JP2022026837A - Driver torque estimation device and steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、運転者によって操作部材に加えられるドライバトルクを推定するドライバトルク推定装置、およびドライバトルク推定装置を備えたステアリング装置に関する。 The present invention relates to a driver torque estimation device that estimates a driver torque applied to an operating member by a driver, and a steering device including a driver torque estimation device.
複数の機械要素が連結されることにより操作部材と転舵輪とが接続されるステアリング装置において、ステアリング装置に発生するトルクをセンシングするためにトーションバーが連結される場合がある。前記トーションバーの捩れ量に基づき導出されるトルクには、運転者が操作部材を操作することにより発生するドライバトルク、アシストモーターから入力されるアシストトルク、転舵輪から入力される路面反力トルクなどが含まれる。 In a steering device in which an operating member and a steering wheel are connected by connecting a plurality of mechanical elements, a torsion bar may be connected in order to sense torque generated in the steering device. The torque derived based on the torsion amount of the torsion bar includes the driver torque generated by the driver operating the operating member, the assist torque input from the assist motor, the road surface reaction force torque input from the steering wheel, and the like. Is included.
従来、センシングされたトルクからアシストトルクを推定するために、種々の方法が提案されている(例えば特許文献1)。 Conventionally, various methods have been proposed for estimating the assist torque from the sensed torque (for example, Patent Document 1).
ところが、ステアリング装置に取り付けられるステアリングホイールなどの操作部材を操作する運転者の操作状態は、様々であるため、運転者が操作部材に加える力を示すドライバトルクを様々な状況下で高精度に推定することは困難である。 However, since the operating state of the driver who operates the operating member such as the steering wheel attached to the steering device varies, the driver torque indicating the force applied to the operating member by the driver is estimated with high accuracy under various situations. It's difficult to do.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、様々な状況においてもドライバトルクを安定して推定できるドライバトルク推定装置、およびステアリング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a driver torque estimation device and a steering device that can stably estimate driver torque even in various situations.
上記目的を達成するために、本発明の1つであるドライバトルク推定装置は、複数の機械要素の組み合わせにより操作可能に保持される操作部材の操作に応じて転舵輪を転舵するステアリング装置に適用されるドライバトルク推定装置であって、前記機械要素に発生するトルクを取得するトルク取得部と、運転者が前記操作部材に加える力であるドライバトルクを前記トルク取得部から取得したトルクを用いて非線形演算に基づき推定するドライバトルク推定部と、前記操作部材の動作を示す動作情報に基づき運転者の操作部材の操作状態を特定する操作状態特定部と、前記操作状態特定部の特定結果に基づき、前記ドライバトルク推定部に用いられる前記非線形演算に適用されるパラメータ値を更新する更新部と、を備える。 In order to achieve the above object, the driver torque estimation device, which is one of the present inventions, is a steering device that steers the steering wheel according to the operation of the operating member that is operably held by the combination of a plurality of mechanical elements. It is an applied driver torque estimation device, and uses a torque acquisition unit that acquires the torque generated in the mechanical element and a torque that acquires the driver torque, which is the force applied by the driver to the operation member, from the torque acquisition unit. The driver torque estimation unit that estimates based on the non-linear calculation, the operation state specification unit that specifies the operation state of the driver's operation member based on the operation information indicating the operation of the operation member, and the identification result of the operation state specification unit. Based on the above, the driver torque estimation unit includes an update unit for updating the parameter value applied to the non-linear calculation.
また、上記目的を達成するために、本発明の他の1つであるステアリング装置は、転舵輪を転舵する転舵機構と、運転者による操作部材の操作を前記転舵機構に伝達する伝達機構と、ドライバトルク推定装置と、を備え、前記ドライバトルク推定装置は、前記機械要素に発生するトルクを取得するトルク取得部と、運転者が前記操作部材に加える力であるドライバトルクを前記トルク取得部から取得したトルクを用いて非線形演算に基づき推定するドライバトルク推定部と、前記操作部材の動作を示す動作情報に基づき運転者の操作部材の操作状態を特定する操作状態特定部と、前記操作状態特定部の特定結果に基づき、前記ドライバトルク推定部に用いられる前記非線形演算に適用されるパラメータ値を更新する更新部と、を備える。 Further, in order to achieve the above object, the steering device, which is another one of the present invention, has a steering mechanism for steering the steering wheel and a transmission for transmitting the operation of the operating member by the driver to the steering mechanism. The driver torque estimation device includes a mechanism and a driver torque estimation device, and the driver torque estimation device obtains a torque acquisition unit for acquiring torque generated in the mechanical element and a driver torque which is a force applied by a driver to the operation member. The driver torque estimation unit that estimates based on non-linear calculation using the torque acquired from the acquisition unit, the operation state specification unit that specifies the operation state of the driver's operation member based on the operation information indicating the operation of the operation member, and the above. An update unit for updating a parameter value applied to the non-linear calculation used in the driver torque estimation unit based on a specific result of the operation state specifying unit is provided.
本発明によれば、運転者が操作部材を操作する状態に応じてドライバトルクを推定するためのパラメータ値を切り替えることで、ドライバトルクを安定して推定することができる。 According to the present invention, the driver torque can be stably estimated by switching the parameter value for estimating the driver torque according to the state in which the driver operates the operating member.
以下に、本発明に係るドライバトルク推定装置、およびステアリング装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の位置関係、および接続状態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下では複数の発明を一つの実施の形態として説明する場合があるが、請求項に記載されていない構成要素については、その請求項に係る発明に関しては任意の構成要素であるとして説明している。また、図面は、本発明を説明するために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of the driver torque estimation device and the steering device according to the present invention will be described with reference to the drawings. The numerical values, shapes, materials, components, positional relationships of the components, connection states, steps, the order of steps, etc. shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present invention. Further, in the following, a plurality of inventions may be described as one embodiment, but the components not described in the claims will be described as arbitrary components with respect to the claimed invention. ing. Further, the drawings are schematic views in which emphasis, omission, and ratio adjustment are appropriately performed in order to explain the present invention, and may differ from the actual shape, positional relationship, and ratio.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係るステアリング装置を示す図である。ステアリング装置100は、操作部材200の操作に応じて転舵輪210を転舵する装置であって、転舵機構110と、伝達機構120と、ドライバトルク推定装置130と、を備えている。実施の形態1の場合、ステアリング装置100は、いわゆる電動パワーステアリング装置であり、アシスト機構140をさらに備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a steering device according to the first embodiment. The
転舵機構110は、転舵輪210を転舵する機構であり、実施の形態1の場合、ラックシャフト111と、タイロッド112と、を備えている。
The
ラックシャフト111は、車両の左右方向に沿って直線状に延在配置されている。ラックシャフト111の周面の一部には、伝達機構120の一部であるピニオンシャフト121の先端部に設けられたピニオン124に噛み合うラック113が形成されており、ピニオンシャフト121の回転がラックシャフト111の軸方向の移動に変換されるラック・アンド・ピニオン機構が構成されている。ラックシャフト111は、軸方向に移動することによって、タイロッド112、ナックルアーム(不図示)などを介して転舵輪210を転舵することができる。
The
伝達機構120は、運転者による操作部材200の操作を転舵機構110に伝達する機構である。実施の形態1の場合、伝達機構120は、ユニバーサルジョイント125を介して連結されるピニオンシャフト121と、インタミディエイトシャフト122と、コラムシャフト123と、を備えている。
The
ステアリング装置100は、伝達機構120に取り付けられた操作量センサ151、トルクセンサ152を備えている。
The
操作量センサ151は、操作部材200の操作量を取得するセンサである。実施の形態1の場合、操作部材200は、環状のステアリングホイールであり、操作部材200の操作は、回転により行われる。操作量センサ151は、操作部材200の回転に伴って回転するコラムシャフト123の回転量を操作量として取得する回転角センサである。操作量センサ151が取得する回転角は、トルクセンサ152の入力軸側の回転角として把握される。
The
トルクセンサ152は、複数の機械要素の組み合わせで構成された伝達機構120に発生するトルクを情報として取得する。トルクセンサ152の取り付け位置は、特に限定されるものではないが、実施の形態1の場合、トルクセンサ152は、ピニオンシャフト121に取り付けられている。トルクセンサ152の種類は特に限定されるものではないが、実施の形態1の場合、ピニオンシャフト121に介在配置されているトーションバー153の捩れ量に基づきトルクを取得する。トーションバー153の操作部材200側は、入力軸であり、トーションバー153のピニオン124側の端部は出力軸となる。入力軸も出力軸も共に回転するため、トルクセンサ152は、入力軸の回転量と出力軸の回転量の差分に基づきトルクを取得する。
The
操作部材200が操作(回転)されると、この回転が、コラムシャフト123、およびインタミディエイトシャフト122を介して、ピニオンシャフト121に伝達される。そして、ピニオンシャフト121の回転は、ピニオン124とラック113との噛み合いによって、ラックシャフト111の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪210が転舵される。
When the
アシスト機構140は、アシスト力を発生するための電動モータ141と、電動モータ141の出力トルクを増幅して転舵機構110に伝達するための減速機142とを備えている。実施の形態1では、電動モータ141は、三相ブラシレスモータであり、出力軸の回転量はレゾルバなどのモータ角度センサ144(図2参照)により出力されている。減速機142は、電動モータ141の出力軸に連結されるウォームギヤと、ウォームギヤと噛み合うウォームホイールとを備えるウォーム減速機である。ウォームホイールは第二ピニオンシャフト143が取り付けられており、第二ピニオンシャフト143は、ラックシャフト111に設けられた第二ラック114と噛み合う。
The
電動モータ141は、運転者の操作状態に応じて駆動され、減速機142、および第二ピニオンシャフト143を介してアシストトルクがラックシャフト111に付与される。これにより、操作部材200から加えられるドライバトルクと電動モータ141からのアシストトルクに基づき転舵輪210は転舵するため、少ないドライバトルクで転舵輪210を転舵することが可能となる。
The
図2は、実施の形態1に係るドライバトルク推定装置の機能構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the driver torque estimation device according to the first embodiment.
ドライバトルク推定装置130は、ピニオンシャフト121、コラムシャフト123や、これを保持する軸受などの機械要素の組み合わせにより操作可能に保持される操作部材200の操作に応じて転舵輪210を転舵するステアリング装置100に適用され、運転者が操作部材200に入力するドライバトルクを推定する装置である。ドライバトルク推定装置130は、プログラムをコンピュータに実行させることにより実現される処理部として、トルク取得部131と、ドライバトルク推定部132と、操作状態特定部133と、更新部134とを備えている。実施の形態1の場合、ドライバトルク推定装置130は、さらに出力軸角度取得部136と、ノイズ状態特定部135を備えている。
The driver
トルク取得部131は、操作部材200と転舵輪210とを連結する機械要素に発生するトルクを取得する。実施の形態1の場合、トルク取得部131は、機械要素の一つであるピニオンシャフト121に発生するトルクをトルクセンサ152から取得する。トルクセンサ152から取得したトルクには、運転者が操作部材200を操作することにより発生するドライバトルク、アシスト機構140の電動モータ141から入力されるアシストトルク、転舵輪210から入力される路面反力トルクなどが含まれる。
The
実施の形態1の場合、トルク取得部131は、ドライバトルク推定装置130の周期毎にトルクセンサ152から一つの値としてトルクを取得する。
In the case of the first embodiment, the
出力軸角度取得部136は、トルクセンサ152の出力軸側の角度をドライバトルク推定部に入力する入力変数として取得する。実施の形態1の場合、出力軸角度取得部136は、電動モータ141の出力軸の角度をモータ角度センサ144から取得し、減速機142のギア比、第二ピニオンシャフト143と第二ラック114とのギア比、ピニオンシャフト121とラック113とのギア比などに基づき出力軸角度を算出する。
The output shaft
ドライバトルク推定部132は、トルク取得部131が取得したトルクを用いて非線形演算に基づきドライバトルクを推定する。ドライバトルク推定部132が採用しうる非線形の演算は、例えば非線形オブザーバ、パーティクルフィルタ、Moving Horizon推定器などを例示することができる。実施の形態1の場合、ドライバトルク推定部132は、トルク取得部131が取得したトルク、および出力軸角度取得部136がモータ角度センサ144から得られた情報を演算処理して取得した出力軸角度を入力とし、非線形カルマンフィルタを用いてドライバトルクを推定している。
The driver torque estimation unit 132 estimates the driver torque based on the nonlinear calculation using the torque acquired by the
コラムシャフト123について、以下のモデルが成立する。
The following model is established for the
上記式1のモデルを状態遷移方程式で表し、オイラー法(または、ルンゲクッタ法)で離散化する。 The model of Equation 1 above is represented by a state transition equation and discretized by the Euler method (or Runge-Kutta method).
式2の3行目のドライバートルクTd(k)は、ランダムウォークモデルである。 The driver torque Td (k) in the third line of the equation 2 is a random walk model.
ここで、非線形カルマンフィルタにおけるシステムノイズの共分散行列Q(k)は、下式3で表される Here, the covariance matrix Q (k) of the system noise in the nonlinear Kalman filter is expressed by the following equation 3.
入力軸の角度の分散と入力軸の角速度の分散とは、予め定められた一定値である。具体的には、角度、角速度が急峻に変化している状況でも問題なくドライバトルクが推定できるように試験、シミュレーションなどにより事前に入力軸の角度の分散と入力軸の角速度の分散とをチューニングしている。ドライバトルクの分散は、更新部134によって更新される。
The variance of the angle of the input shaft and the variance of the angular velocity of the input shaft are predetermined constant values. Specifically, the dispersion of the input shaft angle and the dispersion of the input shaft angular velocity are tuned in advance by testing, simulation, etc. so that the driver torque can be estimated without problems even in situations where the angle and angular velocity are changing sharply. ing. The driver torque distribution is updated by the
操作状態特定部133は、操作部材200の動作を示す動作情報に基づき運転者の操作部材の操作状態を特定する。実施の形態1の場合、操作状態特定部133は、図3に示すように、ローパスフィルタ部161と、第一統計処理部162と、を備えている。
The operation
ローパスフィルタ部161は、トルク取得部131から取得するトルクを動作情報として取得し、操作周波数帯域のトルクを抽出する。操作周波数帯域を決定するローパスフィルタ部161のカットオフ周波数は、特に限定されるものではないが、運転者が操作部材200を操作する周期を考慮し数Hz程度をカットオフ周波数として採用することが好ましい。つまり、操作周波数帯域は数Hz以下である。
The low-
第一統計処理部162は、ローパスフィルタ部161を通過した動作情報を所定の第一期間内において移動統計処理し、運転者が操作部材200を急峻に操作した度合い(緩慢に操作した度合い)を示す値を導出する。実施の形態1の場合、第一統計処理部162は、ローパスフィルタ部161により抽出された操作周波数帯域のトルクの移動分散を演算により取得する。移動分散を演算する際のウインドウサイズは特に限定されるものではない。実施の形態1の場合、ドライバトルク推定装置130の処理周期毎にトルクが一つ得られるため、ウインドウサイズを所定数(例えば10)に設定している。これにより、ドライバトルク推定装置130のメモリの負荷を抑制し、操作状態特定部133の特定のリアルタイム性の向上を図ることができる。
The first
ノイズ状態特定部135は、操作状態特定部133が取得する動作情報と同じ動作情報に基づきステアリング装置100が搭載される車両の電磁気的な環境によるノイズ状態などを特定する。実施の形態1の場合、ノイズ状態特定部135は、図4に示すように、ハイパスフィルタ部164と、第二統計処理部165と、を備えている。
The noise
ハイパスフィルタ部164は、トルク取得部131から取得するトルクを動作情報として取得し、高周波数帯域のセンサノイズを抽出する。ハイパスフィルタ部164のカットオフ周波数は、特に限定されるものではないが、ステアリング装置100が搭載される車両が備えるECU(Electronic Control Unit)などから入力されるノイズの周波数を考慮し数百Hz程度をカットオフ周波数として採用することが好ましい。
The high-
第二統計処理部165は、ハイパスフィルタ部164を通過した動作情報を所定の第二期間内において移動統計処理し、観測ノイズを特定する指標を導出する。実施の形態1の場合、第二統計処理部165は、ハイパスフィルタ部164により抽出された高周波数帯域のセンサノイズの移動分散を演算により取得する。移動分散を演算する際のウインドウサイズは特に限定されるものではない。実施の形態1の場合、ウインドウサイズは、第一統計処理部162と同じ数(例えば10)に設定している。これにより、ドライバトルク推定装置130のメモリの負荷を抑制し、操作状態特定部133の特定のリアルタイム性の向上を図ることができる。
The second
更新部134は、操作状態特定部133の特定結果に基づき、ドライバトルク推定部132に用いられる非線形演算に適用されるパラメータ値を更新する。実施の形態1の場合、更新部134は、操作状態特定部133が導出した操作周波数帯域におけるトルクの分散を取得し、取得したトルクの分散を共分散行列Q(k)におけるドライバトルクの分散としてドライバトルク推定部132に入力する。
The
また実施の形態1の場合、更新部134は、ノイズ状態特定部135の特定結果に基づき、ドライバトルク推定部132に用いられる非線形演算に適用されるパラメータ値を更新する。更新部134は、ノイズ状態特定部135が導出した高周波数帯域におけるトルクの分散を取得し、取得したトルクの分散を観測ノイズの分散としてドライバトルク推定部132に入力する。
Further, in the case of the first embodiment, the updating
ドライバトルク推定部132は、更新部134により更新されたパラメータ値に基づきドライバトルクを推定し、例えば運転者が操作部材200に触れているか否か、車両を操向するために積極的に操作部材200に触れているか否かなどを判定する操作状態判定装置220等に推定したドライバトルクを提供する。
The driver torque estimation unit 132 estimates the driver torque based on the parameter value updated by the
図5は、ドライバトルク推定装置の1周期における処理の流れを示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing a processing flow in one cycle of the driver torque estimation device.
ドライバトルク推定装置130は、所定の周期でドライバトルクの推定を繰り返す。ドライバトルク推定装置130の処理の1周期において、トルク取得部131、出力軸角度取得部136などは各センサから測定値を取得する(S101)。操作状態特定部133は、トルクセンサ152の測定値に基づきパラメータ値の一つであるトルクの分散を特定する。またノイズ状態特定部135は、パラメータ値の他の一つである観測ノイズの分散を特定する(S102)。
The driver
更新部134は、操作状態特定部133からトルクの分散をドライバトルクの分散として取得し、ドライバトルク推定部132に取得したドライバトルクの分散を出力してドライバトルクの分散を更新させる。また、ノイズ状態特定部135からノイズの分散を観測ノイズの分散として取得し、ドライバトルク推定部132に取得した観測ノイズの分散を出力して観測ノイズの分散を更新させる(S103)。
The
ドライバトルク推定部132は、トルク取得部131が取得したトルク、出力軸角度取得部136が取得した出力軸角度に基づき更新されたパラメータ値に基づき非線形カルマンフィルタを計算し、ドライバトルクを推定する(S104)。
The driver torque estimation unit 132 calculates the nonlinear Kalman filter based on the parameter values updated based on the torque acquired by the
ドライバトルク推定部132は、例えば操作状態判定装置220に推定したドライバトルクを出力する(S105)。 The driver torque estimation unit 132 outputs the estimated driver torque to, for example, the operation state determination device 220 (S105).
(実施の形態2)
続いて、ドライバトルク推定装置、およびステアリング装置の他の実施の形態について説明する。なお、前記実施の形態1と同様の作用や機能、同様の形状や機構や構造を有するもの(部分)には同じ符号を付して説明を省略する場合がある。また、以下では実施の形態1と異なる点を中心に説明し、同じ内容については説明を省略する場合がある。
(Embodiment 2)
Subsequently, another embodiment of the driver torque estimation device and the steering device will be described. In addition, the same reference numerals may be given to those having the same functions and functions as those in the first embodiment, and the same shapes, mechanisms and structures, and the description thereof may be omitted. Further, in the following, the points different from those of the first embodiment will be mainly described, and the same contents may be omitted.
図6は、実施の形態2に係るステアリング装置を示す図である。同図に示すように、実施の形態2に係るステアリング装置100は、トルクセンサ152を備えていない。
FIG. 6 is a diagram showing a steering device according to the second embodiment. As shown in the figure, the
図7は、実施の形態2に係るドライバトルク推定装置の機能構成を示すブロック図である。ドライバトルク推定装置130は、操作量取得部137と、トルク取得部131と、ドライバトルク推定部132と、操作状態特定部133と、更新部134と、出力軸角度取得部136と、ノイズ状態特定部135を備えている。
FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of the driver torque estimation device according to the second embodiment. The driver
操作量取得部137は、操作量センサ151から操作部材200の操作量を取得する。実施の形態2の場合、操作量取得部137は、操作部材200の回転に伴って回転するコラムシャフト123の回転量(回転角)を入力軸角度として取得する。
The operation
トルク取得部131は、出力軸角度取得部136が取得した出力軸角度と、操作量取得部137が取得した入力軸角度に基づきトルクを算出して取得する。トルクを算出する方法は、特に限定されるものではなく、線形演算、非線形演算のいずれでも構わない。実施の形態2の場合、トルク取得部131は、線形のトーションバーモデルに基づきトルクを算出している。具体的には、入力軸角度と出力軸角度の差分に係数を乗算することによりトルクを算出している。
The
更新部134は、操作状態特定部133の第一統計処理部162が算出したトルクの分散に対し第一閾値を含む段階的な閾値を設け、隣り合う閾値で区切られた領域のそれぞれに異なるドライバトルクの分散が設定されたシステムノイズ分散マップを備えている。システムノイズ分散マップは、第一統計情報であるトルクの分散が第一閾値以上の各領域に対しては、段階的にドライバトルク推定部132の応答性が高くなるように段階的に大きくなるドライバトルクの分散が設定される。一方、トルクの分散が第一閾値未満の各領域に対しては、ドライバトルク推定部132の応答性が低くなるように段階的に小さくなるドライバトルクの分散が設定される。
The
図8は、実施の形態2に係る更新部のシステムノイズの更新処理の流れを示すフローチャートである。実施の形態2の場合、更新部134は、第一閾値と第一閾値よりも大きな第三閾値で区切られた三つの領域のそれぞれに段階的に大きくなる第一システムノイズ、第二システムノイズ、第三システムノイズが設定されたシステムノイズ分散マップを備えている。
FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the system noise update process of the update unit according to the second embodiment. In the case of the second embodiment, the
更新部134は、操作状態特定部133からトルクの分散を取得すると(S201)、システムノイズ分散マップに照らし合わせ、トルクの分散が第一閾値未満の場合(S202:YES)、第一システムノイズを決定する(S203)。トルクの分散が第一閾値以上、かつ第三閾値未満の場合(S204:YES)、第二システムノイズを決定する(S205)。トルクの分散が第三閾値以上の場合(S204:No)、第三システムノイズを決定する(S205)。更新部134は、決定したシステムノイズを用いてドライバトルク推定部132のパラメータ値を更新する(S207)。
When the
また更新部134は、ノイズ状態特定部135の第二統計処理部165が算出したノイズの分散に対し第二閾値を含む段階的な閾値を設け、隣り合う閾値で区切られた領域のそれぞれに異なる観測ノイズの分散が設定された観測ノイズ分散マップを備えている。観測ノイズ分散マップは、第二統計情報であるノイズの分散が第二閾値以上の各領域に対しては、段階的にドライバトルク推定部132の応答性が低くなるように段階的に大きくなる観測ノイズの分散が設定される。一方、ノイズの分散が第二閾値未満の各領域に対しては、ドライバトルク推定部132の応答性が高くなるように段階的に小さくなる観測ノイズの分散が設定される。
Further, the
図9は、実施の形態2に係る更新部の観測ノイズの更新処理の流れを示すフローチャートである。実施の形態2の場合、更新部134は、第二閾値と第二閾値よりも大きな第四閾値で区切られた三つの領域のそれぞれに段階的に大きくなる第一観測ノイズ、第二観測ノイズ、第三観測ノイズが設定された観測ノイズ分散マップを備えている。
FIG. 9 is a flowchart showing the flow of the observation noise update process of the update unit according to the second embodiment. In the case of the second embodiment, the
更新部134は、ノイズ状態特定部135からノイズの分散を取得すると(S301)、観測ノイズ分散マップに照らし合わせ、ノイズの分散が第二閾値未満の場合(S302:YES)、第一観測ノイズを決定する(S303)。ノイズの分散が第二閾値以上、かつ第四閾値未満の場合(S304:YES)、第二観測ノイズを決定する(S305)。ノイズの分散が第四閾値以上の場合(S304:No)、第三観測ノイズを決定する(S305)。更新部134は、決定した観測ノイズを用いてドライバトルク推定部132のパラメータ値を更新する(S307)。
When the
以上の実施の形態にかかるドライバトルク推定装置130、およびドライバトルク推定装置130を備えたステアリング装置100によれば、運転者が操作部材を操作する状態、例えば操作部材を急峻に操作している状態と、緩慢に操作している状態とを適切に検出することができる。そして検出された操作状態に応じて例えば非線形カルマンフィルタに適応されるシステムノイズ共分散行列に含まれるパラメータ値を更新して応答性を調整している。これにより、ドライバトルクを安定した状態で高精度に推定することができる。
According to the driver
また、ドライバトルクを推定するために入力される情報から観測ノイズを抽出し、これに基づきパラメータ値を更新してドライバトルク推定部132の応答性を調整している。これにより、車両における電気的、磁気的な環境の変化に適切に対応して高精度にドライバトルクを推定することができる。また、センサの個体差を吸収することもできるためドライバトルク推定装置130の汎用性、信頼性を高めることが可能となる。
Further, the observed noise is extracted from the information input for estimating the driver torque, and the parameter value is updated based on the observed noise to adjust the responsiveness of the driver torque estimation unit 132. As a result, the driver torque can be estimated with high accuracy in response to changes in the electrical and magnetic environment of the vehicle. Further, since it is possible to absorb individual differences of the sensor, it is possible to improve the versatility and reliability of the driver
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, another embodiment realized by arbitrarily combining the components described in the present specification and excluding some of the components may be an embodiment of the present invention. The present invention also includes modifications obtained by making various modifications that can be conceived by those skilled in the art within the scope of the gist of the present invention, that is, the meaning indicated by the wording described in the claims, with respect to the above-described embodiment. Will be.
例えば、操作状態特定部133は、トルクセンサ152から得られるトルク、または操作部材200の回転角を動作情報として取得して操作状態を特定したが、これ以外の動作情報を用いて操作状態を特定しても構わない。また、複数のセンサからそれぞれ得られる複数の動作情報を組み合わせて操作状態を特定しても構わない。
For example, the operation
また、更新部134がシステムノイズ分散マップなどの操作状態とパラメータ値とが対応付けられたマップを備えている場合などにおいて、操作状態特定部133は、操作状態を示す値として2乗平均などの統計結果を操作状態として導出しても構わない。
Further, when the
また、システムノイズの分散、および観測ノイズの分散を更新対象のパラメータとして説明したが、観測ノイズの分散については、事前の試験でチューニングした一定値でも構わない。また、ドライバトルクを推定するモデルに応じて更新対象のパラメータを選定しても構わない。 Further, although the variance of the system noise and the variance of the observed noise have been described as the parameters to be updated, the dispersion of the observed noise may be a constant value tuned in the preliminary test. Further, the parameter to be updated may be selected according to the model for estimating the driver torque.
100…ステアリング装置、110…転舵機構、111…ラックシャフト、112…タイロッド、113…ラック、114…第二ラック、120…伝達機構、121…ピニオンシャフト、122…インタミディエイトシャフト、123…コラムシャフト、124…ピニオン、125…ユニバーサルジョイント、130…ドライバトルク推定装置、131…トルク取得部、132…ドライバトルク推定部、133…操作状態特定部、134…更新部、135…ノイズ状態特定部、136…出力軸角度取得部、137…操作量取得部、140…アシスト機構、141…電動モータ、142…減速機、143…第二ピニオンシャフト、144…モータ角度センサ、151…操作量センサ、152…トルクセンサ、153…トーションバー、161…ローパスフィルタ部、162…第一統計処理部、164…ハイパスフィルタ部、165…第二統計処理部、200…操作部材、210…転舵輪、220…操作状態判定装置 100 ... Steering device, 110 ... Steering mechanism, 111 ... Rack shaft, 112 ... Tie rod, 113 ... Rack, 114 ... Second rack, 120 ... Transmission mechanism, 121 ... Pinion shaft, 122 ... Intermediate shaft, 123 ... Column Shaft, 124 ... Pinion, 125 ... Universal joint, 130 ... Driver torque estimation device, 131 ... Torque acquisition unit, 132 ... Driver torque estimation unit, 133 ... Operation state specification unit, 134 ... Update unit, 135 ... Noise state specification unit, 136 ... Output shaft angle acquisition unit, 137 ... Operation amount acquisition unit, 140 ... Assist mechanism, 141 ... Electric motor, 142 ... Reducer, 143 ... Second pinion shaft, 144 ... Motor angle sensor, 151 ... Operation amount sensor, 152 ... Torque sensor, 153 ... Torque bar, 161 ... Low pass filter unit, 162 ... First statistical processing unit, 164 ... High pass filter unit, 165 ... Second statistical processing unit, 200 ... Operating member, 210 ... Steering wheel, 220 ... Operation Status judgment device
Claims (5)
前記機械要素に発生するトルクを取得するトルク取得部と、
運転者が前記操作部材に加える力であるドライバトルクを前記トルク取得部から取得したトルクを用いて非線形演算に基づき推定するドライバトルク推定部と、
前記操作部材の動作を示す動作情報に基づき運転者の操作部材の操作状態を特定する操作状態特定部と、
前記操作状態特定部の特定結果に基づき、前記ドライバトルク推定部に用いられる前記非線形演算に適用されるパラメータ値を更新する更新部と、
を備えるドライバトルク推定装置。 A driver torque estimation device applied to a steering device that steers a steering wheel according to an operation of an operating member that is operably held by a combination of a plurality of mechanical elements.
A torque acquisition unit that acquires the torque generated in the machine element,
A driver torque estimation unit that estimates the driver torque, which is the force applied by the driver to the operating member, based on a non-linear calculation using the torque acquired from the torque acquisition unit.
An operation state specifying unit that specifies the operation state of the driver's operation member based on the operation information indicating the operation of the operation member, and the operation state specifying unit.
An update unit that updates the parameter value applied to the nonlinear operation used in the driver torque estimation unit based on the specific result of the operation state specifying unit, and an update unit.
A driver torque estimator equipped with.
前記更新部は、
前記ノイズ状態特定部の特定結果に基づき、前記ドライバトルク推定部に用いられる前記非線形演算に適用されるパラメータ値を更新する
請求項1に記載のドライバトルク推定装置。 Further provided with a noise state specifying unit for specifying the noise state of the vehicle on which the steering device is mounted based on the operation information indicating the operation of the operating member.
The update part
The driver torque estimation device according to claim 1, wherein the parameter value applied to the non-linear calculation used in the driver torque estimation unit is updated based on the specific result of the noise state specifying unit.
前記操作部材の操作量、および前記トルク取得部から取得するトルクの少なくとも一方を動作情報として取得し、ローパスフィルタに通した前記動作情報を所定の第一期間内において統計処理した結果である第一統計情報を特定し、
前記更新部は、
前記第一統計情報が第一閾値以上の場合、前記ドライバトルク推定部の応答性が高くなるように前記非線形演算に適用されるパラメータ値を更新し、前記第一統計情報が第一閾値未満の場合、前記ドライバトルク推定部の応答性が低くなるように前記非線形演算に適用されるパラメータ値を更新する
請求項1または2に記載のドライバトルク推定装置。 The operation state specifying unit is
It is the result of statistically processing the operation information obtained by acquiring at least one of the operation amount of the operation member and the torque acquired from the torque acquisition unit as operation information and passing the operation information through a low-pass filter within a predetermined first period. Identify the statistics and
The update part
When the first statistical information is equal to or more than the first threshold value, the parameter value applied to the nonlinear calculation is updated so that the responsiveness of the driver torque estimation unit becomes high, and the first statistical information is less than the first threshold value. The driver torque estimation device according to claim 1 or 2, wherein the parameter value applied to the non-linear calculation is updated so that the responsiveness of the driver torque estimation unit becomes low.
前記操作部材の操作量、および前記トルク取得部から取得するトルクの少なくとも一方を動作情報として取得し、ハイパスフィルタに通した前記動作情報を所定の第二期間内において統計処理した結果である第二統計情報を特定し、
前記更新部は、
前記第二統計情報が第二閾値以上の場合、前記ドライバトルク推定部の応答性が低くなるように前記非線形演算に適用されるパラメータ値を更新し、前記第二統計情報が第二閾値未満の場合、前記ドライバトルク推定部の応答性が高くなるように前記非線形演算に適用されるパラメータ値を更新する
請求項2または請求項2を引用する請求項3に記載のドライバトルク推定装置。 The noise state specifying part is
It is the result of statistically processing the operation amount of the operation member and at least one of the torques acquired from the torque acquisition unit as operation information and passing the operation information through the high-pass filter within a predetermined second period. Identify the statistics and
The update part
When the second statistical information is equal to or more than the second threshold value, the parameter value applied to the nonlinear calculation is updated so that the responsiveness of the driver torque estimation unit becomes low, and the second statistical information is less than the second threshold value. The driver torque estimation device according to claim 2, wherein the parameter value applied to the non-linear calculation is updated so that the responsiveness of the driver torque estimation unit becomes high.
運転者による操作部材の操作を前記転舵機構に伝達する伝達機構と、
請求項1から4のいずれか一項に記載のドライバトルク推定装置と、
を備えるステアリング装置。 A steering mechanism that steers the steering wheel and
A transmission mechanism that transmits the operation of the operating member by the driver to the steering mechanism, and
The driver torque estimation device according to any one of claims 1 to 4, and the driver torque estimation device.
A steering device equipped with.
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