JP4123158B2 - Power steering device for vehicle and disturbance estimation device for vehicle - Google Patents

Power steering device for vehicle and disturbance estimation device for vehicle Download PDF

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Description

本発明は、車両に対して横方向に加わる外乱を考慮して車両の操舵のアシスト状態を制御する車両用パワーステアリング装置、及び、この外乱にについて推定する車両用外乱推定装置に関する。   The present invention relates to a vehicle power steering device that controls a steering assist state of a vehicle in consideration of disturbance applied in a lateral direction to the vehicle, and a vehicle disturbance estimation device that estimates the disturbance.

自動車の走行時には、様々な外乱を受けるため操舵に影響が及ぶことが多い。このような点に着目して、走行中に車両が受ける外乱に応じて、車両の操舵系を制御する技術が開発されている。
例えば特許文献1には、電動パワーステアリング装置を用いた操舵アシスト制御により、車両に加わる横風等の外乱がドライバの操舵操作に影響しないようにする、いわゆる外乱抑制性能を高めることができるようにするものが提案されている。
When a car is running, steering is often affected by various disturbances. Focusing on this point, a technique for controlling the steering system of the vehicle according to the disturbance that the vehicle receives during traveling has been developed.
For example, in Patent Document 1, so-called disturbance suppression performance that prevents disturbances such as cross winds applied to the vehicle from affecting the steering operation of the driver can be improved by steering assist control using an electric power steering device. Things have been proposed.

この技術では、操舵反力(操舵アシスト力に対応する)の制御においては、操舵角に基づく操舵反力の舵角成分T1(=操舵角にゲインをかけたもの)と、操舵角速度に基づくダンピング成分T2(=操舵角速度にゲインをかけたもの)と、車両のヨーレイトに基づく第1の車両挙動抑制成分T3(=ヨーレイトにゲインをかけたもの)と、車両の横加速度に基づく第2の車両挙動抑制成分T4(=横加速度にゲインをかけたもの)と、転舵反力に基づく路面成分T5(=転舵反力にゲインをかけたもの)とを算出し、次式のように、これら操舵反力の成分T1,T2,T3,T4,T5を加算して目標操舵反力Tsを決定し、反力モータ(操舵アシスト用電動モータに対応する)の出力トルク、すなわち操向ハンドルの操舵反力をこの目標操舵反力Tsに帰還制御する。   In this technique, in the control of the steering reaction force (corresponding to the steering assist force), the steering angle component T1 of the steering reaction force based on the steering angle (= the gain obtained by multiplying the steering angle) and the damping based on the steering angular velocity. A component T2 (= steering angular velocity multiplied by gain), a first vehicle behavior suppression component T3 based on vehicle yaw rate (= yaw rate multiplied by gain), and a second vehicle based on lateral acceleration of the vehicle. Calculate the behavior suppression component T4 (= lateral acceleration multiplied by gain) and the road surface component T5 (= steering reaction force multiplied by gain) based on the steering reaction force, as in the following equation: These steering reaction force components T1, T2, T3, T4, and T5 are added to determine the target steering reaction force Ts, and the output torque of the reaction force motor (corresponding to the steering assist electric motor), that is, the steering handle Steering reaction force for this target To return control to the steering reaction force Ts.

Ts=T1+T3+T4+T5−T2
一方、自動操舵の技術であるが、特許文献2には、自車両の横位置が走行車線区分線から定まる基準位置に近づくようにステアリング装置の操舵力をフィードバック制御する自動操舵制御において、自車両に横風やバンク等の外乱が作用したときに、自車両に働く横力とヨーイングモーメントとを演算により推定して、外乱による横力とヨーイングモーメントとを相殺するようにフィードバック制御における操舵量にフィードフォワードによる操舵量を加えた値に基づいてステアリング装置を自動操舵すると共に、自車両の走行状態に応じて外乱の判定しきい値を変更する技術が提案されている。
Ts = T1 + T3 + T4 + T5-T2
On the other hand, as a technique of automatic steering, Patent Document 2 discloses that in the automatic steering control in which the steering force of the steering device is feedback-controlled so that the lateral position of the own vehicle approaches a reference position determined from the traveling lane marking line. When a disturbance such as a side wind or bank acts on the vehicle, the lateral force and yawing moment acting on the vehicle are estimated by calculation, and the lateral force and yawing moment due to the disturbance are offset to feed the steering amount in feedback control. A technique has been proposed in which a steering device is automatically steered based on a value obtained by adding a forward steering amount, and a disturbance determination threshold value is changed according to the traveling state of the host vehicle.

また、特許文献3には、車両の直線走行状態が検出された時は、車両に作用している外乱ヨーモーメント量を検出し、これに応じて外乱抑制ヨーモーメント量を求め、この外乱抑制ヨーモーメント量をヨーモーメント発生装置で発生させるための制御指令値を設定し、設定された制御指令値をヨーモーメント発生装置に出力する。したがって、制御指令値に基づいてヨーモーメント発生装置で発生する外乱抑制ヨーモーメントにより、横風外乱や路面外乱に対し車両姿勢を安定させるようにする技術が提案されている。
特開平5−105100号公報。 特開2001−97234号公報 特開2002−211380号公報
Further, in Patent Document 3, when a straight running state of the vehicle is detected, a disturbance yaw moment amount acting on the vehicle is detected, and a disturbance suppression yaw moment amount is obtained in accordance with the detected disturbance yaw moment amount. A control command value for generating a moment amount by the yaw moment generator is set, and the set control command value is output to the yaw moment generator. Therefore, a technique has been proposed in which the vehicle posture is stabilized against a crosswind disturbance or a road disturbance by a disturbance suppression yaw moment generated by a yaw moment generator based on a control command value.
JP-A-5-105100. JP 2001-97234 A Japanese Patent Laid-Open No. 2002-212380

ところで、上述の各文献では、いずれも車両挙動に応じて操舵アシスト状態や操舵状態を制御しているが、車両挙動に影響を及ぼす外乱には、操舵の妨害になる外乱と、寧ろ操舵を助けるための外乱とがある。
つまり、車両の横方向運動に作用する外乱要因には、横風や轍路など車両挙動に悪影響を及ぼすもののほか、路面の横勾配等の車両の走行性を考慮した道路構造などによる寧ろ操舵を助けるためのものがある。前者の要因による外乱に対しては、できるだけ操舵に対する影響を抑制したいが、後者の重力加速度成分等に起因した横勾配外乱については、一般にカーブ路をスムーズに走行するために必要なものであり、この影響については抑制すべきでない。
By the way, in each of the above-mentioned documents, the steering assist state and the steering state are controlled according to the vehicle behavior. However, for disturbances that affect the vehicle behavior, the disturbance that interferes with steering and rather assists steering. There is a disturbance for.
In other words, disturbance factors that affect the lateral movement of the vehicle not only adversely affect the vehicle behavior such as crosswinds and narrow roads, but also assist the steering rather than by the road structure that takes into account the vehicle's running characteristics such as the lateral slope of the road surface. There is something for. For disturbance due to the former factor, we want to suppress the influence on steering as much as possible, but for the lateral gradient disturbance due to the latter gravitational acceleration component etc., it is generally necessary to run smoothly on a curved road, This effect should not be suppressed.

しかし、特許文献1の技術では、これらの外乱を分別できず、カーブ路をスムーズに走行するために必要な重力加速度成分をも外乱として除去してしまうことになり、適切な制御にはならない。
また、特許文献2には、外乱に起因して自車両に働く横力YwとヨーイングモーメントNwとを演算により推定する点は記載されているが、車両の横方向外乱を、操舵の妨害になる外乱と、寧ろ操舵を助けるための外乱とに分離して制御しようとする技術思想は見られない。
However, in the technique of Patent Document 1, these disturbances cannot be separated, and the gravitational acceleration component necessary for smoothly running on a curved road is also removed as a disturbance, so that appropriate control cannot be performed.
Patent Document 2 describes that the lateral force Y w and yawing moment N w acting on the host vehicle due to the disturbance are estimated by calculation. However, the lateral disturbance of the vehicle is obstructed by steering. However, there is no technical idea to separate and control the disturbance to become a disturbance to assist the steering.

特許文献3にも、横風外乱や路面外乱に対し車両姿勢を安定させるとの記載はあるが、横方向外乱を、操舵の妨害になる外乱と、寧ろ操舵を助けるための外乱とに分離して制御しようとする技術思想は見られない。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、車両の横方向外乱を、操舵の妨害になる外乱と、寧ろ操舵を助けるための外乱とに分離して推定することにより、カーブ路のスムーズな走行性能を確保しながら、操舵への横方向外乱の影響を抑制できるように操舵アシストを適切に実施して、アクティブ・セーフティを向上させることができるようにした、車両用パワーステアリング装置及び車両用外乱推定装置を提供することを目的とする。
Patent Document 3 also describes that the vehicle posture is stabilized against a lateral wind disturbance or a road surface disturbance. However, the lateral disturbance is separated into a disturbance that disturbs steering and a disturbance that assists steering. There is no technical idea to control.
The present invention was devised in view of the above-described problems, and estimates the lateral disturbance of the vehicle by separating it into a disturbance that hinders steering and a disturbance that aids steering. A vehicle power steering apparatus capable of improving active safety by appropriately performing steering assist so as to suppress the influence of lateral disturbance on steering while ensuring smooth running performance, and An object of the present invention is to provide a vehicle disturbance estimation device.

上記目標を達成するため、本発明の車両用パワーステアリング装置は、車両に搭載され操舵系に操舵アシストトルクを付与するアクチュエータと、該車両の車速を検出する車速検出手段と、該車両に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、該車速検出手段及び該操舵トルク検出手段からの検出情報に基づいて該アクチュエータを制御する制御手段とをそなえた、パワーステアリング装置であって、該車両の操舵角を検出する操舵角検出手段と、該車両のヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段と、該車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、該車両の操舵−車両系モデルに基づいて、該車速検出手段,該操舵角検出手段,該ヨーレイト検出手段,該横加速度検出手段によりそれぞれ検出された該車両の車速Vと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyとから、該車両の横方向外乱を、該車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって該車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定する推定手段とをそなえ、該制御手段には、該推定手段による推定結果から、該車両の横方向外乱のうち主としてヨーモーメント外乱φmoを抑制するように該アクチュエータで付与する該操舵アシストトルクを補正する補正手段をそなえていることを特徴としている。 In order to achieve the above target, a vehicle power steering apparatus according to the present invention is added to an actuator that is mounted on a vehicle and applies steering assist torque to a steering system, vehicle speed detection means that detects the vehicle speed of the vehicle, and the vehicle. A power steering device comprising: steering torque detection means for detecting steering torque; and control means for controlling the actuator based on detection information from the vehicle speed detection means and the steering torque detection means. Based on the steering angle detecting means for detecting the steering angle, the yaw rate detecting means for detecting the yaw rate of the vehicle, the lateral acceleration detecting means for detecting the lateral acceleration of the vehicle, and the steering-vehicle system model of the vehicle, The vehicle speed V detected by the vehicle speed detection means, the steering angle detection means, the yaw rate detection means, and the lateral acceleration detection means, respectively, and the steering. and a δ and yaw rate γ and lateral acceleration G y, a lateral disturbance of the vehicle, transverse gradient disturbance phi acting on the vehicle by a transverse inclination of the yaw moment disturbance phi mo and road surface which tends to rotate the vehicle rb And an estimation unit that estimates the noise separately, and the control unit applies to the control unit by the actuator so as to mainly suppress the yaw moment disturbance φ mo among the lateral disturbances of the vehicle based on the estimation result by the estimation unit. And a correction means for correcting the steering assist torque.

なお、上記のアクチュエータとしては、きめの細かい操舵アシスト制御を実施するのに有利な電動モータが適している。
また、該車両の操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段をさらにそなえ、該推定手段は、該車両のヨーレイト及び横速度をさらに推定するように構成され、該補正手段は、該操舵角速度検出手段と該操舵角検出手段と該車速検出手段とによりそれぞれ検出された操舵角と舵角速度と車速と、該推定手段により推定されたヨーレイトと横速度とから第1補正トルクを算出し、該推定手段により推定された上記のヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとから第2補正トルクを算出して、該第1補正トルクと第2補正トルクとに基づいて該操舵アシストトルクを補正することが好ましい(請求項2)。
An electric motor that is advantageous for carrying out fine steering assist control is suitable as the actuator.
The vehicle further includes steering angular velocity detecting means for detecting the steering angular velocity of the vehicle, the estimating means is configured to further estimate the yaw rate and lateral velocity of the vehicle, and the correcting means includes the steering angular velocity detecting means and the steering angular velocity detecting means. A first correction torque is calculated from the steering angle, the steering angular speed, the vehicle speed, and the yaw rate and lateral speed estimated by the estimation means detected by the steering angle detection means and the vehicle speed detection means, respectively. A second correction torque is calculated from the estimated yaw moment disturbance φ mo and the lateral gradient disturbance φ rb and the steering assist torque is corrected based on the first correction torque and the second correction torque. Preferred (claim 2).

さらに、該推定手段は、該車速検出手段と該操舵角検出手段と該ヨーレイト検出手段と該横加速度検出手段とによりそれぞれ検出された車速Vと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyとの各状態量から、状態量である上記のヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを推定するオブザーバをそなえていることが好ましい(請求項3)。
さらに、該補正手段は、操舵角と舵角速度とヨーレイトと横速度とのそれぞれに、車速に応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第1補正トルクを算出するとともに、上記のヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとのそれぞれに、車速に応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第2補正トルクを算出して、該第1補正トルクと第2補正トルクとに基づいて該操舵アシストトルクを補正することが好ましい(請求項4)。
Further, the estimating means includes the vehicle speed V, the steering angle δ, the yaw rate γ, and the lateral acceleration G y detected by the vehicle speed detecting means, the steering angle detecting means, the yaw rate detecting means, and the lateral acceleration detecting means, respectively. It is preferable that an observer for estimating the yaw moment disturbance φ mo and the lateral gradient disturbance φ rb as the state quantities is provided from each state quantity (Claim 3).
Further, the correction means calculates the first correction torque by multiplying each of the steering angle, the steering angular speed, the yaw rate, and the lateral speed by a gain set in accordance with the vehicle speed, and the yaw moment disturbance described above. The second correction torque is calculated by multiplying each of φ mo and the lateral gradient disturbance φ rb by a gain set in accordance with the vehicle speed, and based on the first correction torque and the second correction torque. It is preferable to correct the steering assist torque (claim 4).

また、本発明の車両用外乱推定装置は、車両の車速Vを検出する車速検出手段と、該車両の操舵角δを検出する操舵角検出手段と、該車両のヨーレイトγを検出するヨーレイト検出手段と、該車両の横加速度Gyを検出する横加速度検出手段と、該車両の操舵−車両系モデルに基づいて、該車速検出手段と該操舵角検出手段と該ヨーレイト検出手段と該横加速度検出手段とによりそれぞれ検出された該車両の車速Vと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyとの各状態量から、該車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって該車両に作用する横勾配外乱φrbとの各状態量を推定するオブザーバをそなえ、該車両の横方向外乱を、該ヨーモーメント外乱φmoと該横勾配外乱φrbとに分離して推定する推定手段とをそなえていることを特徴としている。 In addition, the vehicle disturbance estimation device of the present invention includes vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed V of the vehicle, steering angle detection means for detecting the steering angle δ of the vehicle, and yaw rate detection means for detecting the yaw rate γ of the vehicle. When the lateral acceleration detecting means for detecting a lateral acceleration G y of the vehicle, of the vehicle steering - based on the vehicle system model, vehicle speed detecting means and the steering angle detection means and said yaw rate detecting means and the lateral acceleration detected Yaw moment disturbance φ mo trying to rotate the vehicle and lateral inclination of the road surface from the vehicle speed V, steering angle δ, yaw rate γ, and lateral acceleration G y detected by the vehicle Is provided with an observer for estimating each state quantity of the lateral gradient disturbance φ rb acting on the vehicle by separating the lateral disturbance of the vehicle into the yaw moment disturbance φ mo and the lateral gradient disturbance φ rb And estimation means to It is characterized by that example.

本発明の車両用パワーステアリング装置によれば、車両の横方向外乱を、車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定し、この推定結果から、車両の横方向外乱のうち主としてヨーモーメント外乱φmoを抑制するように操舵アシストトルクを付与するので、操舵アシストを適切に付与することができる。 According to the vehicle power steering apparatus of the present invention, the lateral disturbance of the vehicle is separated into the yaw moment disturbance φ mo that is intended to rotate the vehicle and the lateral gradient disturbance φ rb that acts on the vehicle due to the lateral inclination of the traveling road surface. and estimates, from the estimated result, imparting a steering assist torque to suppress predominantly yaw moment disturbance phi mo of lateral disturbance of the vehicle, it is possible to appropriately applying a steering assist.

つまり、横風や轍路などに起因した車両挙動としては、ヨーモーメント外乱φmoとして把握でき、車両の横方向外乱のうち、主としてこのヨーモーメント外乱φmoとを抑制するように操舵アシストトルクを付与することで、カーブ路をスムーズに走行できるようにするために設けられた路面の横勾配等に起因する横勾配外乱φrbについては影響を抑制することなく、横風や轍路などに起因してヨーモーメント外乱φmoとして車両挙動に影響を及ぼし操舵の妨害になる外乱については影響を抑制することができ、例えばカーブ路のスムーズな走行性能を確保しながら、操舵への横力外乱の影響を抑制して、アクティブ・セーフティを向上させることができるようになる。 In other words, as the vehicle behavior caused by such as a side wind or Tetsuro, it can be grasped as a yaw moment disturbance phi mo, among lateral disturbance of the vehicle, primarily applying a steering assist torque to suppress the yaw moment disturbance phi mo By doing so, the side slope disturbance φ rb caused by the side slope of the road surface provided to enable smooth running on curved roads can be attributed to side winds, narrow roads, etc. without suppressing the effect. As the yaw moment disturbance φ mo affects the behavior of the vehicle and interferes with steering, the influence can be suppressed.For example, while ensuring smooth running performance on curved roads, the influence of lateral force disturbance on steering can be reduced. It becomes possible to suppress and improve active safety.

さらに、該車両の操舵角速度ωを検出する操舵角速度検出手段を設け、推定手段で車両のヨーレイトγ及び横速度vを推定するように構成し、補正手段で、操舵角速度検出手段と操舵角検出手段と車速検出手段とによりそれぞれ検出された操舵角δと舵角速度ωと車速Vと、推定手段により推定されたヨーレイトγと横速度vとから第1補正トルクを算し、推定手段により推定されたヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとから第2補正トルクを算出して、第1補正トルクと第2補正トルクとに基づいて操舵アシストトルクを補正すれば、操舵アシストを適切に行なうことができる(請求項2)。 Further, steering angular velocity detection means for detecting the steering angular velocity ω of the vehicle is provided, and the estimation means estimates the vehicle yaw rate γ and lateral velocity v, and the correction means includes steering angular velocity detection means and steering angle detection means. The first correction torque is calculated from the steering angle δ, the steering angular velocity ω, the vehicle speed V detected by the vehicle speed detection means and the vehicle speed V, the yaw rate γ and the lateral speed v estimated by the estimation means, and estimated by the estimation means. If the second correction torque is calculated from the yaw moment disturbance φ mo and the lateral gradient disturbance φ rb and the steering assist torque is corrected based on the first correction torque and the second correction torque, the steering assist is appropriately performed. (Claim 2).

また、推定手段では、オブザーバによって、操舵角検出手段とヨーレイト検出手段と横加速度検出手段と車速検出手段とによりそれぞれ検出された操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyと車速Vとの各状態量から、状態量であるヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを推定することで、ヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを確実に分離して推定することができ、操舵の妨害になる外乱と寧ろ操舵を助けるための外乱とを確実に分離して把握することができる(請求項3)。 Further, in the estimating means, each state of the steering angle δ, the yaw rate γ, the lateral acceleration G y and the vehicle speed V detected by the observer by the steering angle detecting means, the yaw rate detecting means, the lateral acceleration detecting means and the vehicle speed detecting means, respectively. from the amount, by estimating the yaw moment disturbance phi mo and horizontal gradient disturbance phi rb is the state quantity can be estimated reliably separate the yaw moment disturbance phi mo and horizontal gradient disturbance phi rb, steering Therefore, it is possible to reliably separate and grasp the disturbance that disturbs the disturbance and the disturbance for assisting the steering (claim 3).

さらに、補正手段が、操舵角δ,舵角速度ω,ヨーレイトγ,横速度vのそれぞれに、車速Vに応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第1補正トルクを算出するとともに、ヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとのそれぞれに、車速Vに応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第2補正トルクを算出して、該第1補正トルクと第2補正トルクとに基づいて該操舵アシストトルクを補正することにより、操舵アシストをより適切に行なうことができる(請求項4)。 Further, the correction means calculates the first correction torque by multiplying each of the steering angle δ, the steering angular speed ω, the yaw rate γ, and the lateral speed v by a gain set in accordance with the vehicle speed V, and the yaw moment The second correction torque is calculated by multiplying each of the disturbance φ mo and the lateral gradient disturbance φ rb by a gain set in accordance with the vehicle speed V to obtain the first correction torque and the second correction torque. By correcting the steering assist torque based on this, steering assist can be performed more appropriately (claim 4).

本発明の車両用外乱推定装置によれば、オブザーバによって、操舵−車両系モデルに基づいて、車両の車速Vと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyとから、車両の横方向外乱を、車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定するので、操舵の妨害になる外乱と寧ろ操舵を助けるための外乱とを確実に分離して把握することができる。 According to the vehicle disturbance estimation device of the present invention, the vehicle lateral disturbance from the vehicle speed V, the steering angle δ, the yaw rate γ, and the lateral acceleration G y is calculated by the observer based on the steering-vehicle system model. The yaw moment disturbance φ mo that tries to rotate the vehicle and the lateral gradient disturbance φ rb that acts on the vehicle due to the lateral inclination of the road surface are estimated separately, so that the disturbance that interferes with steering and rather the steering assist Disturbances can be reliably separated and grasped.

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図1〜図8は本発明の一実施形態としての車両用パワーステアリング装置及び車両用外乱推定装置について示すもので、これらの図に基づいて説明する。
本実施形態にかかる車両用パワーステアリング装置は、図1に示すように、操舵アクチュエータとして電動モータ(ここでは、DCモータ)11をそなえ、車両の操舵操作状態や車両の状態を検出してこれらの検出結果からECU(電子制御ユニット)30により目標とする操舵アシスト量を設定し、この目標操舵アシスト量が得られるようにDCモータ11を制御するようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 8 show a vehicle power steering apparatus and a vehicle disturbance estimation apparatus according to an embodiment of the present invention, which will be described with reference to these drawings.
As shown in FIG. 1, the power steering apparatus for a vehicle according to the present embodiment includes an electric motor (here, a DC motor) 11 as a steering actuator, detects the steering operation state of the vehicle and the state of the vehicle, and detects these. A target steering assist amount is set by an ECU (electronic control unit) 30 from the detection result, and the DC motor 11 is controlled so as to obtain this target steering assist amount.

DCモータ11は、例えば図3に示すように、ステアリングホイール1,ステアリングシャフト2,ラックアンドピニオン3,タイロッド4,操舵輪(前輪)5L、5R等からなる操舵系(ここでは、ラックアンドピニオン3)に付設されている。もちろん、本装置は、ピニオンタイプの電動パワステだけでなく、油圧パワステに小型モータを追加する場合やラックアシストタイプの電動パワステにも適用することができる。   For example, as shown in FIG. 3, the DC motor 11 includes a steering system (here, rack and pinion 3) including a steering wheel 1, a steering shaft 2, a rack and pinion 3, a tie rod 4, steering wheels (front wheels) 5L, 5R, and the like. ). Of course, this apparatus can be applied not only to the pinion type electric power steering but also to the case where a small motor is added to the hydraulic power steering or the rack assist type electric power steering.

また、操舵操作状態及び車両状態を検出する手段としては、操舵角速度(前輪舵角速度)ωf_sを検出する操舵速度検出手段(前輪舵角速度検出手段)としてのハンドル角速度センサ21と、操舵角度(前輪舵角)δf_sを検出する操舵角検出手段(前輪舵角検出手段)としてのハンドル角センサ22と、車両のヨーレイトrsを検出するヨーレイト検出手段としてのヨーレイトセンサ(ヨー角速度センサ)23と、車両の横加速度Gy_sを検出する横加速度検出手段としての横加速度センサ24と、車速Vを検出する車速検出手段25と、ドライバがステアリングホイール(ハンドル)を通じて加える操舵トルク(入力操舵トルク)Th_sを検出する操舵トルク検出手段(操舵トルクセンサ)26とがそなえられる。 Further, as a means for detecting the steering operation state and the vehicle state, a steering wheel angular speed sensor 21 as a steering speed detection means (front wheel steering angular speed detection means) for detecting a steering angular speed (front wheel steering angular speed) ω f_s , and a steering angle (front wheel) ( Steer angle) steering angle sensor 22 as a steering angle detection means (front wheel steering angle detection means) for detecting δ f_s , yaw rate sensor (yaw angular velocity sensor) 23 as a yaw rate detection means for detecting the yaw rate r s of the vehicle, A lateral acceleration sensor 24 as a lateral acceleration detecting means for detecting the lateral acceleration G y_s of the vehicle, a vehicle speed detecting means 25 for detecting the vehicle speed V, and a steering torque (input steering torque) Th_s applied by the driver through the steering wheel (handle). And a steering torque detecting means (steering torque sensor) 26 for detecting.

ECU30には、その機能要素として、基本操舵アシスト量(基本アシストトルク)Tm_baseを算出する基本操舵アシスト量演算部(電動パワステ制御演算部)31と、車両に加わる横方向外乱等を推定する推定手段としてのオブザーバ32と、操舵系に加わる外乱成分に応じた操舵アシスト補正量(アシストトルク補正量)を算出して、これに応じて操舵アシスト量(外乱抑制制御量)を補正する補正手段(外乱抑制補正手段)33とが設けられている。 The ECU 30 includes, as functional elements, a basic steering assist amount calculation unit (electric power steering control calculation unit) 31 that calculates a basic steering assist amount (basic assist torque) T m_base, and an estimation that estimates lateral disturbance applied to the vehicle. An observer 32 as a means and a correction means for calculating a steering assist correction amount (assist torque correction amount) corresponding to a disturbance component applied to the steering system and correcting the steering assist amount (disturbance suppression control amount) accordingly. Disturbance suppression correcting means) 33 is provided.

電動パワステ制御演算部31では、操舵トルク検出手段26で検出された入力操舵トルクTh_sと車速検出手段25で検出された車速Vとに基づいて基本操舵アシスト量(基本アシストトルク)Tm_baseを算出する。
オブザーバ32では、前輪舵角検出手段22,ヨーレイト検出手段23,横加速度検出手段24,車速検出手段25でそれぞれ検出された前輪舵角δf_s,ヨーレイトrs,横加速度Gy_s,車速Vに基づいて、車両に加わる横方向外乱等[具体的には、ヨーモーメント外乱推定値(横力によって車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoの推定値)φmo_e,横勾配外乱推定値(走行路面の横傾斜による重量によって車両を横方向に移動させようとする横勾配外乱φrbの推定値)φrb_e,横速度推定値ve,ヨーレイト推定値re]を推定する。この横方向外乱等を推定する機能(推定手段)と、上記の前輪舵角検出手段22,ヨーレイト検出手段23,横加速度検出手段24,車速検出手段25とから、本実施形態としての車両用外乱推定装置が構成される。 補正手段33には、補正用操舵アシスト量(補正アシストトルク)Tm_addを算出する操舵アシスト補正量演算部(外乱抑制制御演算部)34と,を加算する基本アシストトルクTm_baseに補正アシストトルクTm_addを加算する加算部35とがそなえられる。
The electric power steering control calculation unit 31 calculates a basic steering assist amount (basic assist torque) T m_base based on the input steering torque Th_s detected by the steering torque detection means 26 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed detection means 25. To do.
The observer 32 is based on the front wheel steering angle δ f — s , yaw rate r s , lateral acceleration G y — s , and vehicle speed V detected by the front wheel steering angle detection means 22, yaw rate detection means 23, lateral acceleration detection means 24, and vehicle speed detection means 25, respectively. Lateral disturbance applied to the vehicle, etc. [specifically, yaw moment disturbance estimated value (estimated yaw moment disturbance φ mo trying to rotate the vehicle by lateral force) φ mo_e , lateral gradient disturbance estimated value (running estimated value of the lateral gradient disturbance phi rb tending to move the vehicle laterally by weight by the lateral inclination of the road surface) φ rb_e, lateral velocity estimate v e, estimating the yaw rate estimated value r e]. From the function (estimating means) for estimating the lateral disturbance and the like, the front wheel steering angle detecting means 22, the yaw rate detecting means 23, the lateral acceleration detecting means 24, and the vehicle speed detecting means 25, the vehicle disturbance according to the present embodiment. An estimation device is configured. The correction means 33 includes a steering assist correction amount calculation unit (disturbance suppression control calculation unit) 34 for calculating a correction steering assist amount (correction assist torque) T m_add and a correction assist torque T added to a basic assist torque T m_base. An adder 35 for adding m_add is provided.

操舵アシスト補正量演算部34は、オブザーバ32で推定されたヨーモーメント外乱推定値(以下,単に、モーメント外乱推定値ともいう)φmo_e,横勾配外乱推定値φrb_e,横速度推定値ve,ヨーレイト推定値reと、前輪舵角速度検出手段21で検出された前輪舵角速度ωf_sと、前輪舵角速度検出手段21で検出された前輪舵角δf_sと、車速検出手段25で検出された車速Vとに基づいて、操舵系に加わる外乱成分に応じた補正アシストトルクTm_addを算出する。 The steering assist correction amount calculation unit 34 includes a yaw moment disturbance estimated value (hereinafter also simply referred to as a moment disturbance estimated value) φ mo_e , a lateral gradient disturbance estimated value φ rb_e , a lateral velocity estimated value v e , estimated by the observer 32. a yaw rate estimated value r e, the detected front-wheel steering angular speed omega f_s front wheel steering angular velocity detecting means 21, the front steering and front wheel steering angle [delta] f_s detected by the angular velocity detecting means 21, the vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means 25 Based on V, a correction assist torque T m_add corresponding to a disturbance component applied to the steering system is calculated.

つまり、操舵アシスト補正量演算部34では、前輪舵角速度ωf_sにゲインkωを掛けて前輪舵角速度対応補正量(=kωωf_s)を、前輪舵角δf_sにゲインKδを掛けて前輪舵角対応補正量(=kδωf_s)を、横速度推定値veにゲインkvを掛けて横速度対応補正量(=kve)を、ヨーレイト推定値reにゲインKrを掛けてヨーレイト対応補正量(=kre)を、それぞれ算出し、これらの補正量の加算値Tm_fb(=kωωf_s+kδωf_s+kve+kre)により基本アシストトルクTm_baseをフィードバック補正する。 That is, the steering assist correction amount calculation unit 34 multiplies the front wheel rudder angular velocity ω f_s by the gain k ω to obtain the front wheel rudder angular velocity corresponding correction amount (= k ω ω f_s ), and the front wheel rudder angle δ f_s by the gain Kδ. the steering angle corresponding correction amount (= k δ ω f_s), lateral velocity corresponding correction amount in the horizontal velocity estimate v e is multiplied by a gain k v (= k v v e ) a gain K r a yaw rate estimated value r e the over yaw rate corresponding correction amount (= k r r e), each calculated basic by these correction amounts of added value T m_fb (= k ω ω f_s + k δ ω f_s + k v v e + k r r e) The assist torque T m_base is feedback corrected.

また、モーメント外乱推定値φmo_eにゲインkΦ_moを掛けて横方向外乱対応補正量Tm_mo(=kΦ_moφmo_e)を算出し、この補正量Tm_moにより基本アシストトルクTm_baseをフィードフォワード補正する。なお、図1中に示すように、横勾配外乱推定値φrb_eにゲインkΦ_rb(=微小値)を掛けて横勾配外乱対応補正量Tm_rb(=kΦ_rbφrb_e)を算出し、この補正量により基本アシストトルクTm_baseをフィードフォワード補正してもよいが、基本的には、モーメント外乱推定値φmo_eのみに応じて、横方向外乱の影響が解消されるように、基本アシストトルクTm_baseをフィードフォワード補正することが肝要である。 The moment disturbance estimated value φ mo_e is multiplied by the gain k Φ_mo to calculate a lateral disturbance corresponding correction amount T m_mo (= k Φ_mo φ mo_e ), and the basic assist torque T m_base is feedforward corrected using the correction amount T m_mo. . As shown in FIG. 1, a lateral gradient disturbance corresponding correction amount T m_rb (= kΦ_rb φ rb_e ) is calculated by multiplying the lateral gradient disturbance estimated value φ rb_e by a gain k Φ_rb (= small value). While the basic assist torque T M_base may be feedforward correction by the amount, basically, in accordance with only the moment the disturbance estimated value phi Mo_e, as the influence of the lateral disturbance is eliminated, the basic assist torque T M_base It is important to correct feedforward.

したがって、オブザーバ32の推定によって分離された横勾配外乱と横風外乱(横力外乱とも言う)のうち、横風外乱の影響のみを抑制するように制御系が構成されている。
つまり、図4に示すように、一般に、カーブ路における道路の横勾配はカーブを曲がることによって生じる遠心力を打ち消してカーブでの旋回走行を容易にするために設けられている。また、直線路における横勾配は、2〜3%程度の小さい値であるが排水のために設けられている。オブザーバ32では、横方向外乱のうちこのような横勾配外乱については外乱抑制対象から除外して横風外乱の影響のみを抑制するように制御系を構成しているのである。
Therefore, the control system is configured to suppress only the influence of the side wind disturbance among the side gradient disturbance and the side wind disturbance (also referred to as a side force disturbance) separated by the observer 32 estimation.
That is, as shown in FIG. 4, the road lateral slope on the curved road is generally provided to cancel the centrifugal force generated by turning the curve and facilitate turning on the curve. In addition, the lateral slope on the straight road is a small value of about 2-3%, but is provided for drainage. In the observer 32, the control system is configured so as to suppress only the influence of the lateral wind disturbance by excluding such a lateral gradient disturbance from the disturbance disturbance target among the lateral disturbances.

オブザーバ32による推定についてさらに説明すると、DCモータ11に関する各変数の関係は、図2に示すように制御ブロックにモデル化することができる。
なお、図1及び図2における各パラメータについては以下の表1に示す。
When the estimation by the observer 32 is further described, the relationship of each variable related to the DC motor 11 can be modeled in a control block as shown in FIG.
The parameters in FIGS. 1 and 2 are shown in Table 1 below.

Figure 0004123158
Figure 0004123158

図2に示す関係から、オブザーバの状態方程式として次式(A)が導出される。   From the relationship shown in FIG. 2, the following equation (A) is derived as an observer state equation.

Figure 0004123158
Figure 0004123158

上式(A)において、ゲインa11,a12,a21,a22,b1,b2はいずれも車速に応じて決定し、ゲインl11,l12,l21,l22,l31,l32,l41,l42はいずれもモータの周波数特性を考慮して数式演算により適正値を設定することができる。
したがって、オブザーバ32では、前輪舵角δf_s,ヨーレイトrs,横加速度Gy_s,車速Vの各状態量を入力量として、横速度推定値veとヨーレイト推定値reとモーメント外乱推定値φmo_eと横勾配外乱推定値φrb_eとの各状態量を推定することができる。
In the above equation (A), the gains a 11 , a 12 , a 21 , a 22 , b 1 , b 2 are all determined according to the vehicle speed, and the gains l 11 , l 12 , l 21 , l 22 , l 31 are determined. , L 32 , l 41 , and l 42 can be set to appropriate values by mathematical calculation in consideration of the frequency characteristics of the motor.
Therefore, in the observer 32, each of the state quantities of the front wheel steering angle δ f — s , the yaw rate r s , the lateral acceleration G y — s , and the vehicle speed V is used as input amounts, and the lateral velocity estimated value v e , the yaw rate estimated value r e, and the moment disturbance estimated value φ Each state quantity of mo_e and lateral gradient disturbance estimated value φ rb_e can be estimated.

ここで、横勾配外乱と横風外乱とを推定するオブザーバ32について、さらに詳細に説明する。
オブザーバ32を設計するにあたって、ロバストな横制御システムを構成する必要があり、次の仮定(a)〜(d)を基本とする。
(a)センサ信号は,ステアリング角,ステアリンクトルク,ヨーレイト,横加速度を仮定する。
(b)タイヤとサスペンションの非線形性は考慮しない。
(c)横外乱に対してロバストな制御系を設計するためドライバの操作を想定しない(Th=0)。
(d)車両に生じる勾配以外の横力外乱は想定しないので、勾配以外の横力外乱はモーメント外乱推定値に含まれる。
Here, the observer 32 for estimating the side gradient disturbance and the side wind disturbance will be described in more detail.
In designing the observer 32, it is necessary to construct a robust lateral control system, which is based on the following assumptions (a) to (d).
(A) The sensor signal assumes a steering angle, a steer torque, a yaw rate, and a lateral acceleration.
(B) Non-linearity of tire and suspension is not considered.
(C) Since a control system that is robust against lateral disturbance is designed, no driver operation is assumed (T h = 0).
(D) Since a lateral force disturbance other than the gradient generated in the vehicle is not assumed, the lateral force disturbance other than the gradient is included in the moment disturbance estimated value.

図5に示すように、実際の操舵系は機械的な系とDCモータの系とで構成される。また、慣性系は、ステアリングホイール,DCモータ,タイヤから成り、弾性系はトーションバーとタイヤから成る。ここで、キングピン回りに微分方程式をたてると次式(1)〜(3)のようになる。   As shown in FIG. 5, the actual steering system is composed of a mechanical system and a DC motor system. The inertial system is composed of a steering wheel, a DC motor, and a tire, and the elastic system is composed of a torsion bar and a tire. Here, when a differential equation is built around the kingpin, the following equations (1) to (3) are obtained.

Figure 0004123158
Figure 0004123158

ここで、δfは前輪実舵角、αはハンドル角(コラム軸回り)、Tsは路面からのセルフアライニンクトルク、TmはDCモータの付加トルク、Thはドライバトルク(トルクセンサ値)である。なお、系のパラメータIs,Cs,Nt,Nm,Ktについては前記の表1に記載する。
ここで、前輪実舵角δfは、センサ値であるドライバトルクThとハンドル角αとから計測可能である。
Here, [delta] f the front wheel actual steering angle, alpha is the steering wheel angle (the column axis), T s is the self-Alai Schimmelpenninck torque from the road surface, T m is the additional torque of the DC motor, T h is the driver torque (torque sensor value ). The system parameters I s , C s , N t , N m , and K t are described in Table 1 above.
Here, the front wheel actual steering angle δ f can be measured from the driver torque Th and the steering wheel angle α, which are sensor values.

前式(2)を変形すると、次式(4)となる。   When the previous equation (2) is modified, the following equation (4) is obtained.

Figure 0004123158
Figure 0004123158

さらに、ここでは、図6に示すような二輪モデルを車両モデルとする。前輪実舵角δfをシステム入力として定義すると、かかるモデルの車両系の運動方程式を次式のように記述できる。 Furthermore, here, a two-wheel model as shown in FIG. 6 is a vehicle model. If the front wheel actual steering angle δ f is defined as a system input, the equation of motion of the vehicle system of this model can be described as follows.

Figure 0004123158
Figure 0004123158

ここで、vは車両の横速度,γは車両のヨーレイト,φは横方向外乱要素である。系のパラメータIs,Cs,Nt,Nm,Ktは前記表1に記載する。
車両の横運動とヨー運動を表す微分方程式を示す上記の式(5),(6)は、一般によく知られているものである。
これらのモーメント外乱推定値φmo_e,横勾配外乱φrbは式(5),(6)に外部入力として与えられるが、直接計測することはできない。そこで、これらの横方向外乱の対策として、図7に示すように、オブザーバで外乱を推定し、コントローラ(ECU30内の制御指令系)ではフィードフォワードループによって外乱の影響を近似的に打ち消す制御手法をとった。この手法では、外乱が一定値の場合積分制御と等価である。計測される出力信号である横加速度センサ値は、次式に示すように車両の状態量と横勾配外乱φrbとで表現されるが、モーメント外乱φmoは含まれない。なお、コントローラ30では横外乱以外の外乱については、車両の各状態量をフィードバックして外乱の影響を抑制している。
Here, v is the lateral velocity of the vehicle, γ is the yaw rate of the vehicle, and φ is a lateral disturbance element. The system parameters I s , C s , N t , N m , and K t are listed in Table 1 above.
The above equations (5) and (6) showing differential equations representing the lateral movement and yaw movement of the vehicle are generally well known.
These moment disturbance estimated values φ mo — e and lateral gradient disturbance φ rb are given as external inputs to equations (5) and (6), but cannot be directly measured. Therefore, as a countermeasure against these lateral disturbances, as shown in FIG. 7, a control method is used in which the disturbance is estimated by an observer, and the controller (control command system in the ECU 30) approximately cancels the influence of the disturbance by a feedforward loop. I took it. This method is equivalent to integral control when the disturbance is a constant value. A lateral acceleration sensor value, which is an output signal to be measured, is expressed by a vehicle state quantity and a lateral gradient disturbance φ rb as shown in the following equation, but does not include a moment disturbance φ mo . Note that the controller 30 feeds back each state quantity of the vehicle for disturbances other than lateral disturbances to suppress the influence of the disturbances.

ところで、Gセンサの検出値Gy_sは、左右に勾配のない平坦路sでは、式(7)のようになるが、横勾配の外乱φrb。が含まれると、式(8)のようになる。 By the way, the detection value G y — s of the G sensor is expressed by the equation (7) on the flat road s having no right and left gradients, but is a disturbance φ rb having a lateral gradient. Is included, equation (8) is obtained.

Figure 0004123158
Figure 0004123158

上記の式(7),(8)は、2つの横方向外乱φmo,φrbを分離可能であることを示しており、式(5),(6),(8)を整理すると、次の状態方程式が得られる。 The above equations (7) and (8) indicate that the two lateral disturbances φ mo and φ rb can be separated, and the equations (5), (6), and (8) are arranged as follows: The equation of state is obtained.

Figure 0004123158
Figure 0004123158

ここで、未知の状態量vと横方向外乱φmo,φrbを同時に推定するオブザーバを設計するために、次式に示すように2つの横方向外乱φmo,φrbを状態量として拡張したモデルを定義する。 Here, in order to design an observer that simultaneously estimates the unknown state quantity v and the lateral disturbances φ mo and φ rb , the two lateral disturbances φ mo and φ rb are expanded as state quantities as shown in the following equation. Define the model.

Figure 0004123158
Figure 0004123158

上式(11),(12)はv,γ,φmo,φrbの係数行列A,C(下式)にかかる階級(rank[C CA ・・・CAn-1T)が状態数(状態量の種類)nを満たすので、可観測であり、未知の状態量vと未知の外乱φmo,φrbをオブザーバによって推定することができる。ここで、v,γ,φmo,φrbは推定結果であり、以下のLは推定ゲイン行列である。 In the above equations (11) and (12), the rank (rank [C CA... CA n−1 ] T ) of the coefficient matrices A and C (lower equations) of v, γ, φ mo and φ rb is the number of states. Since (state type) n is satisfied, it is observable, and the unknown state quantity v and unknown disturbances φ mo and φ rb can be estimated by the observer. Here, v, γ, φ mo , and φ rb are estimation results, and the following L is an estimation gain matrix.

Figure 0004123158
Figure 0004123158

このようなオブザーバのブロック図を模式的に示すと、図8のようになる。
線形ロバストを制御するにあたり、4次の微分方程式を制御対象モデルとして適用すると、この4次モデルは、操舵系モデルの2つの状態変数である前輪実舵角δfと前輪実舵角速度δf´および車両系の2つの状態変数である横速度vとヨーレイトγとで構成される。ここで、外乱φmo,φrbは外部入力として制御対象に与えられる。なお、前式(1)におけるドライバトルクはゼロと仮定する(Th=0)。
A block diagram of such an observer is schematically shown in FIG.
In controlling the linear robustness, when a fourth-order differential equation is applied as a control target model, the fourth-order model is obtained by the front wheel actual steering angle δ f and the front wheel actual steering angular velocity δ f ′, which are two state variables of the steering system model. And two state variables of the vehicle system, the lateral velocity v and the yaw rate γ. Here, the disturbances φ mo and φ rb are given to the controlled object as external inputs. Note that the driver torque in the previous equation (1) is assumed to be zero (T h = 0).

Figure 0004123158
Figure 0004123158

そして、本ロバスト制御システムは、状態フィードバックループと外乱抑制フィードフォワードループとから構成する。状態フィードバックループは、十分な系の応答性と安定性を確保する。外乱抑制フィードフォワードループは、横風外乱の定常状態における影響を抑制する。式(14)における制御入力は、次式により定める。   The robust control system includes a state feedback loop and a disturbance suppression feedforward loop. The state feedback loop ensures sufficient system response and stability. The disturbance suppression feedforward loop suppresses the influence of the crosswind disturbance in the steady state. The control input in equation (14) is determined by the following equation.

Figure 0004123158
Figure 0004123158

ここで,[kω,kδ,kv,kγ]は状態フィードバックゲインであり、LG制御理論によって得られる。状態フィードバックループは,主に系を安定化させることを目的とする。前輪実舵角速度δfは、モータの付加電圧と電流から計算することができる。前輪実舵角δfは前式(4)から得られる。
v,φmo,φrbは前記のように、外乱オブザーバから推定される。一方、外乱抑制フィードフォワードループは、横風等により車両に発生するヨー運動の影響を低減することを目的し、具体的にはモーメント外乱推定値φmo_eによって生じるヨーレイトの定常値をゼロにするようにフィードフォワードゲインを定める。このフィードフォワードゲインkffを定める際,式(14)においてφrb=0と仮定する。
Here, [k ω , k δ , k v , k γ ] is a state feedback gain, which is obtained by LG control theory. The state feedback loop is mainly aimed at stabilizing the system. The front wheel actual steering angular velocity δ f can be calculated from the additional voltage and current of the motor. The front wheel actual steering angle δ f is obtained from the previous equation (4).
As described above, v, φ mo and φ rb are estimated from the disturbance observer. On the other hand, the disturbance suppression feedforward loop is intended to reduce the influence of yaw motion generated in the vehicle due to crosswinds, etc. Specifically, the steady value of the yaw rate generated by the moment disturbance estimated value φ mo_e is set to zero. Determine the feed forward gain. When determining this feedforward gain k ff , it is assumed that φ rb = 0 in equation (14).

以上の仮定から次の状態方程式が得られる。   From the above assumption, the following equation of state is obtained.

Figure 0004123158
Figure 0004123158

定常状態(dx/dt=0)において式(18)は次式のように変形される。   In the steady state (dx / dt = 0), the equation (18) is transformed as the following equation.

Figure 0004123158
Figure 0004123158

ここで、δfss,vssssは、φmoに対するδf,v,γの定常値である。従って、この方程式を直接解く次式が得られる。 Here, δ fss , v ss and γ ss are steady values of δ f , v and γ with respect to φ mo . Therefore, the following equation that directly solves this equation is obtained.

Figure 0004123158
Figure 0004123158

ここでは、定常値を0とする制御量なので、γss=0とすることができる。したがって、 Here, since the control amount has a steady value of 0, γ ss = 0 can be set. Therefore,

Figure 0004123158
Figure 0004123158

式(21)は、次式(21´)のように変形することができ、フィードフォワードゲインKff(=KΦ_mo)は次式(22)から得られる。 Expression (21) can be modified as the following expression (21 ′), and the feedforward gain K ff (= KΦ_mo ) is obtained from the following expression (22).

Figure 0004123158
Figure 0004123158

本発明の一実施形態としての車両用パワーステアリング装置は、上述のように構成されているので、操舵アシスト補正手段(操舵アシスト補正量演算部34及び演算部35)33により、前輪舵角速度対応補正量(=kωωf_s)、前輪舵角対応補正量(=kδωf_s)、横速度対応補正量(=kve)、ヨーレイト対応補正量(=kre)の加算値Tm_fb(=kωωf_s+kδωf_s+kve+kre)により基本アシストトルクTm_baseをフィードバック補正するとともに、横方向外乱対応補正量Tm_mo(=kΦ_moφmo_e)により基本アシストトルクTm_baseをフィードフォワード補正するので、横方向外乱のうちから横勾配外乱を除去した横方向外乱(横風外乱等)φmoを抑制するように電動モータを制御して操舵アシストトルクを与えるので、カーブ路のスムーズな走行性能を確保しながら、操舵への横風外乱の影響を抑制して、アクティブ・セーフティを向上させることができるようになる。 Since the vehicle power steering apparatus according to the embodiment of the present invention is configured as described above, the steering assist correction means (the steering assist correction amount calculation unit 34 and the calculation unit 35) 33 corrects the front wheel steering angular velocity corresponding correction. the amount (= k ω ω f_s), front wheel steering angle corresponding correction amount (= k δ ω f_s), lateral velocity corresponding correction amount (= k v v e), the yaw rate corresponding correction amount adding value (= k r r e) the basic assist torque T M_base well as the feedback correction by T m_fb (= k ω ω f_s + k δ ω f_s + k v v e + k r r e), basic by lateral disturbance corresponding correction amount T m_mo (= k Φ_mo φ mo_e ) since the assist torque T M_base feed forward correction, by controlling the steering assist torque of the electric motor so as to suppress the transverse gradient disturbance lateral disturbance to remove (crosswind disturbance) phi mo among the lateral disturbance Since obtaining, while ensuring smooth running performance of the curved road, by suppressing the influence of the crosswind disturbance to the steering, it is possible to improve the active safety.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、各ゲインkω,kδ,kv,kr,kΦ_moについては、系の安定性や操舵フィーリングを向上させることができるように、車速に応じて適宜設定することが重要である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the gains k ω, k δ, k v , k r, for k Fai_mo, as it is possible to improve the stability and steering feeling of the system, it is important to appropriately set according to the vehicle speed .

本発明の一実施形態としての車両用パワーステアリング装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the power steering apparatus for vehicles as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての車両用パワーステアリング装置にかかるモータ制御系の状態量を推定するオブザーバのブロック図である。It is a block diagram of the observer which estimates the state quantity of the motor control system concerning the power steering device for vehicles as one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態としての車両用パワーステアリング装置を説明する模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a vehicle power steering device as one embodiment of the present invention. 走行する車両への横方向外乱を説明する図であり、(a)は走行する車両の模式的平面図、(b)は走行する車両の模式的後面図である。It is a figure explaining the horizontal disturbance to the vehicle which drive | works, (a) is a typical top view of the vehicle which drive | works, (b) is a typical rear view of the vehicle which drive | works. 本発明の一実施形態にかかる操舵系モデルを示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a steering system model concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる車両系モデルを示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a vehicle system model concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかるステアリング制御を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining steering control concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかるステアリング制御を説明するオブザーバのブロック図である。It is a block diagram of an observer explaining steering control concerning one embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 DCモータ
21 前輪舵角速度検出手段(操舵角速度検出手段)
22 前輪舵角検出手段(操舵角検出手段)
23 ヨーレイト検出手段
24 横加速度検出手段
25 車速検出手段
26 操舵トルク検出手段
30 制御手段としての電子制御ユニット(ECU)
31 推定手段(オブザーバ)
32 基本制御量設定部(電動パワステ制御演算部)
33 補正手段(外乱抑制補正手段)
34 操舵アシスト補正量演算部(外乱抑制制御演算部)
35 演算部

11 DC motor 21 Front wheel rudder angular velocity detection means (steering angular velocity detection means)
22 Front wheel rudder angle detecting means (steering angle detecting means)
23 Yaw rate detection means 24 Lateral acceleration detection means 25 Vehicle speed detection means 26 Steering torque detection means 30 Electronic control unit (ECU) as control means
31 Estimation means (observer)
32 Basic control amount setting unit (Electric power steering control calculation unit)
33 Correction means (disturbance suppression correction means)
34 Steering assist correction amount calculation unit (disturbance suppression control calculation unit)
35 Calculation unit

Claims (5)

車両に搭載され操舵系に操舵アシストトルクを付与するアクチュエータと、該車両の車速を検出する車速検出手段と、該車両に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、該車速検出手段及び該操舵トルク検出手段からの検出情報に基づいて該アクチュエータを制御する制御手段とをそなえた、パワーステアリング装置であって、
該車両の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
該車両のヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段と、
該車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
該車両の操舵−車両系モデルに基づいて、該車速検出手段,該操舵角検出手段,該ヨーレイト検出手段,該横加速度検出手段によりそれぞれ検出された該車両の車速Vと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyとから、該車両の横方向外乱を、該車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって該車両に作用する横勾配外乱φrbとに分離して推定する推定手段とをそなえ、
該制御手段には、該推定手段による推定結果から、該車両の横方向外乱のうち主としてヨーモーメント外乱φmoを抑制するように該アクチュエータで付与する該操舵アシストトルクを補正する補正手段をそなえている
ことを特徴とする、車両用パワーステアリング装置。
An actuator mounted on a vehicle for applying steering assist torque to a steering system, vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed of the vehicle, steering torque detection means for detecting steering torque applied to the vehicle, vehicle speed detection means, A power steering device comprising control means for controlling the actuator based on detection information from the steering torque detection means,
Steering angle detection means for detecting the steering angle of the vehicle;
Yaw rate detecting means for detecting the yaw rate of the vehicle;
Lateral acceleration detecting means for detecting lateral acceleration of the vehicle;
The vehicle speed V, steering angle δ, and yaw rate γ detected by the vehicle speed detecting means, the steering angle detecting means, the yaw rate detecting means, and the lateral acceleration detecting means based on the vehicle steering-vehicle system model, respectively. And the lateral acceleration G y , the lateral disturbance of the vehicle is separated into a yaw moment disturbance φ mo trying to rotate the vehicle and a lateral gradient disturbance φ rb acting on the vehicle due to the lateral inclination of the traveling road surface. And estimating means for estimating
The control means is provided with a correction means for correcting the steering assist torque applied by the actuator so as to mainly suppress the yaw moment disturbance φ mo of the lateral disturbance of the vehicle based on the estimation result by the estimation means. A power steering device for a vehicle.
該車両の操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段をさらにそなえ、
該推定手段は、該車両のヨーレイト及び横速度をさらに推定するように構成され、
該補正手段は、該操舵角速度検出手段と該操舵角検出手段と該車速検出手段とによりそれぞれ検出された操舵角と舵角速度と車速と、該推定手段により推定されたヨーレイトと横速度とから第1補正トルクを算出し、該推定手段により推定された上記のヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとから第2補正トルクを算出して、該第1補正トルクと第2補正トルクとに基づいて該操舵アシストトルクを補正する
ことを特徴とする、請求項1記載の車両用パワーステアリング装置。
A steering angular velocity detecting means for detecting the steering angular velocity of the vehicle;
The estimating means is configured to further estimate the yaw rate and lateral velocity of the vehicle;
The correcting means is configured to calculate the first angle based on the steering angle, the steering angular speed, the vehicle speed detected by the steering angular speed detecting means, the steering angle detecting means, and the vehicle speed detecting means, and the yaw rate and lateral speed estimated by the estimating means. 1 correction torque is calculated, a second correction torque is calculated from the yaw moment disturbance φ mo and the lateral gradient disturbance φ rb estimated by the estimation means, and the first correction torque and the second correction torque are calculated. The power steering apparatus for a vehicle according to claim 1, wherein the steering assist torque is corrected based on the steering assist torque.
該推定手段は、該車速検出手段と該操舵角検出手段と該ヨーレイト検出手段と該横加速度検出手段とによりそれぞれ検出された車速Vと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyとの各状態量から、状態量である上記のヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとを推定するオブザーバをそなえている
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の車両用パワーステアリング装置。
The estimating means includes states of the vehicle speed V, the steering angle δ, the yaw rate γ, and the lateral acceleration G y detected by the vehicle speed detecting means, the steering angle detecting means, the yaw rate detecting means, and the lateral acceleration detecting means, respectively. The vehicle power steering apparatus according to claim 1 or 2, further comprising an observer for estimating the yaw moment disturbance φmo and the lateral gradient disturbance φrb , which are state quantities, from the quantity.
該補正手段は、操舵角と舵角速度とヨーレイトと横速度とのそれぞれに、車速に応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第1補正トルクを算出するとともに、上記のヨーモーメント外乱φmoと横勾配外乱φrbとのそれぞれに、車速に応じてそれぞれ設定されるゲインを乗算して該第2補正トルクを算出して、該第1補正トルクと第2補正トルクとに基づいて該操舵アシストトルクを補正する
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両用パワーステアリング装置。
The correction means calculates the first correction torque by multiplying each of the steering angle, the steering angular speed, the yaw rate, and the lateral speed by a gain set in accordance with the vehicle speed, and the yaw moment disturbance φ mo described above. And the lateral gradient disturbance φ rb are multiplied by gains set in accordance with the vehicle speed to calculate the second correction torque, and the steering is performed based on the first correction torque and the second correction torque. The vehicle power steering apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the assist torque is corrected.
車両の車速Vを検出する車速検出手段と、
該車両の操舵角δを検出する操舵角検出手段と、
該車両のヨーレイトγを検出するヨーレイト検出手段と、
該車両の横加速度Gyを検出する横加速度検出手段と、
該車両の操舵−車両系モデルに基づいて、該車速検出手段と該操舵角検出手段と該ヨーレイト検出手段と該横加速度検出手段とによりそれぞれ検出された該車両の車速Vと操舵角δとヨーレイトγと横加速度Gyとの各状態量から、該車両を回転させようとするヨーモーメント外乱φmoと走行路面の横傾斜によって該車両に作用する横勾配外乱φrbとの各状態量を推定するオブザーバをそなえ、該車両の横方向外乱を、該ヨーモーメント外乱φmoと該横勾配外乱φrbとに分離して推定する推定手段とをそなえている
ことを特徴とする、車両用外乱推定装置。

Vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed V of the vehicle;
Steering angle detection means for detecting the steering angle δ of the vehicle;
A yaw rate detecting means for detecting the yaw rate γ of the vehicle;
Lateral acceleration detecting means for detecting the lateral acceleration G y of the vehicle;
The vehicle speed V, steering angle δ, and yaw rate detected by the vehicle speed detecting means, the steering angle detecting means, the yaw rate detecting means, and the lateral acceleration detecting means based on the vehicle steering-vehicle system model, respectively. From the state quantities of γ and the lateral acceleration G y , the state quantities of the yaw moment disturbance φ mo trying to rotate the vehicle and the side gradient disturbance φ rb acting on the vehicle due to the lateral inclination of the traveling road surface are estimated. A vehicle disturbance estimation, comprising: an observer for estimating the lateral disturbance of the vehicle by separating it into the yaw moment disturbance φ mo and the lateral gradient disturbance φ rb apparatus.

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