたｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆが２相／３相変換部２６に供給される。
The dq-axis current command
この２相／３相変換部２６では、入力されるｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを電気角変換部３０から入力される電気角θｅに基づいて２相／３相変換して３相モータ電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆを算出し、算出したモータ電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆをモータ電流制御部２７に出力する。
The two-phase / three-
モータ電流制御部２７は、電動モータ１２の３相コイルに供給されるモータ電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃを検出するモータ電流検出部７０と、２相／３相変換部２６から入力されるモータ電流指令値Ｉａｒｅｆ，Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆからモータ電流検出部７０で検出したモータ電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃを個別に減算して各相電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃを求める減算器７１ａ、７１ｂ及び７１ｃと、求めた各相電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃに対して比例積分制御を行って電圧指令値Ｖａ、Ｖｂ及びＶｃを算出する電流制御部７２と、この電流制御部７２から出力される電圧指令値Ｖａ、Ｖｂ及びＶｃに基づいてデューティ演算を行って電動モータ１２の各相のデューティ比を算出してパルス幅変調（ＰＷＭ）信号でなるインバータ制御信号を形成するパルス幅変調部７３と、このパルス幅変調部７３から出力されるインバータ制御信号に基づいて３相モータ電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃを形成して電動モータ１２に出力するインバータ７４とを備えている。
The motor
次に、コントローラ１５での動作を図１０のフローチャートを参照して説明する。
まず、トルクセンサ１４からの操舵トルクＴ、車速センサ１６からの車速Ｖｘ、回転角センサ１７からのモータ回転角θｍ、ヨーレートセンサ４２からのヨーレートγ、横加速度センサ４３からの横加速度Ｇｙを読込む（ステップＳ１）。次いで、入力した操舵トルクＴ及び車速Ｖｘに基づき図３に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵トルクＴ及び車速Ｖｘに応じた操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを算出し（ステップＳ２）、回転角センサ１７からのモータ回転角θｍに基づいて電動モータ１２の角速度ωｍを演算すると共に、モータ角加速度αｍを演算する（ステップＳ３）。
Next, the operation of the controller 15 will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the steering torque T from the
次いで、操舵トルクＴ、操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ、モータ角速度ωｍ及びモータ角加速度αｍをもとに前記（２）式の演算を行ってセルフアライニングトルク検出値ＳＡＴｄを検出し（ステップＳ４）、算出したセルフアライニングトルク検出値ＳＡＴｄに基づいてセルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃを算出する（ステップＳ５）。さらに、ヨーレートγ、横加速度Ｇｙをもとに前記（４）式の演算を行って横力Ｆｙを算出し、算出した横力Ｆｙとトレールεｎとに基づいて前記（３）式の演算を行うことにより、セルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐを算出する（ステップＳ６）。 Next, based on the steering torque T, the steering assist current command value Iref, the motor angular velocity ωm, and the motor angular acceleration αm, the self-aligning torque detection value SATd is detected by performing the calculation of the equation (2) (step S4). Based on the calculated self-aligning torque detection value SATd, a self-aligning torque compensation value SATc is calculated (step S5). Furthermore, the lateral force Fy is calculated based on the yaw rate γ and the lateral acceleration Gy, and the lateral force Fy is calculated. Based on the calculated lateral force Fy and the trail εn, the above equation (3) is calculated. Thus, the self-aligning torque estimated value SATp is calculated (step S6).
続いてセルフアライニングトルク検出値ＳＡＴｄ及びセルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐの偏差からグリップロス度ｇを検出し（ステップＳ７）、このグリップロス度ｇに基づき図９に示す補償ゲイン算出マップを参照してセルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃを補正するための補償ゲインＫを算出する（ステップＳ８）。
次いで、前記（７）式に従ってスタビリティファクタＡを算出すると共に、前記（６）式に従って規範ヨーレートγ0を算出し（ステップＳ９）、ヨーレートセンサ４２で検出した実ヨーレートγの絶対値｜γ｜から規範ヨーレートγ0の絶対値｜γ0｜を減算した値が負値であるか否かを判定することにより車両のステア状態がアンダーステアであるか否かを判断し（ステップＳ１０）、｜γ｜−｜γ0｜＜０であってアンダーステアと判定されたときには選択補償ゲインＫｓとして前記ステップＳ８で演算した補償ゲインＫを設定し、この選択補償ゲインＫｓをＲＡＭ等の所定の記憶領域に更新記憶し（ステップＳ１１）、｜γ｜−｜γ0｜≧０であるときには、車両のステア状態がニュートラルステア又はオーバーステアであると判断して選択補償ゲインＫｓを“１”に設定し、この選択補償ゲインＫｓをＲＡＭ等の所定の記憶領域に更新する（ステップＳ１２）。
Subsequently, the grip loss degree g is detected from the deviation between the self-aligning torque detection value SATd and the self-aligning torque estimated value SATp (step S7), and the compensation gain calculation map shown in FIG. 9 is referred to based on the grip loss degree g. Then, a compensation gain K for correcting the self-aligning torque compensation value SATc is calculated (step S8).
Next, the stability factor A is calculated according to the equation (7), the normative yaw rate γ 0 is calculated according to the equation (6) (step S9), and the absolute value | γ | of the actual yaw rate γ detected by the yaw rate sensor 42 is calculated. By determining whether or not the value obtained by subtracting the absolute value | γ 0 | of the reference yaw rate γ 0 from the negative value is a negative value, it is determined whether or not the vehicle is in an understeer state (step S10). If | − | γ 0 | <0 and understeer is determined, the compensation gain K calculated in step S8 is set as the selective compensation gain Ks, and this selective compensation gain Ks is updated in a predetermined storage area such as a RAM. Store (step S11), and when | γ | − | γ 0 | ≧ 0, it is determined that the vehicle steer state is neutral steer or over steer. The compensation gain Ks is set to “1”, and the selected compensation gain Ks is updated to a predetermined storage area such as a RAM (step S12).
そして、更新記憶された選択補償ゲインＫｓを前記ステップＳ５で算出したセルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃに乗算して補正セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃ′を算出する（ステップＳ１３）。
次いで、収斂性補償値Ｉｃ及び慣性補償値Ｉｉを算出し（ステップＳ１４）、収斂性補償値Ｉｃ及び慣性補償値Ｉｉを加算すると共に、補正セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃ′を減算して補償値Ｉｃｏｍを算出し（ステップＳ１５）、算出した補償値Ｉｃｏｍを操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに加算して補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′を算出する（ステップＳ１６）。
The corrected self-aligning torque compensation value SATc ′ is calculated by multiplying the updated and stored selection compensation gain Ks by the self-aligning torque compensation value SATc calculated in step S5 (step S13).
Next, the convergence compensation value Ic and the inertia compensation value Ii are calculated (step S14), the convergence compensation value Ic and the inertia compensation value Ii are added, and the compensation value is obtained by subtracting the corrected self-aligning torque compensation value SATc '. Icom is calculated (step S15), and the calculated compensation value Icom is added to the steering assist current command value Iref to calculate the compensated steering assist current command value Iref ′ (step S16).
次いで、算出した補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′に基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを算出すると共に、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出し（ステップＳ１７）、次いでｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを電気角θｅに基づいて２相／３相変換して３相モータ電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆを算出する（ステップＳ１８）。 Next, the d-axis current command value Idref is calculated based on the calculated post-compensation steering assist current command value Iref ′, the q-axis current command value Iqref is calculated (step S17), and then the d-axis current command value Idref and q The shaft current command value Iqref is subjected to two-phase / three-phase conversion based on the electrical angle θe to calculate three-phase motor current command values Iaref, Ibref, and Icref (step S18).
次いで、３相モータ電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆからモータ電流検出部７０で検出したモータ電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃを減算して電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃを算出し（ステップＳ１９）、算出した電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃに対してＰＩ制御処理を行って電圧指令値Ｖａ、Ｖｂ及びＶｃを算出し（ステップＳ２０）、算出した電圧指令値Ｖａ、Ｖｂ及びＶｃをパルス幅変調して、パルス幅変調信号をインバータ７４に出力する（ステップＳ２１）。
Next, the current deviations ΔIa, ΔIb, and ΔIc are calculated by subtracting the motor currents Ia, Ib, and Ic detected by the
これにより、インバータ７４から３相のモータ駆動電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃが電動モータ１２に出力され、電動モータ１２が駆動制御されることにより、操舵トルクＴ及び車速Ｖｘに応じた最適な操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速機１１を介してステアリングシャフト２に伝達される。
この図８の処理が制御手段に対応し、このうちステップＳ２の処理が電流指令値演算部に対応し、ステップＳ４の処理がＳＡＴ検出部３５（セルフアライニングトルク検出手段）に対応し、ステップＳ５の処理がＳＡＴ補償部３６（セルフアライニングトルク補償手段）に対応し、ステップＳ６の処理がＳＡＴ推定部４１に対応し、ステップＳ７の処理がグリップロス度検出部（グリップロス度検出手段）に対応し、ステップＳ８〜Ｓ１３の処理が補償値補正部２４（補償値補正手段）に対応し、ステップＳ９及びＳ１０の処理が選択部５３及びステア状態検出部５５（ステア状態検出手段）に対応し、ステップＳ４、Ｓ５、Ｓ１４〜Ｓ１６の処理が指令値補償部２２に対応し、ステップＳ１７の処理がｄ−ｑ軸電流指令値演算部２５に対応し、ステップＳ１８の処理が２相／３相変換部２６に対応し、ステップＳ１９の処理が減算器７１ａ〜７１ｃに対応し、ステップＳ２０の処理がＰＩ電流制御部７２に対応し、ステップＳ２１の処理がパルス幅変調部７３に対応している。
As a result, three-phase motor drive currents Ia, Ib, and Ic are output from the inverter 74 to the
The process of FIG. 8 corresponds to the control means, of which the process of step S2 corresponds to the current command value calculation unit, the process of step S4 corresponds to the SAT detection unit 35 (self-aligning torque detection means), and step The process of S5 corresponds to the SAT compensator 36 (self-aligning torque compensator), the process of step S6 corresponds to the
したがって、ステア状態検出部５５で、｜γ｜−｜γ0｜≧０となって、車両のステア状態がニュートラルステア又はオーバーステアであることが検出されたときには、ステア状態検出部５５から論理値“１”の選択信号ＳＬが選択部５３に出力されることにより、この選択部５３で、補償ゲイン設定部５２で設定された“１”の補償ゲインＫ１を選択し、これを選択補償ゲインＫｓとして乗算器５４に供給して、ＳＡＴ補償部３６から出力されるセルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃに乗算される。このため、セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃがそのまま補正セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃ′として減算器３７に供給されることにより、指令値補償部２２で、適度な操舵反力を与えながら、収斂性補償、慣性補償及びセルフアライニングトルク補償を行う指令値補償値Ｉｃｏｍを形成し、これを加算器３９で操舵補助電流指令値演算部２１で演算された操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに加算される。
Accordingly, when the steering
したがって、通常の指令値補償を行って補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′に応じた電流制御処理が行われて、電動モータ１２で操舵状態に応じた最適な操舵補助力を発生する。
この状態から、車両のステア状態がアンダーステアとなると、ステア状態検出部５５で、｜γ｜−｜γ0｜＜０となってアンダーステアが検出され、これに応じて論理値“０”の選択信号ＳＬが選択部５３に供給されることにより、この選択部５３で補償ゲイン算出部５１から出力される補償ゲインＫが選択され、これが選択補償ゲインＫｓとして乗算器５４に供給される。
Accordingly, normal command value compensation is performed, and current control processing according to the post-compensation steering assist current command value Iref ′ is performed, and the
From this state, when the vehicle steer state becomes understeer, the steer
このとき、図９に示すように、グリップロスが生じていないかグリップロス度ｇが不感帯幅となる−Ｔｈ１≦ｇ≦＋Ｔｈ１内の値であれば補償ゲインＫが“１”に設定され、この補償ゲインＫが選択補償ゲインＫｓとして乗算器５４でＳＡＴ補償部３６から出力されるセルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃに乗算されるので、セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃがそのまま補正セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃ′として減算器３７に入力される。
At this time, as shown in FIG. 9, if there is no grip loss or the grip loss degree g is a dead band width, the compensation gain K is set to “1” if it is a value within −Th1 ≦ g ≦ + Th1. Since the compensation gain K is multiplied by the self-aligning torque compensation value SATc output from the
このため、指令値補償部２２で、通常の収斂性補償値Ｉｃ、慣性補償値Ｉｉ及び補正セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃ′が算出されて、収斂性補償値Ｉｃ及び慣性補償値Ｉｉが加算されると共に、補正セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃ′が減算されて補償値Ｉｃｏｍが算出され、これが操舵補助電流指令値演算部２１で算出された操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに加算されて操舵状態に最適な指令値補償が行われ、運転者のステアリングホイール１の操舵操作を的確に補助することができる。
Therefore, the command
このアンダーステアを維持している状態で、グリップロス度ｇの絶対値が第１の閾値Ｔｈ１を超えて増加すると、第２の閾値Ｔｈ２未満であるときには、補償ゲイン算出部５１で“１”より小さい補償ゲインＫが算出され、この補償ゲインＫが選択補償ゲインＫｓとしてＳＡＴ補償部３６で算出されるセルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃに乗算器５４で乗算される。
When the absolute value of the grip loss degree g increases beyond the first threshold value Th1 while maintaining this understeer, the compensation
このため、セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃが減少補正されて補正セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃ′となるので、セルフアライニングトルク補償が抑制されることになり、操舵反力を減少させて、運転者にタイヤのグリップ力が失われ始めている状態を確実に感知させることができる。
さらに、グリップロス度ｇの絶対値が第２の閾値Ｔｈ２以上となると、補償ゲイン算出部５１で算出される補償ゲインＫがグリップロス度ｇの増加に応じて“１”を超えて増加することになり、この補償ゲインＫが選択補償ゲインＫｓとして乗算器５４でＳＡＴ補償部３６で算出されセルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃに乗算されるので、乗算器５４の出力である補正セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃ′は、セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃより大きな値となり、操舵反力を増加させることになるので、運転者のステアリングホイールの切増し操舵を抑制させることができ、グリップ力が失われることにより車両挙動が不安定となることを抑制することができる。
Therefore, the self-aligning torque compensation value SATc is corrected to decrease to become the corrected self-aligning torque compensation value SATc ′, so that the self-aligning torque compensation is suppressed, and the steering reaction force is reduced and the driving is performed. This makes it possible for a person to reliably detect a state in which the tire grip force is starting to be lost.
Further, when the absolute value of the grip loss degree g is equal to or greater than the second threshold Th2, the compensation gain K calculated by the compensation
また、ここでは、操舵トルクＴ、アシストトルクＴｍ、電動モータ１２の角速度ωｍ及び角加速度αｍに基づいて検出したセルフアライニングトルク検出値ＳＡＴｄと、車両に発生する横力Ｆｙに基づくセルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐとの偏差からグリップロス度ｇを算出している。ここで、タイヤのグリップ力が失われた場合、これに対するセルフアライニングトルクの応答性は、グリップ力が失われたことに対するヨーレートの応答性に比較して速い。
Also, here, the self-aligning torque based on the self-aligning torque detection value SATd detected based on the steering torque T, the assist torque Tm, the angular velocity ωm and the angular acceleration αm of the
したがって、セルフアライニングトルクを用いてグリップロス度を算出することによって、ヨーレートを用いてグリップロス度を算出する場合に比較してより早い段階で、グリップロス度の変化を検出することができる。よって、セルフアライニングトルクを用いてグリップロス度を算出することにより、グリップ状況をより高精度に検出することができ、このようにして検出したグリップ状況にしたがって操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを補正し、操舵補助力を低減することによって、より的確に操舵補助力を発生させることができ、グリップロス度に応じて切り増しし過ぎることを回避し、グリップ力が失われることにより車両挙動が不安定となることを抑制することができ、車両走行安定性を向上させることができる。 Therefore, by calculating the grip loss degree using the self-aligning torque, it is possible to detect a change in the grip loss degree at an earlier stage than when calculating the grip loss degree using the yaw rate. Therefore, by calculating the degree of grip loss using the self-aligning torque, the grip situation can be detected with higher accuracy, and the steering assist current command value Iref is corrected in accordance with the grip situation thus detected. By reducing the steering assist force, it is possible to generate the steering assist force more accurately, avoiding excessive increase according to the degree of grip loss, and unstable vehicle behavior due to loss of grip force Can be suppressed, and vehicle running stability can be improved.
また、セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃを補正することにより、操舵補助電流指令値を直接補正する場合に比較して、運転者にリニアな反力感を伝えることができる。
また、上述のようにグリップロス度が不感帯幅内の値である場合には、セルフアライニングトルク補償値ＳＡＴｃの補正は行わないので、グリップロスが発生していないか比較的グリップロスが小さく悪影響を及ぼすことのない状況であるにも関わらず操舵補助力が抑制され、十分な操舵補助力を発生されないことに起因して運転者に違和感を与えることを回避することができる。
Further, by correcting the self-aligning torque compensation value SATc, a linear reaction force feeling can be transmitted to the driver as compared with the case where the steering assist current command value is directly corrected.
Further, as described above, when the grip loss degree is a value within the dead band width, the self-aligning torque compensation value SATc is not corrected, so that no grip loss has occurred or the grip loss is relatively small and has an adverse effect. However, the steering assist force is suppressed in spite of the fact that the vehicle does not exert a sense of inconvenience, and it is possible to prevent the driver from feeling uncomfortable due to the fact that a sufficient steering assist force is not generated.
なお、上記実施形態においては、補償ゲイン算出部５１でグリップロス度ｇに基づいて補償ゲインＫを算出する補償ゲイン算出マップの特性線が線形に設定されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、特性線を非線形に設定するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、車両の横加速度を横加速度センサ４３で検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ステアリング機構ＳＭの操舵角と車速Ｖｘとに基づいて横加速度を推定するようにしてもよい。
In the above embodiment, the case where the characteristic line of the compensation gain calculation map in which the compensation
In the above embodiment, the case where the lateral acceleration of the vehicle is detected by the lateral acceleration sensor 43 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the lateral acceleration is based on the steering angle of the steering mechanism SM and the vehicle speed Vx. May be estimated.
さらに、上記実施形態においては、ヨーレートγ、横加速度Ｇｙ及び車両運動モデルに基づいて横力Ｆｙを推定し、この横力Ｆｙに基づいて実際に車両に作用するセルフアライニングトルクを推定する場合について説明したが、ハブ等に横力センサを設け、この横力センサで直接横力を検出し、これを用いてセルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐを算出してもよい。 Furthermore, in the above embodiment, the lateral force Fy is estimated based on the yaw rate γ, the lateral acceleration Gy, and the vehicle motion model, and the self-aligning torque that actually acts on the vehicle is estimated based on the lateral force Fy. As described above, a lateral force sensor may be provided in a hub or the like, and the lateral force may be directly detected by the lateral force sensor, and the self-aligning torque estimated value SATp may be calculated using this.
また、横力Ｆｙを用いずに、水平面における車両運動モデルと、車速Ｖｘ及び操舵角δとを用いてセルフアライニングトルクを推定してもよい。
つまり、ヨーレートγとスリップ角βと車速Ｖｘと操舵角δとの関係は、次式（８）及び（９）で表すことができる。
ｍＶｘ・(ｄβ／ｄｔ)
＝−[ｍＶｘ＋[(Ｋｆ・Ｌｆ−Ｋｒ・Ｌｒ)/Ｖｘ]]・γ−(Ｋｆ＋Ｋｒ)・β＋Ｋｆ・δ/ｎ
……（８）
Ｉ・(ｄγ／ｄｔ)
＝−[(Ｋｆ・Ｌｆ2＋Ｋｒ・Ｌｒ2)/Ｖｘ]・γ＋(−Ｋｆ・Ｌｆ＋Ｋｒ・Ｌｒ)・β
＋Ｋｆ・Ｌｆ・δ/ｎ
……（９）
なお、（８）及び（９）式中の、ｍは車両重量、Ｉは車両重心を通るＺ軸回りの慣性モーメント、Ｌはホイールベース（Ｌ＝Ｌｆ＋Ｌｒ）、Ｌｆ，Ｌｒは、前，後車軸から重心までの水平距離、Ｋｆ，Ｋｒは、前，後タイヤのコーナリングパワー、ｎはオーバーオールステアリングギア比、δ／ｎは前輪実舵角、βは車体重心のスリップ角、Ｖｘは車速、γはヨーレートである。
Alternatively, the self-aligning torque may be estimated using the vehicle motion model in the horizontal plane, the vehicle speed Vx, and the steering angle δ without using the lateral force Fy.
That is, the relationship among the yaw rate γ, the slip angle β, the vehicle speed Vx, and the steering angle δ can be expressed by the following equations (8) and (9).
mVx · (dβ / dt)
= − [MVx + [(Kf · Lf−Kr · Lr) / Vx]] · γ− (Kf + Kr) · β + Kf · δ / n
...... (8)
I · (dγ / dt)
= − [(Kf · Lf 2 + Kr · Lr 2 ) / Vx] · γ + (− Kf · Lf + Kr · Lr) · β
+ Kf · Lf · δ / n
...... (9)
In the equations (8) and (9), m is the vehicle weight, I is the moment of inertia about the Z axis passing through the center of gravity of the vehicle, L is the wheel base (L = Lf + Lr), and Lf and Lr are the front and rear axles. The horizontal distance from the center of gravity to the center of gravity, Kf and Kr are the cornering power of the front and rear tires, n is the overall steering gear ratio, δ / n is the actual steering angle of the front wheels, β is the slip angle of the center of gravity of the vehicle body, Vx is the vehicle speed, and γ is Yaw rate.
セルフアライニングトルクはヨーレートγとスリップ角βの関数として表すことができることから、ヨーレートγとスリップ角βとを車速Ｖｘと操舵角δとの関数として整理すれば、セルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐを求めることができる。車速Ｖｘと操舵角δよりセルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐを求めると、図１１に示すようになる。この特性は実験によって車両毎の特性値を測定してから、車両運動モデルを用いてシミュレーションによって作成してもよい。 Since the self-aligning torque can be expressed as a function of the yaw rate γ and the slip angle β, if the yaw rate γ and the slip angle β are arranged as a function of the vehicle speed Vx and the steering angle δ, the self-aligning torque estimated value SATp is obtained. Can be sought. When the self-aligning torque estimated value SATp is obtained from the vehicle speed Vx and the steering angle δ, it is as shown in FIG. This characteristic may be created by simulation using a vehicle motion model after measuring a characteristic value for each vehicle by experiment.
したがって、この場合には、図１２に示すように、車速センサ（車速検出手段）１６で検出した車速Ｖｘと、操舵角センサ５６で検出した操舵角δとをＳＡＴ推定部４１に入力し、このＳＡＴ推定部４１で、図１１の特性図にしたがってセルフアライニングトルク推定値ＳＡＴｐを算出すればよい。
さらに、上記実施形態においては、モータ角速度ωｍ、モータ角加速度αｍ、操舵トルクＴ及び操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに基づいてセルフアライニングトルクＳＡＴを推定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに代えて、モータ電流検出部７０で検出したモータ電流Ｉａ〜Ｉｃを３相／２相変換してｑ軸電流Ｉｑを算出し、このｑ軸電流Ｉｑとモータ角加速度αｍとに基づいて下記（１０）式の演算を行って算出したモータアシストトルクＴｍａを適用するようにしてもよい。
Therefore, in this case, as shown in FIG. 12, the vehicle speed Vx detected by the vehicle speed sensor (vehicle speed detection means) 16 and the steering angle δ detected by the
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the self-aligning torque SAT is estimated based on the motor angular velocity ωm, the motor angular acceleration αm, the steering torque T, and the steering auxiliary current command value Iref has been described. Instead, instead of the steering assist current command value Iref, the motor currents Ia to Ic detected by the motor
Ｔｍａ= Ｋｔ・Ｉｑ−Ｊｍ・α ｍ ……（１０）
ここで、Ｋｔはモータのトルク定数、Ｊｍはモータのロータ部の慣性モーメントである。
この他、電動モータ１２の出力軸、減速機１１の入出力軸等のトルク伝達軸に磁歪式トルクセンサなどのトルクセンサを配設し、このトルクセンサで検出したモータアシストトルクＴｍａを適用するようにしてもよい。
Tma = Kt · Iq−Jm · α m (10)
Here, Kt is the torque constant of the motor, and Jm is the moment of inertia of the rotor portion of the motor.
In addition, a torque sensor such as a magnetostrictive torque sensor is provided on the torque transmission shaft such as the output shaft of the
さらにまた、上記実施形態においては、ステアリングシャフト２に減速機１１を介して電動モータ１２を連結したコラム形式の電動パワーステアリング装置に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ステアリングギヤ機構８に減速機を介して電動モータを連結するピニオン形式の電動パワーステアリング装置やラック軸に減速機を介して電動モータを連結するラック形式の電動パワーステアリング装置にも本発明を適用することができる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a column-type electric power steering apparatus in which the
なおさらに、上記実施形態においては、本発明をブラシレスモータに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ブラシ付きモータに適用する場合には、図１３に示すように、角速度演算部３１でモータ電流検出部７０から出力されるモータ電流検出値Ｉｍ及び端子電圧検出部９０から出力されるモータ端子電圧Ｖｍに基づいて下記（１１）式の演算を行ってモータ角速度ωｍを算出すると共に、ｄ−ｑ軸電流指令値演算部２５を省略して補償後操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ′を直接モータ電流制御部２７に供給し、さらにモータ電流制御部２７を夫々１つの減算部７１、電流制御部７２、パルス幅変調部７３とインバータ７４に代えたＨブリッジ回路９１で構成すればよい。
Furthermore, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to a brushless motor has been described. However, the present invention is not limited to this, and when applied to a motor with a brush, as shown in FIG. Based on the motor current detection value Im output from the motor
ωｍ＝（Ｖｍ−Ｉｍ・Ｒｍ）／Ｋ0 …………（１１）
ここで、Ｒｍはモータ巻線抵抗、Ｋ0はモータの起電力定数である。
ωm = (Vm−Im · Rm) / K 0 (11)
Here, Rm is the motor winding resistance, and K 0 is the electromotive force constant of the motor.
１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
１２ 電動モータ
１４ 操舵トルクセンサ
１５ コントローラ
１７ 回転センサ
１９ 車速センサ
２１ 操舵補助電流指令値演算部
２２ 指令値補償部
２３ グリップロス検出部
２４ 補償値補正部
２５ ｄ−ｑ軸電流指令値演算部
２６ モータ電流制御部
３５ ＳＡＴ検出部
３６ ＳＡＴ補償部
４1 ＳＡＴ推定部
４２ ヨーレートセンサ
４３ 横加速度センサ
４４ 横力検出部
５１ 補償ゲイン算出部
５２ 補償ゲイン設定部
５３ 選択部
５５ ステア状態検出部
５５ 乗算器
５６ 操舵角センサ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
タイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出手段と、車両のステア状態を検出するステア状態検出手段と、前記転舵輪側に発生するセルフアライニングトルクを検出するセルフアライニングトルク検出手段と、該セルフアライニングトルク検出手段で検出したセルフアライニングトルクに基づいて前記操舵補助電流指令値に対してセルフアライニングトルク補償を行うセルフアライニングトルク補償手段と、前記グリップロス度検出手段で検出したグリップロス度及び前記ステア状態検出手段で検出したステア状態に基づいて前記セルフアライニングトルク補償手段のセルフアライニングトルク補償値を補正する補償値補正手段とを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 Steering torque detection means for detecting steering torque input to a steering mechanism for turning steered wheels, an electric motor for applying steering assist force to the steering mechanism, and a steering assist current command value based on the steering torque And an electric power steering device having control means for controlling the electric motor based on the calculated steering assist current command value,
Grip loss degree detecting means for detecting the degree of grip loss indicating the degree of tire grip loss, steer state detecting means for detecting the steer state of the vehicle, and detecting self-aligning torque generated on the steered wheel side Self-aligning torque detecting means; self-aligning torque compensating means for performing self-aligning torque compensation for the steering auxiliary current command value based on the self-aligning torque detected by the self-aligning torque detecting means; Compensation value correcting means for correcting the self-aligning torque compensation value of the self-aligning torque compensating means based on the grip loss degree detected by the grip loss degree detecting means and the steering state detected by the steering state detecting means. An electric power steering device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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