JP5799577B2 - Vehicle steering apparatus, steering force estimation apparatus, steering control method, and steering force estimation method - Google Patents
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Description
本発明は、車両の操舵を行う車両用操舵装置、操舵力推定装置、操舵制御方法および操舵力推定方法に関する。 The present invention relates to a vehicle steering apparatus that steers a vehicle, a steering force estimation apparatus, a steering control method, and a steering force estimation method.
従来、車両用の操舵装置において、車輪を転舵するラック軸の軸力あるいは操舵トルクを推定する技術が知られている。
例えば、特許文献１に記載の技術では、電動モータによって操舵操作を補助する電動パワーステアリング装置において、トルクセンサの設置を不要とする目的で、ラック軸力を推定している。
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for estimating the axial force or steering torque of a rack shaft that steers a wheel in a vehicle steering apparatus is known.
For example, in the technique described in
なお、ラック軸力は、操舵トルクを推定することによって算出することが可能である。 The rack axial force can be calculated by estimating the steering torque.
しかしながら、ラック軸力あるいは操舵トルクを推定する従来の方法では、いわゆる線形二輪モデルの車両モデルに基づいてラック軸力等を推定している。
この場合、車両が停止している状態で転舵した状態や制動している状態等では、ラック軸力あるいは操舵トルクの推定精度が低下し、適切な操舵制御を行えない場合がある。
即ち、従来のラック軸力あるいは操舵トルクの推定を用いた操舵制御技術では、ラック軸力あるいは操舵トルクの推定精度に改善の余地があった。
However, in the conventional method for estimating the rack axial force or the steering torque, the rack axial force or the like is estimated based on a so-called linear two-wheel model vehicle model.
In this case, in a state where the vehicle is turned while the vehicle is stopped, a state where the vehicle is braked, or the like, the estimation accuracy of the rack axial force or the steering torque is lowered, and appropriate steering control may not be performed.
That is, the conventional steering control technique using the estimation of the rack axial force or the steering torque has room for improvement in the estimation accuracy of the rack axial force or the steering torque.
本発明の課題は、操舵トルクあるいはラック軸力をより高精度に推定することである。 An object of the present invention is to estimate the steering torque or the rack axial force with higher accuracy.
以上の課題を解決するため、本発明に係る車両用操舵装置は、摩擦エネルギ算出手段によって、操向輪の操舵において発生する路面と操向輪との摩擦エネルギを算出し、車速が設定した閾値以下のときに、操舵力推定手段によって、摩擦エネルギと操舵角とに基づいて、制動力が小さいほど推定される値が小さくなるように、操舵トルクあるいはラック軸力を推定する。 In order to solve the above-described problems, the vehicle steering apparatus according to the present invention calculates the friction energy between the road surface and the steered wheels generated by steering the steered wheels by the friction energy calculating means, and sets the threshold value of the vehicle speed. At the following time, the steering torque estimating means estimates the steering torque or the rack axial force so that the estimated value becomes smaller as the braking force becomes smaller, based on the friction energy and the steering angle.
本発明によれば、操舵時における路面と操向輪との摩擦エネルギを算入して操舵トルクあるいはラック軸力を推定するため、操向輪のねじりに基づく力を含む操舵トルクあるいはラック軸力の推定値とすることができる。
したがって、操舵トルクあるいはラック軸力をより高精度に推定することが可能となる。
According to the present invention, since the steering torque or the rack axial force is estimated by calculating the frictional energy between the road surface and the steered wheels during steering, the steering torque or the rack axial force including the force based on the torsion of the steered wheels is estimated. It can be an estimated value.
Therefore, the steering torque or the rack axial force can be estimated with higher accuracy.
以下、図を参照して本発明を適用した自動車の実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
（構成）
図１は、本発明に係る車両用操舵装置、操舵力推定装置、操舵制御方法および操舵力推定方法を適用した自動車１の構成を示す概略図である。
図１において、自動車１は、車体１Ａと、ステアリングホイール２と、ステアリング軸３と、操舵角センサ４（操舵角検出手段）と、電動アシストモータ５（電動モータ）と、ピニオンギア６と、ステアリングラック部材７と、タイロッド８と、車輪９ＦＲ，９ＦＬ，９ＲＲ，９ＲＬと、ブレーキディスク１０と、ホイールシリンダ１１と、ブレーキ圧センサ１２（制動力検出手段）と、圧力制御ユニット１３と、車輪速センサ１４ＦＲ，１４ＦＬ，１４ＲＲ，１４ＲＬ（車速検出手段）と、コントロール／駆動回路ユニット１５とを備えている。
Embodiments of an automobile to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
(Constitution)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an
In FIG. 1, an
これらのうち、ステアリングホイール２、ステアリング軸３、操舵角センサ４、電動アシストモータ５、ピニオンギア６、ステアリングラック部材７、タイロッド８およびコントロール／駆動回路ユニット１５が本発明に係る車両用操舵装置１Ｂを構成している。また、操舵角センサ４およびコントロール／駆動回路ユニット１５が本発明に係る操舵力推定装置１Ｃを構成している。
Among these, the
ステアリングホイール２は、ステアリング軸３と一体に回転するよう構成され、運転者による操舵入力をステアリング軸３に伝達する。
ステアリング軸３は、ステアリングホイール２から入力された操舵入力（即ち回転動作）をピニオンギア６に伝達する。
操舵角センサ４は、ステアリング軸３の回転角度（即ち、運転者によるステアリングホイール２への操舵入力角度）を検出する。そして、操舵角センサ４は、検出したステアリング軸３の回転角度をコントロール／駆動回路ユニット１５に出力する。
The
The steering shaft 3 transmits a steering input (that is, a rotation operation) input from the
The
電動アシストモータ５は、コントロール／駆動回路ユニット１５から入力する指令値に応じた駆動電流によって、操舵操作を補助するためのアシストトルクを発生する。即ち、ステアリング軸３には、運転者の操舵入力によるトルクと電動アシストモータ５によるアシストトルクとが加わり、これらを合計したトルクによって車輪９ＦＲ，９ＦＬ（操向輪）を転舵する。
The
ピニオンギア６は、ステアリングラック部材７と噛合しており、ステアリング軸３から入力した回転をステアリングラック部材７に伝達する。
ステアリングラック部材７は、ピニオンギア６と噛合する平歯を有し、ピニオンギア６の回転を車幅方向の直線運動に変換する。
タイロッド８は、ステアリングラック部材７の両端部と車輪９ＦＲ，９ＦＬのナックルアームとを、ボールジョイントを介してそれぞれ連結している。
The pinion gear 6 meshes with the
The
The
車輪９ＦＲ，９ＦＬ，９ＲＲ，９ＲＬは、タイヤホイールにタイヤを取り付けて構成したものであり、それぞれサスペンション装置を介して車体１Ａと連結している。これらのうち、前輪（車輪９ＦＲ，９ＦＬ）は、タイロッド８によってナックルアームが揺動することにより、車体１Ａに対する車輪９ＦＲ，９ＦＬの向きが変化する。
ブレーキディスク１０は、車輪９ＦＲ，９ＦＬ，９ＲＲ，９ＲＬと一体に回転し、ホイールシリンダ１１の押圧力がブレーキパッドを押し当てると、その摩擦力によって制動力を発生する。
ホイールシリンダ１１は、各車輪に設置されたブレーキパッドを、ブレーキディスク１０に押し当てる押圧力を発生する。
The wheels 9FR, 9FL, 9RR, 9RL are configured by attaching a tire to a tire wheel, and are connected to the
The
The
ブレーキ圧センサ１２は、ホイールシリンダ１１がブレーキディスク１０に付与するブレーキ圧（具体的にはブレーキ液圧）を検出する。そして、ブレーキ圧センサ１２は、検出したブレーキ圧をコントロール／駆動回路ユニット１５に出力する。なお、本実施形態では、制動力に相当する物理量として、検出が容易なブレーキ圧を用いることとするが、制動力に相当する物理量を検出できれば、他のセンサを用いることもできる。
The
圧力制御ユニット１３は、コントロール／駆動回路ユニット１５の指示に従って、各車輪に設置したホイールシリンダ１１のブレーキ圧力を制御する。
車輪速センサ１４ＦＲ，１４ＦＬ，１４ＲＲ，１４ＲＬは、各車輪の回転速度を示すパルス信号を、コントロール／駆動回路ユニット１５に出力する。
コントロール／駆動回路ユニット１５は、自動車１全体を制御するものであり、操舵角センサ４から入力する操舵角、車輪速センサから入力する車輪の回転速度およびブレーキ圧センサ１２から入力するブレーキ圧に基づいて、各種制御信号を生成する。例えば、コントロール／駆動回路ユニット１５は、操舵角センサ４から入力する操舵角および車輪速センサから入力する車輪の回転速度を基に、後述する操舵トルク推定処理を実行し、操舵トルクを算出する。また、コントロール／駆動回路ユニット１５は、算出した操舵トルクをブレーキの作動状態に応じて補正し、補正した操舵トルクの推定値を基に、電動アシストモータ５に対する指令値（操舵アシストトルクの指令値）を出力する。
The
The wheel speed sensors 14FR, 14FL, 14RR, 14RL output a pulse signal indicating the rotational speed of each wheel to the control /
The control /
図２は、コントロール／駆動回路ユニット１５における操舵系統の制御機能を示すブロック図である。
図２において、コントロール／駆動回路ユニット１５は、操舵トルク推定部１１０（操舵力推定手段）と、ブレーキ作動判定部１２０と、アシストトルク制御部１３０と、減算器１４０と、ＰＷＭ制御部１５０と、電流検出回路１６０と、モータ駆動回路１７０とを備えている。なお、アシストトルク制御部１３０、減算器１４０、ＰＷＭ制御部１５０、電流検出回路１６０およびモータ駆動回路１７０がモータ制御手段を構成している。
FIG. 2 is a block diagram showing the control function of the steering system in the control /
In FIG. 2, the control /
操舵トルク推定部１１０には、車輪速センサ１４ＦＲ，１４ＦＬから車輪速（車輪の回転速度を示すパルス信号）、操舵角センサ４から操舵入力角度、ブレーキ作動判定部１２０からブレーキの作動の有無および各車輪の制動状態を示す各信号が入力する。
そして、操舵トルク推定部１１０は、後述する操舵トルク推定処理を実行することにより、操舵トルクを推定する。
The steering
And the steering
なお、操舵トルク推定部１１０は、操舵トルク推定処理を実行することによって実現する摩擦ねじりトルク算出部１１０ａ（摩擦エネルギ算出手段）および車体持ち上げトルク算出部１１０ｂ（ポテンシャルエネルギ算出手段）を有している。
摩擦ねじりトルク算出部１１０ａは、操舵時に発生するタイヤと路面との摩擦によるねじりトルクを算出する。
The steering
The friction torsion
車体持ち上げトルク算出部１１０ｂは、操舵時に発生する車体１Ａの上下方向の変位による持ち上げトルクを算出する。
ブレーキ作動判定部１２０は、ブレーキ圧センサ１２から入力するブレーキ圧を基に、ブレーキ踏力が発生しているか否か、即ち、ブレーキの作動の有無を判定し、判定結果および各車輪の制動状態を操舵トルク推定部１１０に出力する。
The vehicle body lifting torque calculation unit 110b calculates the lifting torque due to the vertical displacement of the
Based on the brake pressure input from the
アシストトルク制御部１３０は、操舵トルク推定部１１０が推定した操舵トルクの推定値を基に、操舵トルクと操舵アシストトルクとの関係を定義したマップを参照して、電動アシストモータ５における操舵アシストトルクの指令値を算出する。
減算器１４０は、アシストトルク制御部１３０が算出した操舵アシストトルクの指令値から、電流検出回路１６０が検出した操舵アシストトルク（現在値）を減算し、ＰＷＭ制御部１５０に出力する。
The assist
The
ＰＷＭ制御部１５０は、減算器１４０から入力する操舵アシストトルクの減算値（指令値と現在値の偏差）を基に、電動アシストモータ５の駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成する。具体的には、ＰＷＭ制御部１５０は、減算器１４０から入力する操舵アシストトルクの減算値がゼロとなるようにフィードバック制御する。
電流検出回路１６０は、モータ駆動回路１７０が電動アシストモータ５に入力する駆動電流を検出し、アシストトルク（現在値）に変換して減算器１４０に出力する。
モータ駆動回路１７０は、ＰＷＭ制御部１５０から入力する電動アシストモータ５の駆動信号を基に駆動電流を生成し、電動アシストモータ５に出力する。
The
The
The
（操舵トルク推定処理）
次に、コントロール／駆動回路ユニット１５が実行する操舵トルク推定処理について説明する。以下で説明する操舵トルク推定処理は、本発明に係る操舵制御方法および操舵力推定方法を実現するものである。
なお、以下の説明においては、多自由度のマルチボディダイナミクスによって車両を取り扱うため、空間内における物体の姿勢の記載方法および用語の定義については、「ロボティクス機構・力学・制御」（John J．Craig 著、三浦宏文・下山勲 訳、共立出版、１９９１年発行）に準ずるものとする。
(Steering torque estimation process)
Next, the steering torque estimation process executed by the control /
In the following explanation, the vehicle is handled by multi-body dynamics with multiple degrees of freedom. For the description method of object posture in space and the definition of terms, refer to “Robotics Mechanism / Dynamics / Control” (John J. Craig). Author, Hirofumi Miura and Isao Shimoyama, Kyoritsu Shuppan, published in 1991).
図３は、コントロール／駆動回路ユニット１５が実行する操舵トルク推定処理を示すフローチャートである。
コントロール／駆動回路ユニット１５は、イグニションオンと共に操舵トルク推定処理を実行する。
操舵トルク推定処理を開始すると、コントロール／駆動回路ユニット１５は、車両パラメータを設定する（ステップＳ１）。
FIG. 3 is a flowchart showing a steering torque estimation process executed by the control /
The control /
When the steering torque estimation process is started, the control /
図４は、ステップＳ１において設定する車両パラメータを示す模式図である。
図４に示すように、ステップＳ１において、コントロール／駆動回路ユニット１５は、車両の前軸荷重ｍｆ（左前輪はｍｆｌ、右前輪はｍｆｒと表す）、トレッドｌｅ、ホイールセンタ（Ｗ／Ｃ）の高さＷｚ、タイヤ幅ｔｗ、タイヤ半径ｔｒ、サスペンションの最大ラックストローク量ｒｓｍａｘ、初期キャンバ角φｘ、初期キャスタ角φｙ、スクラブ半径Ｐｋｐｙ、キャスタトレイルＰｋｐｘ、タイヤの摩擦係数μ（ここでは固定値とする）を設定する。これらの車両パラメータは、車両の諸元等に基づいて予め把握することができる。なお、図４中のＦはラック軸力、ｌｉは単位接地面の移動距離、Ｔはキングピン軸周りのトルク、ｄｚはホイールセンタの上下変位である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing vehicle parameters set in step S1.
As shown in FIG. 4, in step S1, the control /
次に、コントロール／駆動回路ユニット１５は、キングピン（Ｋ／Ｐ）軸を基準とした座標系の設定を行う（ステップＳ２）。
図５は、ステップＳ２において設定する座標系を示す模式図である。
なお、図５においては、左前輪のキングピン軸について設定する座標系を例として示している。
図５に示すように、ステップＳ２では、車両前後方向前方をｘ軸の正方向、車幅方向外方をｙ軸の正方向、車両上下方向上方をｚ軸の正方向、車両前軸の中心を原点とする３次元のｘｙｚ座標（基準座標｛Ｏ｝）を設定する。
ここで、図５においては、車両を基準とする座標系｛Ｏ｝と平行な座標であってキングピン軸と路面との交点を原点とする座標系｛Ａ｝、座標系｛Ａ｝と車両前方を同一軸としＺ軸がキングピン軸と同一の方向となるように姿勢変換した座標系｛Ｋ｝、座標系｛Ｏ｝と平行な座標であってホイールセンタを原点として設定した座標系｛Ｃ｝を併せて設定する。
Next, the control /
FIG. 5 is a schematic diagram showing the coordinate system set in step S2.
In FIG. 5, a coordinate system set for the kingpin axis of the left front wheel is shown as an example.
As shown in FIG. 5, in step S2, the front in the vehicle longitudinal direction is the positive direction of the x axis, the vehicle width direction outward is the positive direction of the y axis, the vehicle vertical direction is upward in the positive direction of the z axis, and the vehicle front axis center. Is set as a three-dimensional xyz coordinate (reference coordinate {O}).
Here, in FIG. 5, the coordinate system {A}, the coordinate system {A}, and the front of the vehicle are coordinates parallel to the coordinate system {O} with the vehicle as a reference and the origin is the intersection of the kingpin axis and the road surface. Is a coordinate system {K} in which the posture is changed so that the Z axis is in the same direction as the kingpin axis, and a coordinate system {C} parallel to the coordinate system {O} and set with the wheel center as the origin Are also set.
図５に示す座標系において、キングピン傾角をφｋｐｘ、キャスタ角をΦｋｐｙ、キングピン軸周りの回転角をΦｋｐｚとする。また、キャスタトレイルＰｋｐｘ、スクラブ半径Ｐｋｐｙとすると、タイヤ接地面の任意の点Ｋ（接地面と接触するタイヤの任意の点）からキングピン軸と路面との交点までのベクトルＰＫは次式（１）のように定義することができる。
ＣＰＫ＝［Ｐｋｐｘ，Ｐｋｐｙ，０］Ｃ （１）
ただし、ＰＫの添え字Ｃは、座標系｛Ｃ｝におけるベクトルであることを示す。
また、絶対座標｛Ｋ｝を基準としたタイヤ姿勢を示す回転行列Ｒは、次式（２）のように表すことができる。
ＫＲ＝ＲＸ（Φｋｐｙ）ＲＹ（Φｋｐｘ）ＲＺ（Φｋｐｚ）（ＲＺ（０）ＲＹ（−Φｋｐｙ）ＲＸ（−Φｋｐｘ）） （２）
ただし、（２）式に示す回転行列Ｒの各係数は、タイヤを据え切りした時の接地面形状の変化を計測することによって実験により求めたり、シミュレーションによって求めたりすることができる。
In the coordinate system shown in FIG. 5, the kingpin tilt angle is φkpx, the caster angle is Φkpy, and the rotation angle around the kingpin axis is Φkpz. Further, assuming that the caster trail Pkpx and the scrub radius Pkpy are given, a vector P K from an arbitrary point K on the tire contact surface (an arbitrary point on the tire in contact with the contact surface) to the intersection of the kingpin axis and the road surface is expressed by the following equation (1) ) Can be defined.
C P K = [Pkpx, Pkpy, 0] C (1)
However, the subscript C of P K indicates that the vector is in the coordinate system {C}.
Moreover, the rotation matrix R which shows the tire attitude | position on the basis of absolute coordinate {K} can be represented like following Formula (2).
K R = R X (Φkpy) R Y (Φkpx) R Z (Φkpz) (R Z (0) R Y (−Φkpy) R X (−Φkpx)) (2)
However, each coefficient of the rotation matrix R shown in the equation (2) can be obtained by experiment or simulation by measuring a change in the contact surface shape when the tire is stationary.
したがって、任意のベクトルＣＰＫがキングピン軸周りにΦｋｐｚ回転したときの絶対座標を基準としたベクトルは、ＫＲＣＰＫで表すことができる。
（２）式に、操舵角を基に算出したキングピン軸の回転角および車両パラメータを代入すると、タイヤ接地面の任意の点のｘ、ｙ、ｚ軸方向の変位を求めることができる。
Therefore, a vector based on the absolute coordinates when an arbitrary vector C P K rotates around the kingpin axis by Φkpz can be expressed as K R C P K.
If the rotation angle of the kingpin shaft calculated based on the steering angle and the vehicle parameter are substituted into the equation (2), the displacements in the x, y, and z axis directions of arbitrary points on the tire contact surface can be obtained.
図６〜８は、タイヤ接地面の任意の点の変位を示す図であり、図６はｚ軸方向の変位、図７はｘ軸方向の変位、図８はｙ軸方向の変位を示している。なお、図６〜８においては、トー角の変化に対応する各方向の変位を示している。
なお、図６〜８において、横軸に示すトー角は、基準座標から見たＺ軸方向の回転角である。
6 to 8 are diagrams showing displacements at arbitrary points on the tire contact surface, FIG. 6 shows displacements in the z-axis direction, FIG. 7 shows displacements in the x-axis direction, and FIG. 8 shows displacements in the y-axis direction. Yes. 6 to 8 show the displacement in each direction corresponding to the change in the toe angle.
6-8, the toe angle shown on the horizontal axis is the rotation angle in the Z-axis direction as viewed from the reference coordinates.
次に、コントロール／駆動回路ユニット１５は、操舵中立位置でのタイヤ接地面積およびタイヤ姿勢の算出を行う（ステップＳ３）。
ステップＳ３において、タイヤ接地面積およびタイヤ姿勢は車両パラメータから算出することができる。
Next, the control /
In step S3, the tire ground contact area and the tire attitude can be calculated from the vehicle parameters.
図９は、タイヤ接地面積の算出方法を示す模式図である。
図９においては、初期キャンバ角を０とした場合のタイヤ接地面積を算出する方法を例として示している。
図９に示すように、タイヤ半径ｔｒおよびホイールセンタ高さＷｚから、タイヤ接地面のｘ軸方向の長さ（タイヤ接地長ｌｘ）を算出することができる。そして、タイヤ接地長ｌｘとタイヤ幅ｔｗとを乗算することにより、タイヤ接地面積Ｓｆを算出できる。なお、初期キャンバ角が０以外の場合には、実験あるいはシミュレーションを基にタイヤの傾斜を考慮したタイヤ接地面の形状に補正し、タイヤ接地面積Ｓｆを算出できる。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a method for calculating the tire contact area.
FIG. 9 shows an example of a method for calculating the tire contact area when the initial camber angle is zero.
As shown in FIG. 9, the length in the x-axis direction of the tire contact surface (tire contact length lx) can be calculated from the tire radius tr and the wheel center height Wz. The tire contact area Sf can be calculated by multiplying the tire contact length lx and the tire width tw. When the initial camber angle is other than 0, the tire contact area Sf can be calculated by correcting the tire contact surface shape in consideration of the inclination of the tire based on experiments or simulations.
次に、コントロール／駆動回路ユニット１５は、操舵角センサ４が検出する操舵角を取得する（ステップＳ４）。
そして、コントロール／駆動回路ユニット１５は、操舵時のタイヤ姿勢を算出する（ステップＳ５）。
ステップＳ５において、コントロール／駆動回路ユニット１５は、キングピン軸周りにタイヤを回転させた場合の座標｛Ｋ｝を基準としたタイヤ姿勢、タイヤ接地面形状およびホイールセンタ位置を算出する。このとき、コントロール／駆動回路ユニット１５は、（２）式の行列式（タイヤ姿勢を示す行列式）を基にタイヤ接地面の任意の点のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向の変位を算出する。具体的には、コントロール／駆動回路ユニット１５は、タイヤ（車輪）を円柱とみなし、キングピン軸周りにΔΦ回転した（転舵した）ときのタイヤ姿勢を例えば単位量１ｍｍとして算出する。そして、タイヤ接地面積が同一となるように転舵後の新たなホイールセンタ高さを算出し、転舵前の状態からΔΦ回転した姿勢において、各単位接地面あたりで移動した並進量をΔｘとして算出する。Δｘは、車両の基準座標の値に換算する。なお、タイヤにおける新たに接地した面および路面から離れた面については、Δｘ＝０とする。
Next, the control /
Then, the control /
In step S5, the control /
次に、コントロール／駆動回路ユニット１５は、操舵によって発生する仕事量を算出する（ステップＳ６）。
ここで、操舵によって発生する仕事量は、タイヤと路面との摩擦に対して行った仕事量と、車体１Ａを持ち上げるために行った仕事量とに分けることができる。
ステップＳ６において、コントロール／駆動回路ユニット１５は、（２）式を用いて幾何学的に算出した操舵によるタイヤ接地面形状の変化を基に、タイヤと路面との摩擦トルクに対して行った仕事量Ｗｆを算出する。
Next, the control /
Here, the work amount generated by the steering can be divided into a work amount performed for the friction between the tire and the road surface and a work amount performed for lifting the
In step S6, the control /
図１０は、タイヤ接地面における接地荷重を示す模式図である。
図１０において、タイヤ接地面の面圧分布を一定であるものとすると、タイヤ接地面における単位面積当たりの接地荷重は、輪荷重ｍｆ（左輪荷重ｍｆｌあるいは右輪荷重ｍｆｒ）および接地面積Ｎｆを用いて、ｍｆ／Ｎｆと表すことができる。
また、図１１は、操舵時におけるタイヤ接地面形状の変化を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing the contact load on the tire contact surface.
In FIG. 10, assuming that the contact pressure distribution on the tire contact surface is constant, the wheel load mf (left wheel load mfl or right wheel load mfr) and the contact area Nf are used as the contact load per unit area on the tire contact surface. Mf / Nf.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a change in the shape of the tire contact surface during steering.
図１１に示すように、操舵後のタイヤ接地面積は、操舵中立時のタイヤ接地面積に対して総面積に変化がないものと仮定する。
そして、ステップＳ５において算出したタイヤ接地面の任意の点の変位を基に、タイヤ接地面における各単位接地面積の移動量Δｘについての仕事量を定義する。即ち、転舵前と転舵後において、着目するタイヤ接地面の点（タイヤ側の着目点）は、路面との摩擦を伴いながら路面上を移動する。したがって、各単位接地面積ごとに、路面上を摩擦に抗して移動した距離Δｘを算出し、その移動についての仕事量を定義する。
As shown in FIG. 11, it is assumed that the tire ground contact area after steering does not change in the total area with respect to the tire ground contact area during neutral steering.
Then, based on the displacement of an arbitrary point on the tire contact surface calculated in step S5, the work amount for the movement amount Δx of each unit contact area on the tire contact surface is defined. That is, before turning and after turning, a point on the tire ground contact surface (a point on the tire side) of interest moves on the road surface with friction with the road surface. Therefore, for each unit ground contact area, the distance Δx moved against the friction on the road surface is calculated, and the work amount for the movement is defined.
図１２は、単位接地面積あたりの操舵に要する仕事量を示す模式図である。
図１２において、各単位接地面積が操舵に要する仕事量ｗｉ（ｉは自然数）は、重力加速度ｇを用いて、
ｗｉ＝μ×ｍｉ×ｇ×Δｘｉ （３）
と表すことができる。
すると、タイヤ接地面積全体での仕事量Ｗｆは、次式（４）のように表すことができる。
Ｗｆ＝μ（ｍｆ・ｇ／Ｎｆ）ΣΔｘｉ（ただし、ｉ＝１〜Ｎｆ） （４）
コントロール／駆動回路ユニット１５は、（４）式を基に一輪分の操舵によるねじりトルクを算出するモデルを設定する。
FIG. 12 is a schematic diagram showing the amount of work required for steering per unit ground contact area.
In FIG. 12, the work amount wi (i is a natural number) required for steering by each unit ground contact area is expressed by gravity acceleration g.
wi = μ × mi × g × Δxi (3)
It can be expressed as.
Then, the work amount Wf in the entire tire contact area can be expressed as the following equation (4).
Wf = μ (mf · g / Nf) ΣΔxi (where i = 1 to Nf) (4)
The control /
図１３は、一輪分のねじりトルクを算出するモデルを示す模式図である。
図１３に示すモデルでは、タイヤ接地面の各単位接地面ごとに変位が算出してあり、その変位から決まる仕事量ｗｉが対応付けてある。
また、ステップＳ６において、車体１Ａを持ち上げるために行った仕事量は、ホイールセンタの高さの変化を基に、前軸荷重とホイールセンタ高さの変化との乗算を基に算出することができる。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a model for calculating torsional torque for one wheel.
In the model shown in FIG. 13, the displacement is calculated for each unit ground contact surface of the tire ground contact surface, and the work amount wi determined from the displacement is associated.
Further, the amount of work performed to lift the
次に、コントロール／駆動回路ユニット１５は、キングピン軸周りのモーメント（一輪分）を算出する（ステップＳ７）。
ステップＳ７において、コントロール／駆動回路ユニット１５は、車体１Ａの上下方向の変位による持ち上げトルク（以下、「車体持ち上げトルク」と称する。）と、タイヤと路面との摩擦によるねじりトルク（以下、「摩擦ねじりトルク」と称する。）とをそれぞれ算出し、これらを合計する。なお、ステップＳ７において、摩擦ねじりトルクを算出する処理が摩擦ねじりトルク算出部１１０ａに対応し、車体持ち上げトルクを算出する処理が車体持ち上げトルク算出部１１０ｂに対応している。
Next, the control /
In step S7, the control /
図１４は、操舵においてキングピン軸周りに作用する力（左前輪の場合）を示す模式図である。
図１４において、一輪についての輪荷重は左前輪の前軸荷重ｍｆｌと重力加速度ｇとを用いて、ｍｆｌ・ｇと表すことができる。また、ホイールセンタの上下変位をｄｚ、操舵によるラック軸のストローク（ラックストローク）をｒｓ、単位接地面の移動距離をｌｉと表す。
FIG. 14 is a schematic diagram showing the force (in the case of the left front wheel) acting around the kingpin axis during steering.
In FIG. 14, the wheel load for one wheel can be expressed as mfl · g using the front axle load mfl of the left front wheel and the gravitational acceleration g. Further, the vertical displacement of the wheel center is represented by dz, the stroke of the rack shaft (rack stroke) by steering is represented by rs, and the movement distance of the unit ground contact surface is represented by li.
車体持ち上げトルクは、ホイールセンタ高さの変化（ホイールセンタ上下変位ｄｚ）に基づく仕事量から算出することができ、次式（５）〜（７）のように表すことができる。
車体を持ち上げるポテンシャルエネルギー（一輪分）Ｕ１：
Ｕ１＝−ｍｆｌ×ｇ×ｄｚ （５）
キングピン軸周りに働く持ち上げトルク（一輪分）Ｔ１：
Ｔ１＝∂Ｕ１／∂Φｋｐｚ （６）
ラック軸力（一輪分）Ｆ１：Ｆ１＝∂Ｕ１／∂ｒｓ （７）
また、摩擦ねじりトルクは、タイヤ接地面形状の変化から算出することができ、次式（８）〜（１０）のように表すことができる。
摩擦力によるポテンシャルエネルギー（一輪分）Ｕ２：
Ｕ２＝−Σ（μ・ｍｆｌ・ｇ・ｌｉ／Ｎｆ） （８）
ただし、自然数ｉ＝１〜Ｎｆ。
キングピン軸周りに働く持ち上げトルクＴ２：
Ｔ２＝∂Ｕ２／∂Φｋｐｚ （９）
ラック軸力（一輪分）Ｆ２：Ｆ２＝∂Ｕ２／∂ｒｓ （１０）
次に、コントロール／駆動回路ユニット１５は、（５）〜（１０）式を基に、キングピン軸周りの回転で生じる二輪分のねじりトルク（摩擦ねじりトルク）を算出するモデルを設定し、合計の操舵トルクを算出する（ステップＳ８）。
The vehicle body lifting torque can be calculated from a work amount based on a change in wheel center height (wheel center vertical displacement dz), and can be expressed as the following equations (5) to (7).
Potential energy for lifting the vehicle (one wheel) U1:
U1 = −mfl × g × dz (5)
Lifting torque that works around the kingpin axis (for one wheel) T1:
T1 = ∂U1 / ∂Φkpz (6)
Rack axial force (for one wheel) F1: F1 = ∂U1 / ∂rs (7)
Further, the frictional torsion torque can be calculated from a change in the tire ground contact surface shape, and can be expressed as the following equations (8) to (10).
Potential energy due to frictional force (for one wheel) U2:
U2 = −Σ (μ · mfl · g · li / Nf) (8)
However, natural number i = 1 to Nf.
Lifting torque T2 acting around the kingpin axis:
T2 = ∂U2 / ∂Φkpz (9)
Rack axial force (for one wheel) F2: F2 = ∂U2 / ∂rs (10)
Next, the control /
図１５は、二輪分のねじりトルクを算出するモデルを示す模式図である。
図１５に示すモデルでは、左右前輪を対応付けて、キングピン軸、操舵によるステアリングラック部材７の移動軌跡、タイロッド８の移動軌跡、接地面中心の移動軌跡、ホイールセンタの移動軌跡がそれぞれ設定してある。
図１５に示すモデルにより、種々の操舵に対して、二輪分のねじりトルクを算出することができる。
そして、ステップＳ８において、コントロール／駆動回路ユニット１５は、これら二輪分のねじりトルクと車体持ち上げトルクとを合計することにより、操舵トルクを算出する。
図１６は、（５）〜（１０）式を基に算出した摩擦ねじりトルク分および車体持ち上げトルク分のラック軸力を示す図である。
FIG. 15 is a schematic diagram showing a model for calculating torsional torque for two wheels.
In the model shown in FIG. 15, the left and right front wheels are associated with each other, and the kingpin shaft, the movement locus of the
With the model shown in FIG. 15, torsional torque for two wheels can be calculated for various types of steering.
In step S8, the control /
FIG. 16 is a diagram showing the rack axial force for the frictional torsion torque and the vehicle body lifting torque calculated based on the equations (5) to (10).
図１６によれば、操舵量を示すラックストロークに対して、摩擦ねじりトルクおよび車体持ち上げトルクを成分とするラック軸力が発生し、これらのうち摩擦ねじりトルクが支配的であることがわかる。
なお、左右輪において、ｙ方向を逆向き（車幅方向外方）に取っているため、ラック軸力の向きは正負が逆の位相となる。
According to FIG. 16, it is understood that rack axial force having friction torsion torque and vehicle body lifting torque as components is generated with respect to the rack stroke indicating the steering amount, and the friction torsion torque is dominant among these.
In the left and right wheels, since the y direction is opposite (outward in the vehicle width direction), the direction of the rack axial force is in the opposite phase.
次に、コントロール／駆動回路ユニット１５は、次式（１１）に従って、ステップＳ８において算出した操舵トルクに基づくラック軸力Ｆｂｒに対し、ブレーキ圧センサ１２が検出したブレーキ圧に応じた係数（制動力係数τ）を乗算し、走行時の据え切り力Ｆｒｕｎと加算することにより、総合的なラック軸力Ｆを算出する（ステップＳ９）。
Ｆ＝Ｆｒｕｎ＋τ・Ｆｂｒ （１１）
なお、（１１）式中、Ｆｂｒは制動時（車輪がロックした状態）の据え切り力に相当するものである。また、走行時の据え切り力Ｆｒｕｎは、車輪を回転方向へ拘束していない状態での据え切り力（操舵トルク）に相当するものである。また、制動力係数τは、設定車速以下の領域で正の値を取り、制動力（あるいはブレーキ圧）が小さいほど、また、車速が高いほど小さくなる変数である。
Next, according to the following equation (11), the control /
F = Frun + τ · Fbr (11)
In the equation (11), Fbr corresponds to the stationary force at the time of braking (the wheel is locked). The traveling force Frun during traveling corresponds to the stationary force (steering torque) when the wheel is not restrained in the rotational direction. The braking force coefficient τ is a variable that takes a positive value in a region below the set vehicle speed and decreases as the braking force (or brake pressure) decreases and as the vehicle speed increases.
図１７は、ブレーキ圧と制動力係数τとの関係例を示す図である。
図１７に示すように、例えば、制動力係数τは、車速が低速域（０〜１０ｋｍ／ｈ等）、かつブレーキ圧が上限値以上のときに、上限値τｍａｘとなる。また、ブレーキ圧が上限値から減少するにつれて、また、車速が増加するにつれて、τも正の範囲で減少する変数とすることができる。図１７に示す例では、車速が０ｋｍ／ｈより高く１０ｋｍ／ｈ以下の場合に対し、車速が１０ｋｍ／ｈより高く２０ｋｍ／ｈ以下の場合、車速が２０ｋｍ／ｈより高く３０ｋｍ／ｈ以下の場合の順に、制動力係数τが小さい値を取る特性となっている。なお、制動力係数τは、設定閾値（例えば３０ｋｍ／ｈ）以下の範囲で上記の値を取り、設定閾値を超える車速ではゼロとなる。
FIG. 17 is a diagram illustrating a relationship example between the brake pressure and the braking force coefficient τ.
As shown in FIG. 17, for example, the braking force coefficient τ becomes the upper limit value τmax when the vehicle speed is a low speed range (0 to 10 km / h or the like) and the brake pressure is equal to or higher than the upper limit value. Also, τ can be a variable that decreases in a positive range as the brake pressure decreases from the upper limit value and as the vehicle speed increases. In the example shown in FIG. 17, when the vehicle speed is higher than 10 km / h and lower than 10 km / h, when the vehicle speed is higher than 10 km / h and lower than 20 km / h, when the vehicle speed is higher than 20 km / h and lower than 30 km / h. In this order, the braking force coefficient τ has a small value. Note that the braking force coefficient τ takes the above value within the range of the set threshold (for example, 30 km / h) or less, and becomes zero at a vehicle speed exceeding the set threshold.
図１８は、操舵トルク推定処理によって算出したラック軸力Ｆ（推定値）と、操舵角との関係を示す図である。
また、図１９は、実車実験によって取得したラック軸力（実測値）と、操舵角との関係を示す図である。
なお、図１８，１９においては、車輪を回転方向へ拘束していない状態（制動なし）および車輪がロックした状態（制動あり）の場合をそれぞれ示している。
FIG. 18 is a diagram illustrating the relationship between the rack axial force F (estimated value) calculated by the steering torque estimation process and the steering angle.
FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the rack axial force (actually measured value) obtained by actual vehicle experiments and the steering angle.
18 and 19 respectively show a state where the wheel is not restrained in the rotational direction (no braking) and a state where the wheel is locked (with braking).
図１８，１９に示すように、操舵トルクに対するラック軸力の特性はヒステリシスを示すものとなり、また、制動力の有無によって、異なる特性を描くものとなる。
図１８に示す推定値は、実車実験によって取得した実測値とほぼ一致するものとなっており、本実施形態の操舵トルク推定処理によって、より正確な操舵トルクの推定を行うことが可能となっている。
ステップＳ９の後、コントロール／駆動回路ユニット１５は、イグニションオフとなるまで操舵トルク推定処理を繰り返す。
As shown in FIGS. 18 and 19, the characteristic of the rack axial force with respect to the steering torque shows hysteresis, and also shows different characteristics depending on the presence or absence of the braking force.
The estimated value shown in FIG. 18 is substantially the same as the actually measured value obtained by the actual vehicle experiment, and the steering torque estimation process according to the present embodiment makes it possible to estimate the steering torque more accurately. Yes.
After step S9, the control /
（動作）
次に、動作を説明する。
本実施形態に係る自動車１は、イグニションオンと共に、操舵トルク推定処理の実行を開始する。このとき、コントロール／駆動回路ユニット１５が、車両パラメータの設定、キングピン軸の位置の座標設定および操舵中立位置でのタイヤ接地面積とタイヤ姿勢の算出を行う（図３のステップＳ１〜Ｓ３）。
(Operation)
Next, the operation will be described.
The
そして、運転者が操舵入力を行うと、その操舵角を操舵角センサ４が検出し、操舵時のタイヤ姿勢の変化から、コントロール／駆動回路ユニット１５が操舵によって発生する仕事量を算出する（図３のステップＳ４〜Ｓ６）。
さらに、コントロール／駆動回路ユニット１５が、操舵によって生じるキングピン軸周りのモーメントを、車体持ち上げトルク分および摩擦ねじりトルク分それぞれについて算出することにより、左右輪それぞれのモーメントを算出する（図３のステップＳ７）。
When the driver performs steering input, the
Further, the control /
コントロール／駆動回路ユニット１５は、このように算出した左右輪それぞれのキングピン軸周りのモーメントを加算して二輪分の操舵トルクを算出し、この操舵トルクを制動時の据え切り力Ｆｂｒとして、制動力係数τを乗じた後に、走行時の据え切り力Ｆｒｕｎと加算して操舵トルクの推定値Ｆを算出する（図３のステップＳ８，Ｓ９）。
さらに、コントロール／駆動回路ユニット１５（アシストトルク制御部１３０）は、推定した操舵トルクを基に、操舵トルクと操舵アシストトルクとの関係を定義したマップを参照し、電動アシストモータ５に対する操舵アシストトルクの指令値を出力する。
The control /
Further, the control / drive circuit unit 15 (assist torque control unit 130) refers to a map that defines the relationship between the steering torque and the steering assist torque based on the estimated steering torque, and the steering assist torque for the
このとき出力する操舵アシストトルクの指令値は、据え切り時（車輪ロック時）の車体持ち上げトルクおよび摩擦ねじりトルクを走行時の据え切り力（回転方向への拘束がない状態での操舵トルク）に加算した正確な操舵トルクの推定値に基づくものであるため、より適切な操舵アシストトルクを付与できる。
以上のように、本実施形態に係る車両用操舵装置１Ｂおよび操舵力推定装置１Ｃは、操舵入力に伴って発生する仕事量を、タイヤと路面との摩擦に対して行った仕事と、車体１Ａを持ち上げるために行った仕事量とに分けて算出する。そして、これらの仕事量に対応して、車体持ち上げトルク分および摩擦ねじりトルク分のキングピン軸周りのモーメントを算出する。
The command value of the steering assist torque that is output at this time is the vehicle lifting torque and frictional torsion torque at the time of stationary (when the wheel is locked), and the stationary force (steering torque when there is no constraint in the rotational direction) during traveling. Since this is based on the estimated value of the added accurate steering torque, a more appropriate steering assist torque can be applied.
As described above, the
さらに、車両用操舵装置１Ｂおよび操舵力推定装置１Ｃは、左右二輪分についてキングピン軸周りのモーメントを合計し、合計の操舵トルク（ラック軸力）を算出する。
車両用操舵装置１Ｂおよび操舵力推定装置１Ｃは、このように算出した、操舵によって発生する仕事量に基づくラック軸力成分に制動力が小さいほど小さくなる制動力係数τを乗算し、走行時の据え切り力と加算することで、操舵入力に対するラック軸力の推定値を得る。
Furthermore, the
The
そのため、線形二輪モデルの車両モデルに基づいてラック軸力を推定する場合に比べ、タイヤと路面の摩擦および車体の持ち上げに要する力を算入してラック軸力を推定することができる。
したがって、操舵トルクあるいはラック軸力をより高精度に推定することができ、ラック軸力あるいは操舵トルクの推定を用いた操舵制御をより適切に行うことができる。
Therefore, compared with the case where the rack axial force is estimated based on the vehicle model of the linear two-wheel model, the rack axial force can be estimated by including the friction between the tire and the road surface and the force required to lift the vehicle body.
Therefore, the steering torque or the rack axial force can be estimated with higher accuracy, and the steering control using the estimation of the rack axial force or the steering torque can be performed more appropriately.
なお、本実施形態において、車輪速センサ１４ＦＲ，１４ＦＬ，１４ＲＲ，１４ＲＬが車速検出手段に対応し、操舵角センサ４が操舵角検出手段に対応する。また、電動アシストモータ５が電動モータに対応し、ステアリングラック部材７がステアリングラック部材に対応する。また、摩擦ねじりトルク算出部１１０ａが摩擦エネルギ算出手段に対応し、操舵トルク推定部１１０が操舵力推定手段に対応する。また、アシストトルク制御部１３０、減算器１４０、ＰＷＭ制御部１５０、電流検出回路１６０およびモータ駆動回路１７０がモータ制御手段に対応し、車体持ち上げトルク算出部１１０ｂがポテンシャルエネルギ算出手段に対応する。また、ブレーキ圧センサ１２が制動力検出手段に対応する。
（第１実施形態の効果）
In the present embodiment, the wheel speed sensors 14FR, 14FL, 14RR, 14RL correspond to the vehicle speed detection means, and the
(Effect of 1st Embodiment)
（１）摩擦エネルギ算出手段によって、操向輪の操舵において発生する路面と操向輪との摩擦エネルギを算出し、操舵力推定手段によって、摩擦エネルギと操舵角とに基づいて操舵トルクあるいはラック軸力を推定する。
そのため、操舵時における路面と操向輪との摩擦エネルギを算入して操舵トルクあるいはラック軸力を推定するため、操向輪のねじりに基づく力を含む操舵トルクあるいはラック軸力の推定値とすることができる。
したがって、操舵トルクあるいはラック軸力をより高精度に推定することが可能となる。
(1) Friction energy between the road surface and the steered wheels generated during steering of the steered wheels is calculated by the friction energy calculating means, and the steering torque or the rack shaft is calculated based on the friction energy and the steering angle by the steering force estimating means. Estimate force.
Therefore, in order to estimate the steering torque or the rack axial force by calculating the friction energy between the road surface and the steered wheels during steering, the estimated value of the steering torque or the rack axial force including the force based on the torsion of the steered wheels is used. be able to.
Therefore, the steering torque or the rack axial force can be estimated with higher accuracy.
（２）摩擦エネルギと操舵角と操向輪の操舵に伴う車体の上下方向の変位に基づくポテンシャルエネルギとに基づいて操舵トルクあるいはラック軸力を推定する。
したがって、操舵時における車体を持ち上げる力を含む操舵トルクあるいはラック軸力の推定値とできるため、より高精度な推定を行うことができる。
（３）車速が設定した閾値以下のときに操舵トルクあるいはラック軸力を推定し、制動力が小さいほど、操舵トルクあるいはラック軸力の値をより小さく推定する。
そのため、操舵における操向輪と路面の摩擦の影響が大きくなる低速域において、制動による車輪の回転への影響を含む推定値とすることができるため、より高精度な推定を行うことができる。
(2) The steering torque or the rack axial force is estimated based on the friction energy, the steering angle, and the potential energy based on the vertical displacement of the vehicle body accompanying the steering of the steering wheel.
Therefore, since the estimated value of the steering torque or the rack axial force including the force for lifting the vehicle body at the time of steering can be obtained, more accurate estimation can be performed.
(3) The steering torque or the rack axial force is estimated when the vehicle speed is equal to or less than the set threshold value, and the steering torque or the rack axial force is estimated to be smaller as the braking force is smaller.
Therefore, since the estimated value including the influence on the rotation of the wheel due to braking can be obtained in a low speed range where the influence of the friction between the steered wheel and the road surface in the steering is large, more accurate estimation can be performed.
（４）摩擦エネルギ算出手段によって、操向輪の操舵において発生する路面と操向輪との摩擦エネルギを算出し、操舵力推定手段によって、摩擦エネルギと操舵角とに基づいて操舵トルクあるいはラック軸力を推定する。
そのため、操舵時における路面と操向輪との摩擦エネルギを算入して操舵トルクあるいはラック軸力を推定するため、操向輪のねじりに基づく力を含む操舵トルクあるいはラック軸力の推定値とすることができる。
したがって、操舵トルクあるいはラック軸力をより高精度に推定することが可能となる。
（５）操向輪の操舵において発生する路面と操向輪との摩擦エネルギを算出し、摩擦エネルギと操舵角とに基づいて操舵トルクあるいはステアリングラック部材のラック軸力を推定する。そして、推定した操舵トルクあるいはラック軸力に応じて、電動モータの駆動制御を行う。
これにより、操舵時における路面と操向輪との摩擦エネルギを算入して操舵トルクあるいはラック軸力を推定するため、操向輪のねじりに基づく力を含む操舵トルクあるいはラック軸力の推定値とすることができる。
したがって、操舵トルクあるいはラック軸力をより高精度に推定することができ、操舵トルクあるいはラック軸力の推定を用いた操舵制御をより適切に行うことが可能となる。
(4) The friction energy calculating means calculates the friction energy between the road surface and the steered wheels generated in steering the steered wheels, and the steering force estimating means calculates the steering torque or the rack shaft based on the friction energy and the steering angle. Estimate force.
Therefore, in order to estimate the steering torque or the rack axial force by calculating the friction energy between the road surface and the steered wheels during steering, the estimated value of the steering torque or the rack axial force including the force based on the torsion of the steered wheels is used. be able to.
Therefore, the steering torque or the rack axial force can be estimated with higher accuracy.
(5) Friction energy between the road surface and the steering wheel generated in steering the steered wheel is calculated, and the steering torque or the rack axial force of the steering rack member is estimated based on the friction energy and the steering angle. Then, drive control of the electric motor is performed according to the estimated steering torque or rack axial force.
Accordingly, in order to estimate the steering torque or the rack axial force by including the friction energy between the road surface and the steered wheel during steering, the estimated value of the steering torque or the rack axial force including the force based on the torsion of the steered wheel can do.
Therefore, the steering torque or the rack axial force can be estimated with higher accuracy, and the steering control using the estimation of the steering torque or the rack axial force can be performed more appropriately.
（６）操向輪の操舵において発生する路面と操向輪との摩擦エネルギを算出し、摩擦エネルギと操舵角とに基づいて操舵トルクあるいはステアリングラック部材のラック軸力を推定する。
そのため、操舵時における路面と操向輪との摩擦エネルギを算入して操舵トルクあるいはラック軸力を推定するため、操向輪のねじりに基づく力を含む操舵トルクあるいはラック軸力の推定値とすることができる。
したがって、操舵トルクあるいはラック軸力をより高精度に推定することが可能となる。
(6) Friction energy between the road surface and the steering wheel generated in steering the steered wheels is calculated, and the steering torque or the rack axial force of the steering rack member is estimated based on the friction energy and the steering angle.
Therefore, in order to estimate the steering torque or the rack axial force by calculating the friction energy between the road surface and the steered wheels during steering, the estimated value of the steering torque or the rack axial force including the force based on the torsion of the steered wheels is used. be able to.
Therefore, the steering torque or the rack axial force can be estimated with higher accuracy.
（応用例１）
第１実施形態では、車両用操舵装置１Ｂとして、運転者による操舵操作に対し、電動アシストモータ５によって操舵アシストトルクを付与する方式のものを例に挙げて説明した。
これに対し、入力側ステアリング軸と出力側ステアリング軸とを機械的に切り離し、操舵入力に対応して、電動モータによって出力側ステアリング軸の回転（即ち、操向輪の操舵角）を制御する方式（いわゆるステアバイワイヤ方式）の車両用操舵装置に本発明を適用することができる。
(Application 1)
In the first embodiment, the
On the other hand, the input-side steering shaft and the output-side steering shaft are mechanically separated, and the rotation of the output-side steering shaft (that is, the steering angle of the steering wheel) is controlled by the electric motor in response to the steering input. The present invention can be applied to a vehicle steering apparatus (so-called steer-by-wire system).
図２０は、ステアバイワイヤ（ＳＢＷ）方式の車両用操舵装置１Ｂに本発明を適用した場合の構成を示す図である。
図２０に示すように、ＳＢＷ方式の場合も、第１実施形態と同様に、車両用操舵装置１Ｂは、ステアリングホイール２と、操舵角センサ４と、ピニオンギア６と、ステアリングラック部材７と、タイロッド８と、コントロール／駆動回路ユニット１５とを有する。
一方、第１実施形態の構成に対し、ステアリング軸３は、入力側ステアリング軸３ａと出力側ステアリング軸３ｂとに分割した構成であり、入力側ステアリング軸３ａの操舵角を操舵角センサによって検出し、検出値に応じて転舵用の電動モータ５ａを駆動する。
FIG. 20 is a diagram showing a configuration when the present invention is applied to a steer-by-wire (SBW) type
As shown in FIG. 20, also in the case of the SBW method, the
On the other hand, the steering shaft 3 is divided into an input
この場合においても、コントロール／駆動回路ユニット１５は、操舵トルク推定処理を実行し、摩擦ねじりトルクおよび車体持ち上げトルクを算入して、キングピン軸周りのモーメントを算出し、操舵トルク（ラック軸力）を推定する。
ＳＢＷ方式の車両用操舵装置の場合、転舵用のモータによって車輪の姿勢を制御することから、本発明を適用して、より正確な操舵トルクあるいはラック軸力を推定することで、より適切なモータ出力とでき、車両の操縦性・安定性を向上させることができる。
なお、ＳＢＷ方式の車両用操舵装置として、ステアリングラック部材が一体であり、その両端に車輪を連結したもの、および、ステアリングラック部材が左右に分割してあり、それらの一端に車輪が連結したもののいずれにも本発明を適用することができる。
Also in this case, the control /
In the case of an SBW-type vehicle steering device, the attitude of the wheel is controlled by a steering motor. Therefore, by applying the present invention and estimating a more accurate steering torque or rack axial force, more appropriate Motor output can be achieved, and the handling and stability of the vehicle can be improved.
As an SBW type vehicle steering device, a steering rack member is integrated and wheels are connected to both ends, and a steering rack member is divided into left and right, and wheels are connected to one end thereof. The present invention can be applied to both.
（効果）
より正確な操舵トルクあるいはラック軸力を推定することで、より適切なモータ出力とでき、車両の操縦性・安定性を向上させることができる。
（応用例２）
第１実施形態において、摩擦ねじりトルクおよび車体持ち上げトルクを成分とするラック軸力を推定するものとして説明したが、これらのうち、摩擦ねじりトルクが支配的である。
そのため、摩擦ねじりトルクからキングピン軸周りのモーメントを算出し、ラック軸力の推定結果を取得することができる。
この場合、演算を簡素化しつつ、一定の精度で操舵トルクを推定することができる。
(effect)
By estimating a more accurate steering torque or rack axial force, a more appropriate motor output can be obtained, and the maneuverability and stability of the vehicle can be improved.
(Application example 2)
In the first embodiment, the rack axial force having the components of the frictional torsion torque and the vehicle body lifting torque has been described. Of these, the frictional torsion torque is dominant.
Therefore, the moment around the kingpin axis can be calculated from the frictional torsion torque, and the estimation result of the rack axial force can be obtained.
In this case, the steering torque can be estimated with a certain accuracy while simplifying the calculation.
１ 自動車、１Ａ 車体、１Ｂ 車両用操舵装置、１Ｃ 操舵力推定装置、２ ステアリングホイール、３ ステアリング軸、３ａ 入力側ステアリング軸、３ｂ 出力側ステアリング軸、４ 操舵角センサ（操舵角検出手段）、５ 電動アシストモータ（電動モータ）、５ａ 電動モータ、６ ピニオンギア、７ ステアリングラック部材、８ タイロッド、９ＦＲ，９ＦＬ，９ＲＲ，９ＲＬ 車輪、１０ ブレーキディスク、１１ ホイールシリンダ、１２ ブレーキ圧センサ（制動力検出手段）、１３ 圧力制御ユニット、１４ＦＲ，１４ＦＬ，１４ＲＲ，１４ＲＬ 車輪速センサ（車速検出手段）、１５ 駆動回路ユニット、１１０ 操舵トルク推定部（操舵力推定手段）、１１０ａ 摩擦ねじりトルク算出部（摩擦エネルギ算出手段）、１１０ｂ 車体持ち上げトルク算出部（ポテンシャルエネルギ算出手段）、１２０ ブレーキ作動判定部、１３０ アシストトルク制御部（モータ制御手段）、１４０ 減算器（モータ制御手段）、１５０ ＰＷＭ制御部（モータ制御手段）、１６０ 電流検出回路（モータ制御手段）、１７０ モータ駆動回路（モータ制御手段）
DESCRIPTION OF
Claims (6)
制動力を検出する制動力検出手段と、
ステアリング軸に入力した操舵操作における操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記ステアリング軸に入力した操舵操作に対し、操舵補助力の付与あるいは操向輪の操舵角制御を行う電動モータと、
前記ステアリング軸の回転を前記操向輪に伝達するステアリングラック部材と、
前記操向輪の操舵において発生する路面と前記操向輪との摩擦エネルギを算出する摩擦エネルギ算出手段と、
前記摩擦エネルギと前記操舵角とに基づいて操舵トルクあるいは前記ステアリングラック部材のラック軸力を推定する操舵力推定手段と、
前記操舵力推定手段が推定した前記操舵トルクあるいは前記ラック軸力に応じて、前記電動モータの駆動制御を行うモータ制御手段と、
を備え、
前記操舵力推定手段は、前記車速検出手段が検出した車速が設定した閾値以下のときに前記操舵トルクあるいは前記ラック軸力を推定し、前記制動力検出手段が検出した制動力が小さいほど、前記操舵トルクあるいは前記ラック軸力の値をより小さく推定することを特徴とする車両用操舵装置。 Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
Braking force detection means for detecting braking force;
Steering angle detection means for detecting the steering angle in the steering operation input to the steering shaft;
An electric motor that applies a steering assist force or controls a steering angle of a steered wheel in response to a steering operation input to the steering shaft;
A steering rack member for transmitting rotation of the steering shaft to the steering wheel;
Friction energy calculating means for calculating friction energy between a road surface generated during steering of the steering wheel and the steering wheel;
Steering force estimating means for estimating a steering torque or a rack axial force of the steering rack member based on the friction energy and the steering angle;
Motor control means for controlling drive of the electric motor in accordance with the steering torque or the rack axial force estimated by the steering force estimation means;
Equipped with a,
The steering force estimation means estimates the steering torque or the rack axial force when the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means is less than or equal to a set threshold value, and the smaller the braking force detected by the braking force detection means, vehicle steering apparatus characterized that you estimate smaller value of the steering torque or the rack axial force.
前記操舵力推定手段は、前記摩擦エネルギと前記操舵角と前記ポテンシャルエネルギとに基づいて前記操舵トルクあるいは前記ラック軸力を推定することを特徴とする請求項１記載の車両用操舵装置。 A potential energy calculating means for calculating a potential energy based on a vertical displacement of the vehicle body accompanying the steering of the steering wheel;
2. The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein the steering force estimating means estimates the steering torque or the rack axial force based on the friction energy, the steering angle, and the potential energy.
前記操舵力推定手段は、前記入力側ステアリング軸に入力した前記操舵操作に対応して前記電動モータによって操向輪を操舵するとき前記操舵トルクあるいは前記ラック軸力を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用操舵装置。 An input side steering shaft that inputs a steering operation and an output side steering shaft that steers the steered wheels are mechanically separated from each other, and the motor control means inputs the input side steering shaft. A steer-by-wire system that rotates the output-side steering shaft by driving the electric motor in accordance with a steering operation;
The steering force estimating means estimates the steering torque or the rack axial force when steering a steered wheel by the electric motor in response to the steering operation input to the input side steering shaft. Item 3. The vehicle steering device according to Item 1 or 2 .
制動力を検出する制動力検出手段と、
ステアリング軸に入力した操舵操作における操舵角を検出する操舵角検出手段と、
操向輪の操舵において発生する路面と前記操向輪との摩擦エネルギを算出する摩擦エネルギ算出手段と、
前記摩擦エネルギと前記操舵角とに基づいて操舵トルク、あるいは、前記ステアリング軸の回転を前記操向輪に伝達するステアリングラック部材のラック軸力を推定する操舵力推定手段と、
を備え、
前記操舵力推定手段は、前記車速検出手段が検出した車速が設定した閾値以下のときに前記操舵トルクあるいは前記ラック軸力を推定し、前記制動力検出手段が検出した制動力が小さいほど、前記操舵トルクあるいは前記ラック軸力の値をより小さく推定することを特徴とする操舵力推定装置。 Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
Braking force detection means for detecting braking force;
Steering angle detection means for detecting the steering angle in the steering operation input to the steering shaft;
Friction energy calculating means for calculating friction energy between a road surface generated during steering of the steering wheel and the steering wheel;
Steering force estimation means for estimating a steering torque based on the friction energy and the steering angle, or a rack axial force of a steering rack member that transmits the rotation of the steering shaft to the steering wheel;
Equipped with a,
The steering force estimation means estimates the steering torque or the rack axial force when the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means is less than or equal to a set threshold value, and the smaller the braking force detected by the braking force detection means, steering force estimating device characterized that you estimate smaller value of the steering torque or the rack axial force.
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