JP4071529B2 - Self-aligning torque estimation device and lateral grip degree estimation device - Google Patents
Self-aligning torque estimation device and lateral grip degree estimation device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4071529B2 JP4071529B2 JP2002120566A JP2002120566A JP4071529B2 JP 4071529 B2 JP4071529 B2 JP 4071529B2 JP 2002120566 A JP2002120566 A JP 2002120566A JP 2002120566 A JP2002120566 A JP 2002120566A JP 4071529 B2 JP4071529 B2 JP 4071529B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- torque
- steering
- estimating
- estimated
- friction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セルフアライニングトルク推定装置及び横グリップ度推定装置に係り、特に、パワーステアリング装置からの情報を用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装置及びこのセルフアライニングトルクを用いてグリップ度を推定する横グリップ度推定装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
特開平11−287749号公報には、操舵角に対する操舵トルクの特性を演算し、演算結果に基づいて路面摩擦係数(路面μ)を推定する路面摩擦係数推定装置(以下「従来技術1」という。)が開示されている。
【0003】
従来技術1は、操舵角の変化量に対する操舵トルクの変化量として、グリップ状態に相当する物理量である路面μを求めている。従来技術1は、ノイズを増幅させる微分を行うことによって変化量を求めているので、ノイズの影響を受けやすく、ノイズを多く含んた路面μを推定する。したがって、従来技術1は、車両が路面外乱の大きな悪路を走行する場合、精度よく路面μを推定することができない問題があった。
【0004】
また、グリップ度を高精度に推定するためには、タイヤに与えられる負荷が最も大きい時、すなわちタイヤの摩擦特性が限界に近い時に路面μを推定するのが好ましい。一方、従来技術1は、ハンドルの切り増し時にのみ路面μを推定するので、タイヤに与えられる負荷が最も大きくなる最大舵角時においては、ハンドルの切り増しができないので、路面μを推定することができない。すなわち、従来技術1は、最大舵角時には路面μを推定することできず、最大舵角時に至る手前の路面μを推定することしかできない、という問題があった。
【0005】
ところで、従来技術1における操舵角に対する操舵トルクの特性(スリップ角に対するセルフアライニングトルクの特性とほぼ同様。)では、タイヤトレッドのねじれやパワーステアリング装置のクーロン摩擦等によってヒステリシス特性が生じる。このため、ハンドルの切り増し時と切り戻し時とでは、操舵角に対する操舵トルクの特性が異なってしまう。したがって、上記特性に着目して路面μを推定すると、推定値にばらつきが生じる問題もあった。
【0006】
また、保舵時にハンドルが動かない程度にドライバが操舵力を減少させた場合、従来技術1では、操舵角は変化していないにも拘わらず操舵トルクが減少してしまい、路面μの推定値が誤って低下する可能性がある。そこで、従来技術1は、切り増し時のみ路面μを推定することによってこのような誤った推定を回避する共に推定値のばらつきを低減させていたが、この結果切り戻しや保舵時にはグリップ状態等の路面摩擦状態を推定できない、という問題がある。
【0007】
また、切戻しや保舵時に路面摩擦状態を推定できないということは、例えば保舵状態で低μ路から高μ路へ乗り移ったり、高μ路から低μ路に乗り移ったりしてグリップ状態が変化した場合には、変化した時点では路面摩擦状態を推定できず、次に操舵角を切り増しするまでグリップ状態の推定ができないことを意味している。
【0008】
一方、特開平6−221968号公報には、車輪の復元モーメントとコーナリングフォースとの関係に基づいて、ヒステリシスを抑制しながら、車輪がグリップ限界に陥る手前から路面μを検出する路面摩擦係数検出装置(以下「従来技術2」という。)が開示されている。
【0009】
しかし、従来技術2は、ヒステリシスを抑制するヒステリシス抑制手段を備えているものの、切り込み、切り戻し等の操作状況に限定して路面摩擦係数を検出している。さらに、従来技術2は、ヒステリシス発生の少ない状況、つまり定速かつ定常旋回状況に限って路面摩擦係数を検出しているに過ぎないので、従来技術1と同様に、路面摩擦係数を推定する運転状況を限定しているという問題があった。
【0010】
このため、速い適応性が要求されるパワーステアリング装置やABS制御装置においては、グリップ状態に応じて切換動作を行うための制御パラメータとして、従来技術1又は2で推定されたパラメータを利用することができないという問題があった。
【0011】
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、路面外乱の影響を受けることなく、常に精度よく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装置、及びこのセルフアライニングトルクを用いてグリップ度を推定する横グリップ度推定装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵のアシストトルクを検出するアシストトルク検出手段と、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクと、前記アシストトルク検出手段により検出されたアシストトルクとに基づいて、操舵軸に加えられる反力トルクを推定する反力トルク推定手段と、前記反力トルク推定手段により推定された絶対値が最大になるときの反力トルクと、操舵系の切り戻し時の反力トルクとの差に基づいて、操舵系の内部摩擦に応じた摩擦トルクを推定する摩擦トルク推定手段と、前記反力トルク推定手段により推定された反力トルクと、前記摩擦トルク推定手段により推定された摩擦トルクとに基づいて、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、を備えている。
【0013】
反力トルク推定手段は、操舵トルクとアシストトルクとに基づいて、操舵軸に加えられる反力トルクを推定する。このとき、反力トルクの推定精度を上げるために、パワーステアリング装置の粘性摩擦を考慮してもよいし、外乱オブザーバを用いてパワーステアリング装置の慣性を考慮してもよい。
【0014】
摩擦トルク推定手段は、操舵系の内部摩擦に応じた摩擦トルクを推定する。操舵系内部摩擦は、反力トルクのヒステリシス特性の原因となるものであり、路面外乱に応じて大きく変化して常に一定ではない。そこで、摩擦トルク推定手段は、悪路走行時に路面外乱がある場合でも内部摩擦の変化に応じて摩擦トルクを推定することで、逐次ヒステリシス特性の補償を行う。
また、前記摩擦トルク推定手段は、前記反力トルク推定手段により推定された絶対値が最大になるときの反力トルクと、操舵系の切り戻し時の反力トルクとの差に基づいて、前記摩擦トルクを推定する。
したがって、操舵系の切り戻しのたびに最新の摩擦トルクを推定するので、路面の荒さによって操舵系の内部摩擦が変化する場合でも、その変化に対応して逐次ヒステリシス特性の補償を行うことができる。
【0015】
セルフアライニングトルク推定手段は、反力トルクと摩擦トルクとに基づいてセルフアライニングトルクを推定する。つまり、反力トルクからヒステリシス特性を除去することで、ヒステリシス特性のない正確なセルフアライニングトルクを推定する。
【0016】
したがって、請求項1記載の発明では、路面外乱の影響を受けることなく、ヒステリシス特性の除去された高精度のセルフアライニングトルクを推定することができる。
【0019】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、車速を検出する車速検出手段と、前記車速検出手段により検出された車速に応じたカットオフ周波数が設定され、前記反力トルク推定手段により推定された反力トルクに対してローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタと、を更に備え、前記摩擦トルク推定手段は、前記ローパスフィルタで処理された反力トルクを用いて前記摩擦トルクを推定し、前記セルフアライニングトルク推定は、前記ローパスフィルタで処理された反力トルクを用いて前記セルフアライニングトルクを推定することを特徴とする。
【0020】
路面外乱の入力周波数は、車速が高くなるに従って高くなる。一方、車速が高くなるに従って、安定性確保のために高い応答性が求められる。
【0021】
したがって、請求項2記載の発明では、ローパスフィルタは、車速が低い場合にはカットオフ周波数を低く設定することで路面からの低周波外乱に対応し、車速が高い場合にはカットオフ周波数を高く設定することで応答性を確保している。
【0022】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、前記反力トルク推定手段により推定された反力トルクと、前記摩擦トルク推定手段により推定された摩擦トルクとに基づいて、操舵系の中立点の変化に応じた補正トルクを推定する補正トルク推定手段を更に備え、前記セルフアライニングトルク推定手段は、前記補正トルク推定手段により推定された補正トルクを更に用いて、前記セルフアライニングトルクを推定することを特徴とする。
【0023】
バンク路走行時では、操舵系の中立点が移動して、反力トルクはその影響を受けてしまう。そこで、補正トルク推定手段は、操舵系の中立点の変化に応じた反力トルクの変化を補正トルクとして推定する。そして、セルフアライニングトルク推定手段は、補正トルクを更に用いてセルフアライニングトルクを推定する。
【0024】
したがって、請求項3記載の発明では、補正トルクを用いることでバンク路走行時の反力トルクの変化を補正することができ、正確にセルフアライニングトルクを推定することができる。
【0025】
請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記セルフアライニングトルク推定手段は、操舵系の切り戻し前後の摩擦トルクの変化に応じて前記補正トルクを調整し、操舵系の切り戻し後の摩擦トルクと前記調整後の補正トルクとを用いて前記セルフアライニングトルクを推定することを特徴とする。
【0026】
操舵系の切り戻しの直後に摩擦トルクが変化すると、セルフアライニングトルクは急激に変化して不連続になってしまう。そこで、セルフアライニングトルク推定手段は、操舵系の切り戻し前後の摩擦トルクの変化に応じて補正トルクを調整することで、摩擦トルクの変化を調整トルクに吸収させる。
【0027】
したがって、請求項4記載の発明では、操舵系の切り戻し前後でセルフアライニングトルクが不連続になるのを防止することができる。
【0028】
請求項5記載の発明は、スリップ角を推定するスリップ角推定手段と、セルフアライニングトルクを推定する請求項1から5のいずれか1項記載のセルフアライニングトルク推定装置と、前記スリップ角推定手段により推定されたスリップ角に応じた基準モデルにおけるセルフアライニングトルクと、前記セルフアライニングトルク推定装置により推定されたセルフアライニングトルクとに基づいて、タイヤの横方向のグリップ度を推定するグリップ度推定手段と、を備えている。
【0029】
グリップ度推定手段は、前記スリップ角推定手段により推定されたスリップ角に基づいて、基準モデルのセルフアライニングトルクを演算する。ここにいう基準モデルとしては、例えば、タイヤ発生力特性を理論解析によってモデル化したブラッシュモデルが好ましい。そして、基準モデルのセルフアライニングトルクと、セルフアライニングトルク推定装置により推定されたセルフアライニングトルクとに基づいて、タイヤの横方向のグリップ度を推定する。
【0030】
したがって、請求項5記載の発明では、基準モデルのセルフアライニングトルクに対して、推定されたセルフアライニングトルクがどの程度の値になっているかを判定することで、横方向の摩擦余裕を表すグリップ度を推定することができる。
【0031】
請求項6記載の発明は、スリップ角を推定するスリップ角推定手段と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵のアシストトルクを検出するアシストトルク検出手段と、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクと、前記アシストトルク検出手段により検出されたアシストトルクと、に基づいて、操舵軸に加えられる反力トルクを推定する反力トルク推定手段と、前記反力トルク推定手段により推定された絶対値が最大になるときの反力トルクと、操舵系の切り戻し時の反力トルクとの差に基づいて、操舵系の内部摩擦に応じた摩擦トルクを推定する摩擦トルク推定手段と、前記スリップ角推定手段により推定されたスリップ角と、前記反力トルク推定手段により推定された反力トルクとを少なくとも用いて、操舵系の中立点の変化に応じた補正量を推定する補正量推定手段と、前記スリップ角推定手段により推定されたスリップ角と、前記反力トルク推定手段により推定された反力トルクと、前記摩擦トルク推定手段により推定された摩擦トルクと、前記補正量推定手段により推定された補正量とに基づいて、タイヤの横方向のグリップ度を推定するグリップ度推定手段と、を備えている。
【0032】
バンク路走行時では、操舵系の中立点が移動するので、推定されたスリップ角や反力トルクはその影響を受けてしまう。そこで、摩擦量推定手段は、スリップ角と反力トルクとを少なくとも用いて、操舵系の中立点の変化に応じた補正量を推定する。
【0033】
したがって、請求項6記載の発明では、補正量を用いることでバンク路走行時のスリップ角や反力トルクの変化を補正することができ、正確にセルフアライニングトルクを推定することができる。ここで、補正量としては、請求項8または9のようにするのが好ましい。
【0034】
請求項7記載の発明は、請求項6記載の発明において、前記補正量推定手段は、前記補正量として操舵系の中立点の変化に応じた補正スリップ角を推定することを特徴とする。
【0035】
請求項8記載の発明は、請求項6記載の発明において、前記補正量推定手段は、前記摩擦トルク推定手段により推定された摩擦トルクを更に用いて、前記補正量として操舵系の中立点の変化に応じた補正トルクを推定することを特徴とする。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0037】
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態に係るグリップ度推定装置の構成を示す図である。上記グリップ度推定装置は、電動式パワーステアリング装置が搭載された車両に用いて好適なものである。
【0038】
グリップ度推定装置は、操舵角を検出する操舵角センサ11と、車速を検出する車速センサ12と、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ13と、アシストトルクを検出するアシストトルクセンサ14と、各センサから出力された情報を用いてセルフアライニングトルク(以下「SAT」という。)を推定し、さらに横グリップ度を推定する電子制御ユニット(以下「ECU」という。)20と、を備えている。
【0039】
操舵角センサ11は、ハンドル角を示す操舵角θpを検出し、検出した操舵角θpをECU20に供給する。車速センサ12は、車体速度を示す車速uを検出し、検出した車速uをECU20に供給する。
【0040】
操舵トルクセンサ13は、ステアリングシャフトと同軸上に取り付けられており、操舵軸に作用する操舵トルクTpを検出し、検出した操舵トルクTpをECU20に供給する。
【0041】
アシストトルクセンサ14は、電動式パワーステアリング装置で使用される電動モータのモータ電流Imを検出し、(1)式に従ってアシストトルクTaを演算する。
【0042】
【数1】
【0043】
ただし、gp:ピニオンリード、gb:ボールネジリード、km:アシストモータトルク係数である。そして、アシストトルクセンサ14は、演算したアシストトルクTaをECU20に供給する。なお、モータ電流Imは、電動式パワーステアリング装置のモータを流れる電流を実際に測定してもよいし、モータに出力する電流指令値を使ってもよい。
【0044】
ECU20は、図1に示すように、スリップ角を推定するスリップ角推定部21と、実反力トルクを推定する反力トルク推定部22と、車速感応フィルタ23,24と、操舵角速度を検出する操舵角速度検出部25と、操舵系の摩擦トルクを推定する摩擦トルク推定部26と、補正トルクを推定する補正トルク推定部27と、SATを推定するSAT推定部28と、スリップ角とSATとに基づいてグリップ度を推定するグリップ度推定部29と、を備えている。
【0045】
(スリップ角推定部21)
スリップ角推定部21は、操舵角センサ11で検出された操舵角θp[rad]と、車速センサ12で検出された車速u[m/s]とに基づいて、前輪スリップ角αf[rad]を推定する。ここで、前輪スリップ角αfは、車両運動の動特性を利用すると、(2)式及び(3)式の状態方程式によって表される。
【0046】
【数2】
【0047】
ただし、v:横速度[m/s]、r:ヨーレート[rad/s]、u:車速[m/s]、cf:前輪コーナリングパワー[N/rad]、cr:後輪コーナリングパワー[N/rad]、Lf:前軸重心間距離[m]、Lr:後軸重心間距離[m]、M:車両質量[kg]、Iz:ヨー慣性[kgm2]、gh:ハンドル実舵間ギヤ比である。記号^は、推定値であることを示している。
【0048】
上記(2)式及び(3)式をサンプル時間τで離散化し、車速uの関数として表現すると、次の(4)式及び(5)式が得られる。
【0049】
【数3】
【0050】
ただし、kはサンプリング番号である。また、(4)式のAs及びBsは、次の(6)式で表される。
【0051】
【数4】
【0052】
スリップ角推定部21は、サンプル時間τ毎に、(5)式に従って演算することで前輪スリップ角αfを検出し、前輪スリップ角αfを車速感応フィルタ23に供給する。
【0053】
(反力トルク推定部22)
反力トルク推定部22は、操舵トルクセンサ13で検出された操舵トルクTpと、アシストトルクセンサ14で検出されたアシストトルクTaとを加算して、操舵軸に加えられる実反力トルクTrを推定する。したがって、次の(7)式を演算する。
【0054】
【数5】
【0055】
なお、反力トルク推定部22は、電動式パワーステアリング装置の粘性摩擦を考慮した場合、操舵角速度を用いることによって、より正確に実反力トルクTrを推定することができる。具体的には、次の(8)式を演算すればよい。
【0056】
【数6】
【0057】
ただし、cは、電動式パワーステアリング装置の電動モータ、ピニオン軸及びラック等各要素の粘性を等価的にピニオン軸(ハンドル操舵軸)の粘性に換算した値である。
【0058】
また、反力トルク推定部22は、外乱オブザーバを用いることによって電動式パワーステアリング装置の慣性を考慮して、実反力トルクTrを推定することができる。ここで、電動式パワーステアリング装置の動特性は、(9)式の微分方程式によって表される。
【0059】
【数7】
【0060】
ただし、Mr:ラック質量、Jm:モータ慣性である。ここで、(9)式の右辺を外乱オブザーバで推定する外乱とみなした場合、(10)式のような外乱オブザーバが構成できる。
【0061】
【数8】
【0062】
ただし、Jeは(11)式、dは(12)式を満たしている。
【0063】
【数9】
【0064】
Gはオブザーバゲイン、記号^は各状態量の推定値を示している。(10)式は、操舵角速度(dθp/dt)及び操舵角θpから外乱dを推定する式である。(10)式を離散化すると、(13)式及び(14)式の漸化式となる。
【0065】
【数10】
【0066】
ただし、A、B、C、Dは、(10)式を離散化したシステム行列である。したがって、反力トルク推定部22は、下記の(15)式に従って実反力トルクTrを推定することができる。
【0067】
【数11】
【0068】
(車速感応フィルタ23,24)
車速感応フィルタ23は、車速センサ12で検出された車速uが高くなる従ってカットオフ周波数を高く設定するローパスフィルタである。本実施の形態では、車速感応フィルタ23は、例えば、時定数が車速uに反比例するように設定された1次ローパスフィルタで構成されている。なお、車速感応フィルタ23は、1次ローパスフィルタに限定されるものではなく、他の構成であってもよい。
【0069】
ここで、連続時間における1次ローパスフィルタは、(16)式の伝達関数によって表される。
【0070】
【数12】
【0071】
ただし、a:比例定数である。(16)式をTustin変換などの手法を用いて変換すると、離散時間のローパスフィルタを設計することができる。Tustin変換において、時間進みオペレータをzとした場合、sは(17)式で表される。
【0072】
【数13】
【0073】
(17)式を(16)式に代入すると、離散時間のローパスフィルタは、(18)式で表される。
【0074】
【数14】
【0075】
車速感応フィルタ23は、車速uによってカットオフ周波数を設定すると、スリップ角推定部21で推定されたスリップ角に対してローパスフィルタ処理を施し、処理されたスリップ角を補正トルク推定部27及びグリップ度推定部29に供給する。
【0076】
路面外乱の入力周波数は、車速が高くなると共に高くなる。また、グリップ度を車両運動制御に用いる場合、車速が高いほど安定性確保のために高い応答性が要求される。
【0077】
そこで、以上のように構成された車速感応フィルタ23は、車速が低い場合には、カットオフ周波数を低く設定することによって路面からの低周波外乱に対応できる。また、車速感応フィルタ23は、車速が高い場合には、カットオフ周波数を高く設定することによってグリップ状態推定の応答性を確保することができる。
【0078】
車速感応フィルタ24は、車速感応フィルタ23と同様に構成されている。車速感応フィルタ24は、車速センサ12で検出された車速uによってカットオフ周波数を設定すると、反力トルク推定部22で推定された実反力トルクに対してローパスフィルタ処理を施し、処理された実反力トルクを摩擦トルク推定部26、補正トルク推定部27及びSAT推定部28に供給する。
【0079】
(操舵角速度検出部25)
操舵角速度検出部25は、操舵角センサ11で検出された操舵角θpを時間微分して操舵角速度を求めて、摩擦トルク推定部26に供給する。
【0080】
(摩擦トルク推定部26)
摩擦トルク推定部26は、実反力トルクに生じるヒステリシス特性の原因となる摩擦トルクTfricを推定する。ここでは、摩擦トルク推定部26は、ハンドル切り増し中に絶対値が最大となったときの実反力トルクと、ハンドル切り戻し時点の実反力トルクとの差を演算し、この差を操舵系の内部クーロン摩擦によって生じる摩擦トルクTfricとして推定する。
【0081】
図2は、反力トルク推定部22によって推定された実反力トルクTrの経時変化を示す図である。同図では、ハンドルを左方向に操舵した時に生じる実反力トルクTrを正、ハンドルを右方向に操舵した時に生じる実反力トルクTrを負とした。
【0082】
摩擦トルク推定部26は、操舵角速度検出部25から供給された操舵角速度の符号が反転したことを検出すると、このタイミング以降の実反力トルクTrの最大値を次のように演算する。
【0083】
操舵角速度が負から正に反転して、ハンドルが左方向(正方向)に操舵された場合、正の実反力トルクTrが発生する。そして、摩擦トルク推定部26は、(19)式に従って、実反力トルクTrの最大値Tmaxを演算する。
【0084】
【数15】
【0085】
次に、摩擦トルク推定部26は、操舵の切り戻しによって操舵角速度が正から負に反転したことを検出すると、この時点の実反力トルクTrと上記のように求められた最大値Tmaxとを用いて、(20)式に従って摩擦トルクTfricを演算する。
【0086】
【数16】
【0087】
一方、操舵角速度が正から負に反転して、ハンドルが右方向に操舵された場合、負の実反力トルクTrが発生する。そして、摩擦トルク推定部26は、(21)式に従って、実反力トルクTrの最小値Tminを演算する。
【0088】
【数17】
【0089】
次に、摩擦トルク推定部26は、操舵の切り戻しによって操舵角速度が負から正に反転したことを検出すると、この時点の実反力トルクTrと上記のように求められた最小値Tminとを用いて、(22)式に従って摩擦トルクTfricを演算する。
【0090】
【数18】
【0091】
そして、摩擦トルク推定部26は、このように求めた摩擦トルクTfricを補正トルク推定部27及びSAT推定部28に供給する。なお、摩擦トルク推定部26は、切り戻し時以外では、前回演算した摩擦トルクTfricを保持して、保持している摩擦トルクTfricを補正トルク推定部27及びSAT推定部28に供給する。
【0092】
この結果、摩擦トルク推定部26は、ハンドルの切り戻しのたびに生じるヒステリシス特性に対して、ハンドル切り戻しのたびに摩擦トルクTfricを推定するので、常に正確なヒステリシス特性の大きさを推定することができる。
【0093】
特に悪路走行時には、路面外乱が操舵系内部のクーロン摩擦に対してディザー効果として働き、クーロン摩擦項が減少してクーロン摩擦が変化する。そこで、摩擦トルク推定部26は、上述のようにハンドル切り戻しのたびに摩擦トルクTfricを推定するので、クーロン摩擦の大きさが変化する場合においても、逐次最新のヒステリシス特性の補償を行うことができる。
【0094】
(補正トルク推定部27)
補正トルク推定部27は、バンク走行時の操舵の中立点変化によって生じる実反力トルクの変化を補正トルクとして推定する。バンク走行時には、操舵系の中立点が変化する。スリップ角とSAT推定値との関係を用いてグリップ度を推定する場合、実際にはグリップ度が高いにもかかわらず、スリップ角がある程度の値であってもSAT推定値がゼロ付近の値になってしまい、グリップ度が低くなるおそれがある。
【0095】
そこで、補正トルク推定部27は、実反力トルクが摩擦トルクを超える操舵開始時のスリップ角からバンク走行時の中立点の変化を実反力トルクの変化として検出し、この実反力トルクの変化を補正トルクとして推定する。
【0096】
図3は、水平直線路(以下「水直路」という。)及びバンク路におけるスリップ角に対する実反力トルクの関係を示す図である。同図では、ハンドルを左方向に操舵する場合に生じる実反力トルク、スリップ角を正の符号で表している。
【0097】
操舵開始時の実反力トルクがクーロン摩擦に打ち勝つ時点の実反力トルクは、クーロン摩擦に埋もれるような値ではなく、かつ路面μに応じたグリップ低下の影響を受けるほどの大きな値ではない。実反力トルクとスリップ角の関係は、操舵系の中立点の変化のみ反映する。
【0098】
ここでは、操舵開始時の実反力トルクがクーロン摩擦に打ち勝つ時点のスリップ角から水直路を想定した場合に予測される実反力トルクと、現時点の実反力トルクと、の差をバンクによって生じたトルクと判定し、この値を補正トルクとする。
【0099】
具体的には、補正トルク推定部27は、ハンドルが左方向に操舵された場合には、操舵開始条件である次の(23)式を満たすかを判定する。
【0100】
【数19】
【0101】
補正トルク推定部27は、(23)式の操舵開始条件を満たしたとき、次の(24)式に従って、補正トルクTcorrectを演算する。
【0102】
【数20】
【0103】
ただし、K0は、SAT推定値のスリップ角に対する原点勾配であり、後述する(34)式のK0と同じ値である。
【0104】
また、補正トルク推定部27は、ハンドルが右方向に操舵された場合には、操舵開始条件である次の(25)式を満たすかを判定する。
【0105】
【数21】
【0106】
補正トルク推定部27は、(25)式の操舵開始条件を満たしたとき、次の(26)式に従って、補正トルクTcorrectを演算する。
【0107】
【数22】
【0108】
なお、補正トルク推定部27は、(23)式又は(25)式の操舵開始条件を満たしていない場合では、前回推定した補正トルクTcorrectを保持している。そして、補正トルク推定部27は、このようにして推定した補正トルクTcorrectをSAT推定部28に供給する。
【0109】
(SAT推定部28)
SAT推定部28は、実反力トルクから電動式パワーステアリング装置のクーロン摩擦などによって生じるヒステリシス特性を除去し、さらにバンク走行時の操舵系の中立点移動について補正して、SAT推定値を演算する。つまり、SAT推定部28は、車速感応フィルタ24でフィルタ処理された実反力トルクと、摩擦トルク推定部26で推定された摩擦トルクと、補正トルク推定部27で推定された補正トルクとに基づいて、SAT推定値を演算する。
【0110】
ヒステリシス除去の演算は、以下のロジックによって行われる。
【0111】
最初に、実反力トルクが前回の摩擦トルクの半分の値を超え、かつ正方向(実反力トルクが正の値)へのハンドル操舵開始が判定され、バンク走行によって生じた補正トルクが更新演算された時点で、SAT推定部28は、次の(27)式に従ってSAT推定値TSATを演算する。
【0112】
【数23】
【0113】
また、負方向のハンドル操舵の場合、SAT推定部28は、次の(28)式に従ってSAT推定値TSATを演算する。
【0114】
【数24】
【0115】
次に、保舵状態(摩擦トルク、補正トルクが更新されない状態)における任意のサンプリング時点では、SAT推定部28は、次の手順に従って演算する。
【0116】
最初に、(29)式に従って摩擦状態量xSATを演算する。
【0117】
【数25】
【0118】
ただし、傾きK1は、1に比較して小さく設定された値であり、クーロン摩擦などによって実反力トルクが変動しても、摩擦状態量摩擦状態量xSATの変動は小さいことを表している。
【0119】
(29)式によって更新された摩擦状態量が、実反力トルクから補正トルクを減じた補正後の実反力トルクを中心に摩擦トルクの幅の領域から出た場合には、摩擦状態量をその境界の値に制限し、これをSAT推定値とする。
【0120】
すなわち、SAT推定部28は、次の(30)式に従って演算する。
【0121】
【数26】
【0122】
ここで、ハンドルの切り戻しが行われた場合、摩擦トルクの推定値が変化することがある。摩擦トルクが変化する現象は、図3で想定した摩擦トルク(水直路モデルのヒステリシスの幅)が間違っていたために、補正トルクの推定に誤差が含まれていた場合などに生じる現象である。そこで、SAT推定部28は、切り戻し時に摩擦トルクの推定値が変化した場合には、摩擦トルクの変化分を吸収するように補正トルクを修正する。このとき、補正トルクと摩擦トルクの和は、ハンドルの切り戻しの時点で変化しないようにする。
【0123】
具体的には、SAT推定部28は、右方向から左方向へのハンドルの切り戻しの際には、(31)式に従って補正トルクTcorrectを演算する。
【0124】
【数27】
【0125】
また、SAT推定部28は、左方向から右方向へのハンドルの切り戻しの際には、(32)式に従って補正トルクTcorrectを演算する。
【0126】
【数28】
【0127】
この結果、SAT推定部28は、ハンドルの切り戻し時にSAT推定値が不連続になることを防止すると共に、特に高グリップ状態では常にスリップ角に比例するSAT推定値を演算することができる。
【0128】
図4は、スリップ角に対する実反力トルクの関係を示す図であり、(A)はハンドル切り増し中の図であり、(B)はハンドル切り戻し直後の図である。ここでは、当初の摩擦トルクが、切り戻し時に推定した実際の摩擦トルクよりも大きい状態を想定した。
【0129】
同図(A)において、SAT推定部28は、実反力トルク、当初の摩擦トルク及び補正トルクに基づいて、SAT推定値を演算する。同図(B)において、SAT推定部28は、ハンドル切り戻し直後に摩擦トルクが前回値に比べて小さくなった時点で補正トルクを修正する。つまり、摩擦トルクが減少した分だけ補正トルクが増加しているる。したがって、次の(33)式が成立している。
【0130】
【数29】
【0131】
この結果、SAT推定部28は、ハンドル切り戻し直後にSAT推定値が不連続になることを防止することができ、また、特に高グリップ状態では常にスリップ角に比例するSAT推定値を演算することができる。
【0132】
図5は、補正後の実反力トルク(Tr−Tcorrect)に対するSAT推定値TSATの関係を示す図であり、(A)は摩擦トルクの大きさを示す図、(B)はヒステリシス除去演算の概念を説明する図である。
【0133】
SAT推定開始時では、SAT推定値は、(27)式を表す直線L1、(28)式を表す直線L2のいずれかの上にある(A点)。つぎに、実反力トルクが増加すると、SAT推定値は、いずれかの直線L(図5では、直線L2)に沿って増加する(B点)。ここで、実反力トルクが減少すると、SAT推定値は、傾きK1で減少する(C点)。
【0134】
直線L1及び直線L2の間の領域では、実反力トルクの変動に対して、SAT推定値の変動が小さくなるように設定されている。これは、旋回時の保舵状態においては、ドライバが操舵力を多少変化させても、電動式パワーステアリング装置のクーロン摩擦などの影響によって、SAT推定値には影響が現れないことを示したものである。
【0135】
なお、C点から再び実反力トルクが増加する場合、SAT推定値は、傾きK1でB点に向かって増加する。また、切り戻しによりC点から更に実反力トルクが減少してSAT推定値が上限(直線L1)に達した場合には、SAT推定値は直線L1に沿って減少する。このような2種類の傾きの設定によってヒステリシス特性が除去される。
【0136】
(グリップ度推定部29)
グリップ度推定部29は、SAT推定部28で演算されたSAT推定値と、ブラッシュモデルのSATとに基づいて、横方向の摩擦力余裕に相当するグリップ度を推定する。なお、ブラッシュモデルのSATについては、車速感応フィルタ23でフィルタ処理されたスリップ角を用いて演算する。
【0137】
図6は、タイヤ発生力特性を理論解析によってモデル化したブラッシュモデルを示す図であり、(A)は横スリップに対する横力の関係を示す図、(B)は横スリップに対するSATの関係を示す図である。同図(B)において、線形モデルは、SATの原点勾配を図示したものである。なお、横スリップλyとスリップ角αについては、λy=tanαであるが、ここで議論するスリップ角αは十分小さいため、λy=αとみなすことができる。
【0138】
図7は、(SAT/線形モデル)に対するグリップ度の関係を示す図である。(SAT/線形モデル)は、図6(B)に示す任意の横スリップにおいて、SATを線形モデルの値で割ったである。図7によると、(SAT/線形モデル)はグリップ度に一致する。すなわち、SAT推定値からグリップ度を直接推定することができる。
【0139】
ここで、グリップ度は、「1−μ利用率」(=1−横加速度(対重力加速度)/μmax)であることから、ブラッシュモデルから路面μを推定することができる。
【0140】
具体的には、グリップ度推定部29は、(34)式に従ってグリップ度g(k)を演算する。
【0141】
【数30】
【0142】
ただし、TSAT(k)はSAT推定部28で演算されたSAT推定値であり、αf(k)は車速感応フィルタ23でフィルタ処理されたスリップ角である。K0は、SATのスリップ角に対する原点勾配であり、図6(B)に示す線形モデルの傾きをスリップ角に対応させたものである。したがって、K0・αf(k)は、スリップ角αf(k)におけるブラッシュモデルのSATを表している。
【0143】
図8(A)は水直高μ路及びバンク走行時のスリップ角に対する実反力トルクの関係を示す図であり、(B)は水直高μ路及びバンク走行時のスリップ角に対するSAT推定値の関係を示す図である。同図(B)によると、バンク走行の補正が行われたSAT推定値は、スリップ角に比例する直線、つまり原点を通る直線となった。
【0144】
図9(A)は水直高μ路走行時の摩擦トルク、実反力トルク、補正トルク及び操舵角の経時変化を示す図であり、(B)はバンク走行時の摩擦トルク、実反力トルク、補正トルク及び操舵角の経時変化を示す図である。
【0145】
ここでは、実反力トルクは、左方向操舵時に発生するトルクを正の符号で表している。同図(B)におけるバンクは、左方向のカーブである。バンク進入時(5〜6[s]付近)に保舵した結果、カーブに沿って左に転舵しようとする負方向の実反力トルクが発生した。このような保舵中の実反力トルクの変化は、スリップ角0での実反力トルクの変化(縦方向の変化)として現れている。
【0146】
また、摩擦トルクは、切り戻しのたびに推定されている。ここでは、車両はすべて平滑路面を走行したため、摩擦トルクは4[Nm]付近の一定値になった。補正トルクは、水直高μ路ではほぼ0の値になったが、バンク路では操舵時に3[Nm]ほどの値になった。
【0147】
図10はグリップ度及び操舵角の経時変化を示す図であり、(A)は水直高μ路走行時の図、(B)はバンク路走行時の図である。グリップ度は、補正後のSAT推定値を用いて演算されたものである。同図によると、誤判定はなく、バンク路走行時であっても常に高グリップ状態を推定することができた。
【0148】
図11(A)は高μ路及び低μ路における30[km/h]走行時のスリップ角に対する実反力トルクの関係を示す図であり、(B)は高μ路及び低μ路における30[km/h]走行時のスリップ角に対するSAT推定値の関係を示す図である。なお、この実験は、平滑水直路面で行われた。同図によると、悪路とバンクに対応する補正(摩擦トルク、補正トルク)がグリップ度推定の基本性能に悪影響を与えないことを確認することができた。
【0149】
図12は、図11の実験の際における実反力トルク、摩擦トルク、補正トルク及び操舵角の推定結果を示す図であり、(A)は高μ路の場合、(B)は低μ路の場合を示す図である。同図によると、摩擦トルクは、ほぼ一定値(4[Nm])になった。補正トルクは、水直路に対応する値(0[Nm])になった。この結果、グリップ余裕のある高μ路のみならず、グリップの低下する低μ路においても、摩擦トルクや補正トルクを正確に推定することができた。
【0150】
図13は、グリップ度及び操舵角の経時変化を示す図であり、(A)は高μ路の場合、(B)は低μ路の場合を示す図である。特に低μ路走行時では、操舵角が大きくなった時のグリップ度の低下を適切に推定することができた。また、ハンドルの切り増し時に限らず、切り戻し時や保舵状態であっても、精度よくグリップ度を演算することができた。
【0151】
以上のように、第1の実施の形態に係るグリップ度推定装置は、操舵軸に作用する実反力トルクと、操舵系内部のクーロン摩擦等によって生じる摩擦トルクとに基づいて、SAT推定値を演算する。これにより、路面外乱によってクーロン摩擦の大きさが変化しても、その変化に対応して摩擦トルクを推定するので、路面外乱の影響を受けることなく精度よくSATを推定することができる。そして、SAT推定値を用いてグリップ度を演算するので、路面外乱の影響を受けずに高精度のグリップ度を推定することができる。
【0152】
また、グリップ度推定装置は、車速が高くなるに従ってカットオフ周波数が高く設定される車速感応フィルタ23,24を備えているので、車速が低い場合には路面からの低周波外乱に対応することができ、車速が高い場合には推定演算の応答性を確保することができる。
【0153】
さらに、グリップ度推定装置は、バンク路走行時では、操舵系の中立点の変化によって生じる実反力トルクの変化量を補正トルクとして演算することにより、SAT推定値を精度よく演算することができる。
【0154】
[第2の実施の形態]
つぎに、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同一の部位については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0155】
図14は、第2の実施の形態に係るグリップ度推定装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、ECU20は、図1に示した補正トルク推定部27に代えて、バンク走行時の補正スリップ角を推定する補正スリップ角推定部30を備えている。
【0156】
(補正スリップ角推定部30)
補正スリップ角推定部30は、バンク走行時の操舵の中立点変化によって生じるスリップ角の変化を検出し、これをバンク補正を行うための補正スリップ角として推定する。バンク走行時には、操舵系の中立点が変化する。スリップ角とSAT推定値との関係を用いてグリップ度を推定する場合、実際にはグリップ度が高いにもかかわらず、スリップ角がある程度の値であってもSAT推定値がゼロ付近の値になってグリップ度が低くなるおそれがある。
【0157】
そこで、補正スリップ角推定部30は、実反力トルクが摩擦トルクを超える操舵開始時のスリップ角からバンク走行時の中立点の変化をスリップ角の変化として検出し、この変化を補正スリップ角として推定する。
【0158】
図15は、水直路及びバンク路におけるスリップ角に対する実反力トルクの関係を示す図である。同図では、ハンドルを左方向に操舵する場合に生じる実反力トルク、スリップ角を正の符号で表している。
【0159】
操舵開始時の実反力トルクがクーロン摩擦に打ち勝つ時点の実反力トルクは、クーロン摩擦に埋もれるような値ではなく、かつ路面μに応じたグリップ低下の影響を受けるほどの大きな値ではない。実反力トルクとスリップ角の関係は、操舵系の中立点の変化のみ反映する。
【0160】
ここでは、操舵開始時の実反力トルクがクーロン摩擦に打ち勝つ時点のスリップ角から水直路を想定した場合に予測されるスリップと、現時点のスリップ角と、の差をバンクによって生じたスリップ角と判定し、この値を補正スリップ角とする。
【0161】
具体的には、補正スリップ角推定部30は、車速感応フィルタ23でフィルタ処理されたスリップ角αfと、後述のSAT推定値TSATを用いて、次の(35)式に従って補正スリップ角α1を演算する。
【0162】
【数31】
【0163】
一方、SAT推定部28は、第1の実施の形態と同様にして、SAT推定値TSATを演算する。なお、(27)式、(28)式及び(30)式においては、補正トルクTcorrect=0を代入して、SAT推定値TSATを演算する。
【0164】
(グリップ度推定部29)
グリップ度推定部29は、車速感応フィルタ23でフィルタ処理されたスリップ角と、SAT推定部28で演算されたSAT推定値と、補正スリップ角推定部30で推定された補正スリップ角とに基づいて、横方向の摩擦力余裕に相当するグリップ度を推定する。
【0165】
具体的には、グリップ度推定部29は、(36)式に従って、グリップ度g(k)を演算する。
【0166】
【数32】
【0167】
図16(A)は水直高μ路及びバンク走行時のスリップ角に対する実反力トルクの関係を示す図であり、(B)は水直高μ路及びバンク走行時のスリップ角に対するSAT推定値の関係を示す図である。同図(B)によると、バンク補正(補正スリップ角)によって、バンク路走行時のスリップ角は正方向に補正された。したがって、SAT推定値は、第1の実施の形態と同様に、スリップ角に比例する直線、つまり原点を通る直線となった。
【0168】
図17は、バンク路走行時におけるグリップ度及び操舵角の経時変化を示す図である。同図によると、第1の実施の形態と同様に、バンク路走行においても適切に高グリップ判定を行うことができた。
【0169】
以上のように、第2の実施の形態に係るグリップ度推定装置は、バンク路走行時において、操舵系の中立点の変化によって生じるスリップ角の変化量を補正スリップ角として演算することにより、SAT推定値を精度よく演算することができる。
【0170】
なお、本発明は、第1及び第2の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で種々の設計上の変更を行うことができる。例えば、第1及び第2の実施の形態では、電動式パワーステアリング装置を用いてグリップ度を演算する場合を例に挙げて説明したが、油圧式パワーステアリング装置を用いることもできる。この場合、油圧式パワーステアリング装置の油圧等を計測して操舵トルク及びアシストトルクに対応するトルクを検出することで、上述した実施の形態と同様にしてグリップ度を推定することができる。
【0171】
【発明の効果】
本発明に係るセルフアライニングトルク推定装置は、操舵軸に加えられる反力トルクと、操舵系の内部摩擦に応じた摩擦トルクとに基づいて、セルフアライニングトルクを推定することにより、路面外乱の影響を受けることなく、ヒステリシス特性が除去された、高精度のセルフアライニングトルクを推定することができる。
【0172】
本発明に係る横グリップ度推定装置は、スリップ角に応じた基準モデルにおけるセルフアライニングトルクと、セルフアライニングトルク推定装置により推定されたセルフアライニングトルクとに基づいて、タイヤの横方向のグリップ度を推定することにより、路面外乱の影響を受けることなく、高精度のグリップ度を推定することができる。
【0173】
本発明に係る横グリップ度推定装置は、推定されたスリップ角と、操舵軸に加えられる反力トルクと、操舵系の内部摩擦に応じた摩擦トルクと、操舵系の中立点の変化に応じた補正量とに基づいて、タイヤの横方向のグリップ度を推定することにより、どのような路面を走行しても、路面外乱の影響を受けることなく、高精度のグリップ度を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係るグリップ度推定装置の構成を示す図である。
【図2】反力トルク推定部によって推定された実反力トルクTrの経時変化を示す図である。
【図3】水直路及びバンク路におけるスリップ角に対する実反力トルクの関係を示す図である。
【図4】スリップ角に対する実反力トルクの関係を示す図であり、(A)はハンドル切り増し中の図であり、(B)はハンドル切り戻し直後の図である。
【図5】補正後の実反力トルク(Tr−Tcorrect)に対するSAT推定値TSATの関係を示す図であり、(A)は摩擦トルクの大きさを示す図、(B)はヒステリシス除去演算の概念を説明する図である。
【図6】タイヤ発生力特性を理論解析によってモデル化したブラッシュモデルを示す図であり、(A)は横スリップに対する横力の関係を示す図、(B)は横スリップに対するSATの関係を示す図である。
【図7】(SAT/線形モデル)に対するグリップ度の関係を示す図である。
【図8】(A)は水直高μ路及びバンク走行時のスリップ角に対する実反力トルクの関係を示す図であり、(B)は水直高μ路及びバンク走行時のスリップ角に対するSAT推定値の関係を示す図である。
【図9】(A)は水直高μ路走行時の摩擦トルク、実反力トルク、補正トルク及び操舵角の経時変化を示す図であり、(B)はバンク走行時の摩擦トルク、実反力トルク、補正トルク及び操舵角の経時変化を示す図である。
【図10】グリップ度及び操舵角の経時変化を示す図であり、(A)は水直高μ路走行時の図、(B)はバンク路走行時の図である。
【図11】(A)は高μ路及び低μ路における30[km/h]走行時のスリップ角に対する実反力トルクの関係を示す図であり、(B)は高μ路及び低μ路における30[km/h]走行時のスリップ角に対するSAT推定値の関係を示す図である。
【図12】図11の実験の際における実反力トルク、摩擦トルク、補正トルク及び操舵角の推定結果を示す図であり、(A)は高μ路の場合、(B)は低μ路の場合を示す図である。
【図13】グリップ度及び操舵角の経時変化を示す図であり、(A)は高μ路の場合、(B)は低μ路の場合を示す図である。
【図14】第2の実施の形態に係るグリップ度推定装置のECUの機能的な構成を示すブロック図である。
【図15】水直路及びバンク路におけるスリップ角に対する実反力トルクの関係を示す図である。
【図16】(A)は水直高μ路及びバンク走行時のスリップ角に対する実反力トルクの関係を示す図であり、(B)は水直高μ路及びバンク走行時のスリップ角に対するSAT推定値の関係を示す図である。
【図17】バンク路走行時におけるグリップ度及び操舵角の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
11 操舵角センサ
12 車速センサ
13 操舵トルクセンサ
14 アシストトルクセンサ
20 ECU
21 スリップ角推定部
22 反力トルク推定部
23,24 車速感応フィルタ
25 操舵角速度検出部
26 摩擦トルク推定部
27 補正トルク推定部
28 SAT推定部
29 グリップ度推定部
30 補正スリップ角推定部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a self-aligning torque estimation device and a lateral grip degree estimation device, and more particularly, to a self-aligning torque estimation device that estimates self-aligning torque using information from a power steering device and the self-aligning torque. The present invention relates to a lateral grip degree estimation device that uses a grip degree to estimate a grip degree.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-287749 discloses a road surface friction coefficient estimation device (hereinafter referred to as “
[0003]
[0004]
Further, in order to estimate the grip degree with high accuracy, it is preferable to estimate the road surface μ when the load applied to the tire is the largest, that is, when the friction characteristic of the tire is close to the limit. On the other hand, since the
[0005]
By the way, in the characteristic of the steering torque with respect to the steering angle in the prior art 1 (substantially the same as the characteristic of the self-aligning torque with respect to the slip angle), a hysteresis characteristic occurs due to torsion of the tire tread, Coulomb friction of the power steering device, and the like. For this reason, the characteristic of the steering torque with respect to the steering angle is different between when the steering wheel is turned and when it is turned back. Therefore, when the road surface μ is estimated by paying attention to the above characteristics, there is a problem that the estimated value varies.
[0006]
Further, when the driver reduces the steering force to such an extent that the steering wheel does not move during steering, in the
[0007]
In addition, the fact that the road surface friction state cannot be estimated at the time of switching back and holding means that the grip state changes, for example, from a low μ road to a high μ road in a steering state or from a high μ road to a low μ road. In this case, the road surface friction state cannot be estimated at the time of change, and the grip state cannot be estimated until the steering angle is increased.
[0008]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-221968 discloses a road surface friction coefficient detection device that detects road surface μ from a position before the wheel falls into the grip limit while suppressing hysteresis based on the relationship between the restoring moment of the wheel and the cornering force. (Hereinafter referred to as “
[0009]
However, although the
[0010]
For this reason, in a power steering device or ABS control device that requires quick adaptability, the parameter estimated in the
[0011]
The present invention has been proposed to solve the above-described problems, and is a self-aligning torque estimation device that always accurately estimates self-aligning torque without being affected by road surface disturbance, and the self-aligning. An object of the present invention is to provide a lateral grip degree estimation device that estimates a grip degree using torque.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0013]
The reaction force torque estimating means estimates the reaction force torque applied to the steering shaft based on the steering torque and the assist torque. At this time, in order to increase the estimation accuracy of the reaction force torque, viscous friction of the power steering apparatus may be considered, or inertia of the power steering apparatus may be considered using a disturbance observer.
[0014]
The friction torque estimating means estimates the friction torque according to the internal friction of the steering system. Steering system internal friction is a cause of the hysteresis characteristic of the reaction torque, and varies greatly according to road surface disturbance and is not always constant. Accordingly, the friction torque estimating means sequentially compensates for the hysteresis characteristic by estimating the friction torque according to the change of the internal friction even when there is a road surface disturbance when traveling on a rough road.
Further, the friction torque estimating means is based on the difference between the reaction force torque when the absolute value estimated by the reaction force torque estimating means is maximum and the reaction force torque when the steering system is switched back. Estimate the friction torque.
Therefore, since the latest friction torque is estimated every time the steering system is switched back, even when the internal friction of the steering system changes due to the roughness of the road surface, the hysteresis characteristics can be compensated sequentially in response to the change. .
[0015]
The self-aligning torque estimation means estimates the self-aligning torque based on the reaction force torque and the friction torque. That is, by removing the hysteresis characteristic from the reaction force torque, an accurate self-aligning torque without the hysteresis characteristic is estimated.
[0016]
Therefore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to estimate the highly accurate self-aligning torque from which the hysteresis characteristic is removed without being affected by the road surface disturbance.
[0019]
Claim2The described invention is claimed.1The vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed and a cut-off frequency corresponding to the vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means are set, and a low pass with respect to the reaction force torque estimated by the reaction force torque estimating means. A low-pass filter that performs a filtering process, wherein the friction torque estimating means estimates the friction torque using a reaction force torque processed by the low-pass filter, and the self-aligning torque estimation is performed using the low-pass filter. The self-aligning torque is estimated using the reaction force torque processed in step (1).
[0020]
The input frequency of the road disturbance increases as the vehicle speed increases. On the other hand, as the vehicle speed increases, high responsiveness is required to ensure stability.
[0021]
Therefore, the claims2In the described invention, the low-pass filter responds to low-frequency disturbance from the road surface by setting the cutoff frequency low when the vehicle speed is low, and responds by setting the cutoff frequency high when the vehicle speed is high. The sex is secured.
[0022]
Claim3The described invention is claimed.1 or 2In the described invention,Based on the reaction torque estimated by the reaction torque estimation means and the friction torque estimated by the friction torque estimation means,A correction torque estimating means for estimating a correction torque according to a change in the neutral point of the steering system is further provided, and the self-aligning torque estimating means further uses the correction torque estimated by the correction torque estimating means to The aligning torque is estimated.
[0023]
When traveling on a bank road, the neutral point of the steering system moves, and the reaction torque is affected. Therefore, the correction torque estimating means estimates a change in the reaction torque according to the change in the neutral point of the steering system as the correction torque. Then, the self-aligning torque estimating means estimates the self-aligning torque further using the correction torque.
[0024]
Therefore, the claims3In the described invention, by using the correction torque, it is possible to correct a change in the reaction torque when the bank road travels, and it is possible to accurately estimate the self-aligning torque.
[0025]
Claim4The described invention is claimed.3In the described invention, the self-aligning torque estimating means adjusts the correction torque according to a change in the friction torque before and after the steering system is switched back, and the friction torque after the steering system is switched back and the correction after the adjustment. The self-aligning torque is estimated using torque.
[0026]
If the friction torque changes immediately after the steering system is switched back, the self-aligning torque changes rapidly and becomes discontinuous. Therefore, the self-aligning torque estimating means adjusts the correction torque in accordance with the change in the friction torque before and after the steering system is switched back to absorb the change in the friction torque in the adjustment torque.
[0027]
Therefore, the claims4In the described invention, it is possible to prevent the self-aligning torque from becoming discontinuous before and after the steering system is switched back.
[0028]
Claim5The invention described in the foregoing is estimated by slip angle estimating means for estimating a slip angle, self-aligning torque estimating device according to any one of
[0029]
The grip degree estimating means calculates a self-aligning torque of the reference model based on the slip angle estimated by the slip angle estimating means. As the reference model here, for example, a brush model obtained by modeling tire generation force characteristics by theoretical analysis is preferable. Then, based on the self-aligning torque of the reference model and the self-aligning torque estimated by the self-aligning torque estimation device, the lateral grip degree of the tire is estimated.
[0030]
Therefore, the claims5In the described invention, the grip degree representing the friction margin in the lateral direction is estimated by determining how much the estimated self-aligning torque is relative to the self-aligning torque of the reference model. be able to.
[0031]
Claim6The described invention includes a slip angle estimating means for estimating a slip angle, a steering torque detecting means for detecting a steering torque, an assist torque detecting means for detecting an assist torque for steering, and the steering detected by the steering torque detecting means. Reaction force torque estimating means for estimating a reaction force torque applied to the steering shaft based on the torque and the assist torque detected by the assist torque detecting means;Based on the difference between the reaction force torque when the absolute value estimated by the reaction force torque estimation means is maximum and the reaction force torque when the steering system is switched back,Friction torque estimation means for estimating friction torque according to internal friction of the steering system, slip angle estimated by the slip angle estimation means, and reaction force torque estimated by the reaction force torque estimation means A correction amount estimating means for estimating a correction amount according to a change in the neutral point of the steering system, a slip angle estimated by the slip angle estimating means, a reaction force torque estimated by the reaction force torque estimating means, Grip degree estimating means for estimating the lateral grip degree of the tire based on the friction torque estimated by the friction torque estimating means and the correction amount estimated by the correction amount estimating means.
[0032]
When traveling on a bank road, the neutral point of the steering system moves, and thus the estimated slip angle and reaction force torque are affected. Therefore, the friction amount estimation means estimates the correction amount according to the change in the neutral point of the steering system, using at least the slip angle and the reaction force torque.
[0033]
Therefore, the claims6In the described invention, by using the correction amount, it is possible to correct a change in slip angle and reaction torque when traveling on a bank road, and it is possible to accurately estimate the self-aligning torque. Here, it is preferable that the correction amount be as in
[0034]
Claim7The described invention is claimed.6In the described invention, the correction amount estimation means estimates a correction slip angle corresponding to a change in a neutral point of a steering system as the correction amount.
[0035]
Claim8The described invention is claimed.6In the described invention, the correction amount estimation means further uses the friction torque estimated by the friction torque estimation means to estimate a correction torque according to a change in a neutral point of the steering system as the correction amount. And
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0037]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a grip degree estimation device according to the first embodiment. The grip degree estimation device is suitable for use in a vehicle equipped with an electric power steering device.
[0038]
The grip degree estimation device includes a
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
The assist
[0042]
[Expression 1]
[0043]
Where gp: Pinion lead, gb: Ball screw lead, km: Assist motor torque coefficient. The assist
[0044]
As shown in FIG. 1, the ECU 20 detects a slip
[0045]
(Slip angle estimation unit 21)
The
[0046]
[Expression 2]
[0047]
Where v: lateral velocity [m / s], r: yaw rate [rad / s], u: vehicle speed [m / s], cf: Front wheel cornering power [N / rad], cr: Rear wheel cornering power [N / rad], Lf: Distance between front centroids [m], Lr: Distance between rear axle centers of gravity [m], M: vehicle mass [kg], Iz: Yaw inertia [kgm2], Gh: It is a gear ratio between steering wheel actual rudder. The symbol ^ indicates an estimated value.
[0048]
When the above equations (2) and (3) are discretized with the sample time τ and expressed as a function of the vehicle speed u, the following equations (4) and (5) are obtained.
[0049]
[Equation 3]
[0050]
Here, k is a sampling number. In addition, A in equation (4)sAnd BsIs represented by the following equation (6).
[0051]
[Expression 4]
[0052]
The
[0053]
(Reaction torque estimation unit 22)
The reaction
[0054]
[Equation 5]
[0055]
Note that the reaction force
[0056]
[Formula 6]
[0057]
However, c is a value obtained by equivalently converting the viscosity of each element such as the electric motor, the pinion shaft, and the rack of the electric power steering apparatus into the viscosity of the pinion shaft (handle steering shaft).
[0058]
In addition, the reaction force
[0059]
[Expression 7]
[0060]
However, Mr: Rack mass, Jm: Motor inertia. Here, when the right side of the equation (9) is regarded as a disturbance estimated by the disturbance observer, a disturbance observer like the equation (10) can be configured.
[0061]
[Equation 8]
[0062]
However, JeSatisfies equation (11) and d satisfies equation (12).
[0063]
[Equation 9]
[0064]
G represents an observer gain, and symbol ^ represents an estimated value of each state quantity. Equation (10) is the steering angular velocity (dθp/ Dt) and steering angle θpIs an equation for estimating the disturbance d from When the equation (10) is discretized, the recurrence equations of the equations (13) and (14) are obtained.
[0065]
[Expression 10]
[0066]
However, A, B, C, and D are system matrices obtained by discretizing Equation (10). Therefore, the reaction force
[0067]
## EQU11 ##
[0068]
(Vehicle speed
The vehicle speed
[0069]
Here, the first-order low-pass filter in continuous time is represented by the transfer function of equation (16).
[0070]
[Expression 12]
[0071]
However, a is a proportionality constant. When equation (16) is converted using a technique such as Tustin conversion, a discrete-time low-pass filter can be designed. In the Tustin conversion, when the time advance operator is set to z, s is expressed by equation (17).
[0072]
[Formula 13]
[0073]
Substituting equation (17) into equation (16), the discrete-time low-pass filter is expressed by equation (18).
[0074]
[Expression 14]
[0075]
When the cut-off frequency is set according to the vehicle speed u, the vehicle speed
[0076]
The input frequency of road disturbance increases as the vehicle speed increases. Further, when the grip degree is used for vehicle motion control, the higher the vehicle speed, the higher the responsiveness is required to ensure stability.
[0077]
Therefore, the vehicle speed
[0078]
The vehicle speed sensitive filter 24 is configured in the same manner as the vehicle speed
[0079]
(Steering angular velocity detector 25)
The steering
[0080]
(Friction torque estimation unit 26)
The
[0081]
FIG. 2 shows an actual reaction torque T estimated by the reaction torque estimation unit 22.rIt is a figure which shows a time-dependent change. In the figure, the actual reaction force torque T generated when the steering wheel is steered leftward.rIs positive, actual reaction torque T generated when steering the steering wheel to the rightrWas negative.
[0082]
When the friction
[0083]
When the steering angular velocity is reversed from negative to positive and the steering wheel is steered leftward (positive direction), the positive actual reaction force torque TrOccurs. Then, the friction
[0084]
[Expression 15]
[0085]
Next, when the friction
[0086]
[Expression 16]
[0087]
On the other hand, when the steering angular velocity is reversed from positive to negative and the steering wheel is steered rightward, the negative actual reaction force torque TrOccurs. Then, the friction
[0088]
[Expression 17]
[0089]
Next, when the friction
[0090]
[Formula 18]
[0091]
Then, the friction
[0092]
As a result, the friction
[0093]
In particular, when traveling on a rough road, the road surface disturbance acts as a dither effect on the Coulomb friction inside the steering system, the Coulomb friction term is reduced and the Coulomb friction is changed. Therefore, the friction
[0094]
(Correction torque estimation unit 27)
The
[0095]
Therefore, the correction
[0096]
FIG. 3 is a diagram showing the relationship of the actual reaction force torque with respect to the slip angle in the horizontal straight road (hereinafter referred to as “water straight road”) and the bank road. In the figure, an actual reaction force torque and a slip angle generated when the steering wheel is steered in the left direction are represented by positive signs.
[0097]
The actual reaction force torque at the time when the actual reaction force torque at the start of steering overcomes the Coulomb friction is not a value that is buried in the Coulomb friction, and is not so large as to be affected by the grip reduction according to the road surface μ. The relationship between the actual reaction torque and the slip angle reflects only the change in the neutral point of the steering system.
[0098]
Here, the difference between the actual reaction force torque predicted when the water straight path is assumed from the slip angle when the actual reaction force torque at the start of steering overcomes the Coulomb friction and the current actual reaction force torque is calculated by the bank. It is determined that the torque is generated, and this value is set as a correction torque.
[0099]
Specifically, when the steering wheel is steered leftward, the correction
[0100]
[Equation 19]
[0101]
When the steering start condition of the equation (23) is satisfied, the correction
[0102]
[Expression 20]
[0103]
However, K0Is the origin gradient with respect to the slip angle of the SAT estimated value.0Is the same value as
[0104]
Further, when the steering wheel is steered in the right direction, the correction
[0105]
[Expression 21]
[0106]
When the steering start condition of equation (25) is satisfied, the
[0107]
[Expression 22]
[0108]
Note that the correction
[0109]
(SAT estimation unit 28)
The
[0110]
The hysteresis removal calculation is performed by the following logic.
[0111]
First, the actual reaction force torque exceeds half of the previous friction torque, and it is determined that the steering of the steering wheel in the positive direction (actual reaction force torque is a positive value) is determined, and the correction torque generated by bank running is updated. At the time of calculation, the
[0112]
[Expression 23]
[0113]
In the case of steering in the negative direction, the
[0114]
[Expression 24]
[0115]
Next, at an arbitrary sampling point in the steering holding state (a state where the friction torque and the correction torque are not updated), the
[0116]
First, the friction state quantity x according to the equation (29)SATIs calculated.
[0117]
[Expression 25]
[0118]
However, inclination K1Is a value set smaller than 1, and even if the actual reaction force torque fluctuates due to Coulomb friction or the like, the friction state quantity friction state quantity xSATThis represents a small fluctuation.
[0119]
When the friction state quantity updated by the equation (29) comes out of the region of the friction torque width around the corrected actual reaction force torque obtained by subtracting the correction torque from the actual reaction force torque, the friction state quantity is This is limited to the boundary value, and this is the SAT estimated value.
[0120]
That is, the
[0121]
[Equation 26]
[0122]
Here, when the steering wheel is turned back, the estimated value of the friction torque may change. The phenomenon that the friction torque changes is a phenomenon that occurs when the estimation of the correction torque includes an error because the friction torque assumed in FIG. 3 (the hysteresis width of the water straight path model) is incorrect. Therefore, when the estimated value of the friction torque changes at the time of switching back, the
[0123]
Specifically, the
[0124]
[Expression 27]
[0125]
Further, the
[0126]
[Expression 28]
[0127]
As a result, the
[0128]
4A and 4B are diagrams showing the relationship of the actual reaction force torque with respect to the slip angle, in which FIG. 4A is a diagram during the steering wheel being increased, and FIG. 4B is a diagram immediately after the steering wheel is turned back. Here, it is assumed that the initial friction torque is larger than the actual friction torque estimated at the time of switching back.
[0129]
In FIG. 3A, the
[0130]
[Expression 29]
[0131]
As a result, the
[0132]
FIG. 5 shows the corrected actual reaction force torque (Tr-TcorrectSAT estimate T forSAT(A) is a figure which shows the magnitude | size of friction torque, (B) is a figure explaining the concept of a hysteresis removal calculation.
[0133]
At the start of SAT estimation, the estimated SAT value is on either the straight line L1 representing the equation (27) or the straight line L2 representing the equation (28) (point A). Next, when the actual reaction force torque increases, the SAT estimated value increases along one of the straight lines L (the straight line L2 in FIG. 5) (point B). Here, when the actual reaction force torque decreases, the estimated SAT value decreases with the slope K1 (point C).
[0134]
In the region between the straight line L1 and the straight line L2, the variation of the SAT estimated value is set to be small with respect to the variation of the actual reaction force torque. This shows that in the state of steering while turning, even if the driver slightly changes the steering force, the estimated SAT value does not appear due to the influence of Coulomb friction of the electric power steering device. It is.
[0135]
When the actual reaction force torque increases again from the point C, the estimated SAT value is the slope K1Increases toward point B. Further, when the actual reaction force torque further decreases from the point C due to switching back and the estimated SAT value reaches the upper limit (straight line L1), the estimated SAT value decreases along the straight line L1. Hysteresis characteristics are removed by such two types of slope settings.
[0136]
(Grip degree estimation unit 29)
The grip
[0137]
6A and 6B are diagrams showing a brush model in which tire generation force characteristics are modeled by theoretical analysis. FIG. 6A is a diagram showing the relationship of lateral force to lateral slip, and FIG. 6B is a diagram showing the relationship of SAT to lateral slip. FIG. In FIG. 2B, the linear model illustrates the SAT origin gradient. Note that the lateral slip λy and the slip angle α are λy = tan α, but since the slip angle α discussed here is sufficiently small, it can be regarded as λy = α.
[0138]
FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship of the grip degree with respect to (SAT / linear model). (SAT / linear model) is obtained by dividing SAT by the value of the linear model at an arbitrary side slip shown in FIG. According to FIG. 7, (SAT / linear model) matches the degree of grip. That is, the grip degree can be directly estimated from the SAT estimated value.
[0139]
Here, since the grip degree is “1-μ utilization factor” (= 1−lateral acceleration (acceleration to gravity) / μmax), the road surface μ can be estimated from the brush model.
[0140]
Specifically, the grip
[0141]
[30]
[0142]
TSAT(K) is a SAT estimated value calculated by the
[0143]
FIG. 8A is a diagram showing the relationship of the actual reaction torque with respect to the slip angle at the time of water straight high μ road and bank travel, and FIG. 8B is the SAT estimation for the slip angle at the time of water straight high μ road and bank travel. It is a figure which shows the relationship of a value. According to FIG. 5B, the estimated SAT value for which the bank running was corrected was a straight line proportional to the slip angle, that is, a straight line passing through the origin.
[0144]
FIG. 9A is a diagram showing changes over time in friction torque, actual reaction force torque, correction torque, and steering angle when traveling on a straight high μ road, and FIG. 9B is a diagram showing friction torque and actual reaction force during bank travel. It is a figure which shows a time-dependent change of a torque, a correction torque, and a steering angle.
[0145]
Here, the actual reaction force torque represents a torque generated during leftward steering by a positive sign. The bank in FIG. 5B is a leftward curve. As a result of steering at the time of entering the bank (near 5 to 6 [s]), an actual reaction force torque in the negative direction was generated to turn left along the curve. Such a change in the actual reaction force torque during steering is manifested as a change in the actual reaction force torque at the slip angle 0 (change in the vertical direction).
[0146]
Further, the friction torque is estimated every time the switch is made. Here, since all the vehicles traveled on a smooth road surface, the friction torque became a constant value near 4 [Nm]. The correction torque was almost 0 on the water straight high μ road, but was about 3 [Nm] on the bank road during steering.
[0147]
10A and 10B are diagrams showing changes over time in the grip degree and the steering angle. FIG. 10A is a diagram when traveling on a straight high-μ road, and FIG. 10B is a diagram when traveling on a bank road. The grip degree is calculated using the corrected SAT estimated value. According to the figure, there was no misjudgment, and a high grip state could always be estimated even when traveling on a bank road.
[0148]
FIG. 11A is a diagram showing the relationship of the actual reaction force torque with respect to the slip angle when traveling at 30 [km / h] on a high μ road and a low μ road, and FIG. 11B is a diagram on a high μ road and a low μ road. It is a figure which shows the relationship of the SAT estimated value with respect to the slip angle at the time of 30 [km / h] driving | running | working. This experiment was conducted on a smooth water straight road surface. According to the figure, it was confirmed that the correction (friction torque, correction torque) corresponding to the bad road and the bank did not adversely affect the basic performance of the grip degree estimation.
[0149]
FIG. 12 is a diagram showing estimation results of actual reaction force torque, friction torque, correction torque, and steering angle in the experiment of FIG. 11, where (A) is a high μ road and (B) is a low μ road. It is a figure which shows the case of. According to the figure, the friction torque became a substantially constant value (4 [Nm]). The correction torque was a value (0 [Nm]) corresponding to the water straight path. As a result, it was possible to accurately estimate the friction torque and the correction torque not only on the high μ road having a grip margin but also on a low μ road where the grip is lowered.
[0150]
13A and 13B are diagrams showing changes over time in the grip degree and the steering angle. FIG. 13A is a diagram showing a high μ road, and FIG. 13B is a diagram showing a low μ road. In particular, when traveling on a low μ road, it was possible to appropriately estimate a decrease in grip when the steering angle was increased. In addition, the grip degree can be accurately calculated not only when the steering wheel is increased, but also when the steering wheel is turned back or when the steering is maintained.
[0151]
As described above, the grip degree estimation apparatus according to the first embodiment calculates the SAT estimated value based on the actual reaction force torque acting on the steering shaft and the friction torque generated by Coulomb friction or the like inside the steering system. Calculate. Thereby, even if the magnitude of the Coulomb friction changes due to the road surface disturbance, the friction torque is estimated in accordance with the change, so that the SAT can be accurately estimated without being affected by the road surface disturbance. Since the grip degree is calculated using the SAT estimated value, it is possible to estimate the grip degree with high accuracy without being affected by the road surface disturbance.
[0152]
Further, since the grip degree estimation device includes the vehicle speed
[0153]
Further, the grip degree estimation device can accurately calculate the SAT estimated value by calculating the amount of change in the actual reaction force torque caused by the change in the neutral point of the steering system as the correction torque when traveling on the bank road. .
[0154]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the site | part same as 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0155]
FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a grip degree estimation apparatus according to the second embodiment. In the present embodiment, the ECU 20 includes a corrected slip
[0156]
(Corrected slip angle estimation unit 30)
The corrected slip
[0157]
Therefore, the corrected slip
[0158]
FIG. 15 is a diagram illustrating the relationship of the actual reaction force torque with respect to the slip angle on the water straight road and the bank road. In the figure, an actual reaction force torque and a slip angle generated when the steering wheel is steered in the left direction are represented by positive signs.
[0159]
The actual reaction force torque at the time when the actual reaction force torque at the start of steering overcomes the Coulomb friction is not a value that is buried in the Coulomb friction, and is not so large as to be affected by the grip reduction according to the road surface μ. The relationship between the actual reaction torque and the slip angle reflects only the change in the neutral point of the steering system.
[0160]
Here, the difference between the slip predicted when the water straight path is assumed from the slip angle at the time when the actual reaction force torque at the start of steering overcomes the Coulomb friction and the current slip angle is the slip angle generated by the bank. This value is determined as the corrected slip angle.
[0161]
Specifically, the corrected
[0162]
[31]
[0163]
On the other hand, the
[0164]
(Grip degree estimation unit 29)
The grip
[0165]
Specifically, the grip
[0166]
[Expression 32]
[0167]
FIG. 16A is a diagram showing the relationship of the actual reaction force torque with respect to the slip angle at the time of water straight high μ road and bank travel, and FIG. 16B is the SAT estimation for the slip angle at the time of water straight high μ road and bank travel. It is a figure which shows the relationship of a value. According to FIG. 5B, the slip angle when traveling on the bank road is corrected in the positive direction by bank correction (corrected slip angle). Therefore, the SAT estimated value is a straight line that is proportional to the slip angle, that is, a straight line that passes through the origin, as in the first embodiment.
[0168]
FIG. 17 is a diagram showing temporal changes in the grip degree and the steering angle during bank road travel. According to the figure, as in the first embodiment, the high grip determination can be appropriately performed even when traveling on the bank road.
[0169]
As described above, the grip degree estimation device according to the second embodiment calculates the amount of change in the slip angle caused by the change in the neutral point of the steering system when traveling on the bank road as the corrected slip angle. The estimated value can be calculated with high accuracy.
[0170]
The present invention is not limited to the first and second embodiments, and various design changes can be made within the scope described in the claims. For example, in the first and second embodiments, the case where the grip degree is calculated using an electric power steering device has been described as an example, but a hydraulic power steering device can also be used. In this case, by measuring the hydraulic pressure of the hydraulic power steering device and detecting the torque corresponding to the steering torque and the assist torque, the grip degree can be estimated in the same manner as in the above-described embodiment.
[0171]
【The invention's effect】
A self-aligning torque estimation device according to the present invention estimates a self-aligning torque based on a reaction force torque applied to a steering shaft and a friction torque corresponding to an internal friction of a steering system. Without being affected, it is possible to estimate a highly accurate self-aligning torque from which the hysteresis characteristic has been removed.
[0172]
The lateral grip degree estimation device according to the present invention is based on the self-aligning torque in the reference model corresponding to the slip angle and the self-aligning torque estimated by the self-aligning torque estimation device. By estimating the degree, it is possible to estimate the grip degree with high accuracy without being affected by the road surface disturbance.
[0173]
The lateral grip degree estimation device according to the present invention responds to the estimated slip angle, the reaction torque applied to the steering shaft, the friction torque according to the internal friction of the steering system, and the change of the neutral point of the steering system. By estimating the lateral grip degree of the tire based on the correction amount, it is possible to estimate a highly accurate grip degree without being affected by road surface disturbance, regardless of the road surface. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a grip degree estimation device according to a first embodiment.
FIG. 2 shows an actual reaction torque T estimated by a reaction torque estimation unit.rIt is a figure which shows a time-dependent change.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship of an actual reaction force torque with respect to a slip angle on a water straight road and a bank road.
4A and 4B are diagrams showing a relationship of an actual reaction force torque with respect to a slip angle, in which FIG. 4A is a diagram during a steering wheel turning increase, and FIG. 4B is a diagram just after a steering wheel turning back.
FIG. 5 shows actual reaction force torque after correction (Tr-TcorrectSAT estimate T forSAT(A) is a figure which shows the magnitude | size of friction torque, (B) is a figure explaining the concept of a hysteresis removal calculation.
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing a brush model obtained by modeling tire generation force characteristics by theoretical analysis. FIG. 6A is a diagram showing a relationship of lateral force with respect to a lateral slip, and FIG. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship of grip degree with respect to (SAT / linear model).
FIG. 8A is a diagram showing the relationship of the actual reaction torque with respect to the slip angle at the time of water straight high μ road and bank travel, and FIG. It is a figure which shows the relationship of a SAT estimated value.
FIG. 9A is a diagram showing changes over time in friction torque, actual reaction force torque, correction torque, and steering angle when traveling on a straight high μ road, and FIG. 9B is a diagram showing friction torque during bank travel, It is a figure which shows the time-dependent change of reaction force torque, a correction torque, and a steering angle.
10A and 10B are diagrams showing temporal changes in grip degree and steering angle, where FIG. 10A is a diagram when traveling on a water straight high μ road, and FIG. 10B is a diagram when traveling on a bank road.
11A is a diagram showing the relationship of the actual reaction force torque with respect to the slip angle when traveling at 30 [km / h] on a high μ road and a low μ road, and FIG. 11B is a diagram showing a high μ road and a low μ road. It is a figure which shows the relationship of the SAT estimated value with respect to the slip angle at the time of 30 [km / h] driving | running | working on a road.
12 is a diagram showing estimation results of actual reaction force torque, friction torque, correction torque, and steering angle in the experiment of FIG. 11, where (A) is a high μ road, and (B) is a low μ road. It is a figure which shows the case of.
13A and 13B are diagrams showing temporal changes in grip degree and steering angle. FIG. 13A is a diagram showing a high μ road, and FIG. 13B is a diagram showing a low μ road.
FIG. 14 is a block diagram showing a functional configuration of an ECU of a grip degree estimation device according to a second embodiment.
FIG. 15 is a diagram showing a relationship of an actual reaction force torque with respect to a slip angle on a water straight road and a bank road.
FIG. 16A is a diagram showing the relationship of the actual reaction torque with respect to the slip angle at the time of water straight high μ road and bank travel, and FIG. It is a figure which shows the relationship of a SAT estimated value.
FIG. 17 is a diagram showing temporal changes in grip degree and steering angle during bank road travel.
[Explanation of symbols]
11 Steering angle sensor
12 Vehicle speed sensor
13 Steering torque sensor
14 Assist torque sensor
20 ECU
21 Slip angle estimation unit
22 Reaction torque estimation unit
23,24 Vehicle speed sensitive filter
25 Steering angular velocity detector
26 Friction torque estimation unit
27 Correction Torque Estimator
28 SAT Estimator
29 Grip degree estimation part
30 Correction slip angle estimator
Claims (8)
操舵のアシストトルクを検出するアシストトルク検出手段と、
前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクと、前記アシストトルク検出手段により検出されたアシストトルクとに基づいて、操舵軸に加えられる反力トルクを推定する反力トルク推定手段と、
前記反力トルク推定手段により推定された絶対値が最大になるときの反力トルクと、操舵系の切り戻し時の反力トルクとの差に基づいて、操舵系の内部摩擦に応じた摩擦トルクを推定する摩擦トルク推定手段と、
前記反力トルク推定手段により推定された反力トルクと、前記摩擦トルク推定手段により推定された摩擦トルクとに基づいて、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、
を備えたセルフアライニングトルク推定装置。Steering torque detection means for detecting steering torque;
Assist torque detecting means for detecting steering assist torque;
Reaction force torque estimating means for estimating a reaction torque applied to the steering shaft based on the steering torque detected by the steering torque detecting means and the assist torque detected by the assist torque detecting means;
Friction torque corresponding to the internal friction of the steering system based on the difference between the reaction torque when the absolute value estimated by the reaction torque estimation means is maximum and the reaction torque when the steering system is switched back Friction torque estimating means for estimating
Self-aligning torque estimating means for estimating self-aligning torque based on the reaction force torque estimated by the reaction force torque estimating means and the friction torque estimated by the friction torque estimating means;
A self-aligning torque estimation device comprising:
前記車速検出手段により検出された車速に応じたカットオフ周波数が設定され、前記反力トルク推定手段により推定された反力トルクに対してローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタと、を更に備え、
前記摩擦トルク推定手段は、前記ローパスフィルタで処理された反力トルクを用いて前記摩擦トルクを推定し、
前記セルフアライニングトルク推定は、前記ローパスフィルタで処理された反力トルクを用いて前記セルフアライニングトルクを推定すること
を特徴とする請求項1記載のセルフアライニングトルク推定装置。Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
A low-pass filter that sets a cut-off frequency according to the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means, and performs a low-pass filter process on the reaction force torque estimated by the reaction force torque estimation means;
The friction torque estimating means estimates the friction torque using a reaction force torque processed by the low pass filter,
The self-aligning torque estimation, the self-aligning torque estimating device according to claim 1, characterized in that to estimate the self aligning torque with reaction torque which is processed by the low-pass filter.
前記セルフアライニングトルク推定手段は、前記補正トルク推定手段により推定された補正トルクを更に用いて、前記セルフアライニングトルクを推定すること
を特徴とする請求項1または2記載のセルフアライニングトルク推定装置。Correction torque estimation means for estimating a correction torque according to a change in the neutral point of the steering system based on the reaction force torque estimated by the reaction force torque estimation means and the friction torque estimated by the friction torque estimation means. Further comprising
The self-aligning torque estimation unit according to claim 1 or 2, wherein the self-aligning torque estimation unit estimates the self-aligning torque further using the correction torque estimated by the correction torque estimation unit. apparatus.
を特徴とする請求項3記載のセルフアライニングトルク推定装置。The self-aligning torque estimation means adjusts the correction torque according to a change in the friction torque before and after the steering system is switched back, and uses the friction torque after the steering system is switched back and the corrected correction torque. The self-aligning torque estimation device according to claim 3 , wherein the self-aligning torque is estimated.
セルフアライニングトルクを推定する請求項1から4のいずれか1項記載のセルフアライニングトルク推定装置と、
前記スリップ角推定手段により推定されたスリップ角に応じた基準モデルにおけるセルフアライニングトルクと、前記セルフアライニングトルク推定装置により推定されたセルフアライニングトルクとに基づいて、タイヤの横方向のグリップ度を推定するグリップ度推定手段と、
を備えた横グリップ度推定装置。Slip angle estimating means for estimating a slip angle;
The self-aligning torque estimation device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the self-aligning torque is estimated.
Based on the self-aligning torque in the reference model corresponding to the slip angle estimated by the slip angle estimating means and the self-aligning torque estimated by the self-aligning torque estimating device, the grip degree in the lateral direction of the tire Grip degree estimation means for estimating
Lateral grip degree estimation device.
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
操舵のアシストトルクを検出するアシストトルク検出手段と、
前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクと、前記アシストトルク検出手段により検出されたアシストトルクと、に基づいて、操舵軸に加えられる反力トルクを推定する反力トルク推定手段と、
前記反力トルク推定手段により推定された絶対値が最大になるときの反力トルクと、操舵系の切り戻し時の反力トルクとの差に基づいて、操舵系の内部摩擦に応じた摩擦トルクを推定する摩擦トルク推定手段と、
前記スリップ角推定手段により推定されたスリップ角と、前記反力トルク推定手段により推定された反力トルクとを少なくとも用いて、操舵系の中立点の変化に応じた補正量を推定する補正量推定手段と、
前記スリップ角推定手段により推定されたスリップ角と、前記反力トルク推定手段により推定された反力トルクと、前記摩擦トルク推定手段により推定された摩擦トルクと、前記補正量推定手段により推定された補正量とに基づいて、タイヤの横方向のグリップ度を推定するグリップ度推定手段と、
を備えた横グリップ度推定装置。Slip angle estimating means for estimating a slip angle;
Steering torque detection means for detecting steering torque;
Assist torque detecting means for detecting steering assist torque;
Reaction force torque estimating means for estimating a reaction force torque applied to the steering shaft based on the steering torque detected by the steering torque detecting means and the assist torque detected by the assist torque detecting means;
Friction torque corresponding to the internal friction of the steering system based on the difference between the reaction torque when the absolute value estimated by the reaction torque estimation means is maximum and the reaction torque when the steering system is switched back Friction torque estimating means for estimating
Correction amount estimation for estimating a correction amount according to a change in the neutral point of the steering system using at least the slip angle estimated by the slip angle estimation means and the reaction force torque estimated by the reaction force torque estimation means Means,
The slip angle estimated by the slip angle estimating means, the reaction force torque estimated by the reaction force torque estimating means, the friction torque estimated by the friction torque estimating means, and estimated by the correction amount estimating means Grip degree estimation means for estimating the lateral grip degree of the tire based on the correction amount;
Lateral grip degree estimation device.
を特徴とする請求項6記載の横グリップ度推定装置。The lateral grip degree estimation device according to claim 6, wherein the correction amount estimation unit estimates a correction slip angle according to a change in a neutral point of a steering system as the correction amount.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002120566A JP4071529B2 (en) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | Self-aligning torque estimation device and lateral grip degree estimation device |
EP03009169A EP1357007B1 (en) | 2002-04-23 | 2003-04-22 | Wheel grip factor estimation apparatus |
DE60305232T DE60305232T2 (en) | 2002-04-23 | 2003-04-22 | Device for estimating the adhesion factor of a vehicle wheel |
US10/420,826 US6895317B2 (en) | 2002-04-23 | 2003-04-23 | Wheel grip factor estimation apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002120566A JP4071529B2 (en) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | Self-aligning torque estimation device and lateral grip degree estimation device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003312512A JP2003312512A (en) | 2003-11-06 |
JP4071529B2 true JP4071529B2 (en) | 2008-04-02 |
Family
ID=29536756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002120566A Expired - Fee Related JP4071529B2 (en) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | Self-aligning torque estimation device and lateral grip degree estimation device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4071529B2 (en) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4698415B2 (en) * | 2005-12-27 | 2011-06-08 | 株式会社ショーワ | Electric power steering device |
JP5233268B2 (en) * | 2007-12-13 | 2013-07-10 | 日本精工株式会社 | Electric power steering device |
JP5223718B2 (en) * | 2009-02-17 | 2013-06-26 | 株式会社デンソー | Steering load estimation device and electric power steering device |
JP5794394B2 (en) * | 2012-09-25 | 2015-10-14 | 日産自動車株式会社 | Steering control device |
WO2014050564A1 (en) * | 2012-09-25 | 2014-04-03 | 日産自動車株式会社 | Steering control device |
WO2014050566A1 (en) * | 2012-09-26 | 2014-04-03 | 日産自動車株式会社 | Steering control device |
FR3023612B1 (en) * | 2014-07-09 | 2016-07-29 | Jtekt Europe Sas | METHOD FOR ESTIMATING REAL-TIME RELIEF TO RODS WITHIN AN ASSISTED STEERING MECHANISM |
JP6311589B2 (en) * | 2014-12-05 | 2018-04-18 | トヨタ自動車株式会社 | Power steering control device |
KR101694763B1 (en) * | 2015-10-06 | 2017-01-10 | 주식회사 만도 | Steering control apparatus and steering control method |
KR102322485B1 (en) * | 2015-12-29 | 2021-11-09 | 주식회사 만도 | Steering control apparatus and steering control method |
KR102621533B1 (en) * | 2018-11-26 | 2024-01-05 | 현대자동차주식회사 | Apparatus and method for controlling steering system of vehicle |
JP7213697B2 (en) * | 2019-01-18 | 2023-01-27 | クノールブレムゼステアリングシステムジャパン株式会社 | steering device |
FR3125003B1 (en) | 2021-07-08 | 2024-08-30 | Jtekt Europe Sas | METHOD FOR DETERMINING FRICTION TORQUE |
-
2002
- 2002-04-23 JP JP2002120566A patent/JP4071529B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003312512A (en) | 2003-11-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3860518B2 (en) | Road friction estimation device | |
JP5011866B2 (en) | Side slip angle estimation device, automobile, and side slip angle estimation method | |
JP4127062B2 (en) | Lateral acceleration sensor drift amount estimation device, lateral acceleration sensor output correction device, and road surface friction state estimation device | |
JP4019813B2 (en) | Physical quantity estimation device, road friction state estimation device, steering angle neutral point estimation device, and air pressure drop estimation device | |
JP4293734B2 (en) | Electric power steering control device | |
JP3939612B2 (en) | Road friction estimation device | |
US9272732B2 (en) | Method for determining a rack force for a steering apparatus and steering apparatus | |
US8977436B2 (en) | Electric power steering system | |
JP5195132B2 (en) | Steering angle estimation device for vehicle and electric power steering device equipped with the same | |
JP4071529B2 (en) | Self-aligning torque estimation device and lateral grip degree estimation device | |
CN111824249B (en) | Providing assist torque in steering system operation without torque sensor | |
JP5251177B2 (en) | Vehicle running state estimation device | |
JP5180610B2 (en) | Vehicle driving force control device | |
JP3282449B2 (en) | Vehicle skidding state quantity detection device | |
JP2014108728A (en) | Vehicle body sideslip angle estimation device | |
KR100721046B1 (en) | Electronic stability system for vehicle | |
JP4144759B2 (en) | Vehicle steering control device | |
JP5251176B2 (en) | Vehicle running state estimation device | |
JP2007308027A (en) | Method for estimating friction coefficient of road surface, system for estimating friction coefficient of road surface, and computer program for estimating friction coefficient of road surface | |
JP2007223390A (en) | Behavior control device of vehicle | |
JP2008247248A (en) | Vehicular steering device | |
KR100892480B1 (en) | System for presuming self-alignment torque | |
JP2008254558A (en) | Vehicular steering device | |
JP4583413B2 (en) | Vehicle steering system | |
JP3781905B2 (en) | Vehicle behavior detection device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050323 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20060228 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070320 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070529 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070730 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080108 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080117 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4071529 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110125 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110125 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120125 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130125 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140125 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |