JP6701946B2 - Driving support control device using electric power steering mechanism and vehicle equipped with the same - Google Patents

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  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Description

本発明は、電流指令値に基づいてモータを駆動して操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置及びそれを搭載した車両に関し、特に車両条件により発生する運転者が感じる安定感の低減を補償し、通常操舵運転における操舵運転の負荷を軽減する電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置及びそれを搭載した車両に関する。   The present invention relates to a driving assistance control device that uses an electric power steering mechanism that drives a motor based on a current command value to assist control of a steering system, and a vehicle equipped with the driving assistance control device. Particularly, a driver feels depending on vehicle conditions. The present invention relates to a driving assistance control device that uses an electric power steering mechanism that compensates for a reduction in sense of stability and reduces the load of steering operation during normal steering operation, and a vehicle equipped with the same.

車両の操舵系をモータの回転力でアシスト制御する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力で減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力(アシスト力)を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデューティの調整で行っている。   BACKGROUND ART An electric power steering device that assist-controls a steering system of a vehicle by a rotational force of a motor uses a driving force of a motor to transmit a steering assist force (assist force) to a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a reduction gear. ) Is added. Such a conventional electric power steering device performs feedback control of the motor current in order to accurately generate the torque of the steering assist force. The feedback control adjusts the motor applied voltage so that the difference between the current command value and the motor current detection value becomes small. The adjustment of the motor applied voltage is generally performed by adjusting the duty of PWM (pulse width modulation) control. I am adjusting.

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、ハンドル1の操舵トルクを検出するトルクセンサ10及び操舵角θを検出する舵角センサ14が設けられており、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット(ECU)30には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー(IG)信号が入力される。コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTsと車速センサ12で検出された車速Vとに基づいてアシスト(操舵補助)指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Vrefによって、モータ20に供給する電流を制御する。   The general structure of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 6b, and further connected to steering wheels 8L, 8R via hub units 7a, 7b. Further, the column shaft 2 is provided with a torque sensor 10 for detecting the steering torque of the steering wheel 1 and a steering angle sensor 14 for detecting the steering angle θ, and a motor 20 for assisting the steering force of the steering wheel 1 is provided with a reduction gear 3. It is connected to the column shaft 2 via. Electric power is supplied from the battery 13 to the control unit (ECU) 30 that controls the electric power steering device, and an ignition key (IG) signal is input via the ignition key 11. The control unit 30 calculates the current command value of the assist (steering assistance) command based on the steering torque Ts detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 12, and compensates for the current command value. The current supplied to the motor 20 is controlled by the applied voltage control command value Vref.

なお、舵角センサ14は必須のものではなく、配設されていなくても良く、また、モータ20に連結されたレゾルバ等の回転センサから操舵角を取得することも可能である。   Note that the steering angle sensor 14 is not essential, and may not be provided, and the steering angle can be obtained from a rotation sensor such as a resolver connected to the motor 20.

コントロールユニット30には、車両の各種情報を授受するCAN(Controller Area Network)40が接続されており、車速VはCAN40から受信することも可能である。また、コントロールユニット30には、CAN40以外の通信、アナログ/ディジタル信号、電波等を授受する非CAN41も接続可能である。   A CAN (Controller Area Network) 40 that exchanges various vehicle information is connected to the control unit 30, and the vehicle speed V can also be received from the CAN 40. Further, the control unit 30 can also be connected to a non-CAN 41 other than the CAN 40 that exchanges communication, analog/digital signals, radio waves, and the like.

コントロールユニット30は主としてMCU(CPU、MPU等も含む)で構成されるが、そのMCU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図2のようになる。   The control unit 30 is mainly composed of an MCU (including a CPU, an MPU, etc.), and a general function executed by a program inside the MCU is shown in FIG.

図2を参照してコントロールユニット30の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTs及び車速センサ12で検出された(若しくはCAN40からの)車速Vは、電流指令値Iref1を演算する電流指令値演算部31に入力される。電流指令値演算部31は、入力された操舵トルクTs及び車速Vに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ20に供給するモータ電流の制御目標値である電流指令値Iref1を演算する。電流指令値Iref1は加算部32Aを経て電流制限部33に入力され、最大電流を制限された電流指令値Irefmが減算部32Bに入力され、フィードバックされているモータ電流値Imとの偏差ΔI(=Irefm−Im)が演算され、その偏差ΔIが操舵動作の特性改善のためのPI(比例積分)制御部35に入力される。PI制御部35で特性改善された電圧制御指令値VrefがPWM制御部36に入力され、更に駆動部としてのインバータ37を介してモータ20がPWM駆動される。モータ20のモータ電流値Imはモータ電流検出器38で検出され、減算部32Bにフィードバックされる。インバータ37は駆動素子としてFET(電界効果トランジスタ)が用いられ、FETのブリッジ回路で構成されている。   The function and operation of the control unit 30 will be described with reference to FIG. 2. The steering torque Ts detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 12 (or from the CAN 40) are the current command value Iref1. It is input to the current command value calculation unit 31 for calculation. The current command value calculation unit 31 calculates a current command value Iref1, which is a control target value of the motor current supplied to the motor 20, using an assist map or the like based on the input steering torque Ts and vehicle speed V. The current command value Iref1 is input to the current limiting unit 33 via the addition unit 32A, and the current command value Irefm in which the maximum current is limited is input to the subtraction unit 32B, and the deviation ΔI (=I) from the fed back motor current value Im. Irefm-Im) is calculated, and the deviation ΔI is input to the PI (proportional integral) control unit 35 for improving the characteristic of the steering operation. The voltage control command value Vref whose characteristics have been improved by the PI control unit 35 is input to the PWM control unit 36, and the motor 20 is PWM-driven via the inverter 37 as a drive unit. The motor current value Im of the motor 20 is detected by the motor current detector 38 and fed back to the subtractor 32B. The inverter 37 uses a FET (Field Effect Transistor) as a drive element and is configured by a bridge circuit of FET.

加算部32Aには補償信号生成部34からの補償信号CMが加算されており、補償信号CMの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部34は、セルフアライニングトルク(SAT)34−3と慣性34−2を加算部34−4で加算し、その加算結果に更に収れん性34−1を加算部34−5で加算し、加算部34−5の加算結果を補償信号CMとしている。   The compensating signal CM from the compensating signal generating unit 34 is added to the adding unit 32A, and the characteristic of the steering system system is compensated by adding the compensating signal CM to improve the convergence and the inertia characteristic. .. The compensation signal generation unit 34 adds the self-aligning torque (SAT) 34-3 and the inertia 34-2 by the addition unit 34-4, and further adds the convergence 34-1 to the addition result by the addition unit 34-5. However, the addition result of the addition unit 34-5 is used as the compensation signal CM.

このような電動パワーステアリング装置を運転支援制御装置として位置付け、操舵運転を支援し、操舵運転負荷を軽減するものとして活用することができる。   Such an electric power steering device can be positioned as a driving support control device and can be utilized as a device that assists the steering operation and reduces the steering operation load.

一般的な道路を普通に操舵運転している状態(通常操舵運転)での操舵運転負担軽減は、その効果は間接的ではあるが、事故回避技術と共に、交通安全上で重要な技術と位置付けられている。通常操舵運転における操舵運転とは、運転者が認識する目標軌道に追従する操舵制御のことであり、この場合の運転者の操舵運転行為は、認知、判断、行動によってなされる。よって、操舵運転負担軽減では、認知、判断、行動に対応し、(1)操舵行動に伴う身体的負担を軽減できるパワーアシスト特性、(2)操舵制御しやすい車両特性、(3)車両挙動を操舵情報(操舵トルク等の操舵に関連する情報)で把握しやすい操舵情報特性、という3つの特性(以下、総称して「操舵特性」とする)を対象として、それぞれの特性における目標特性と実現手段が議論されている。ここで、操舵情報特性とは、ヨーレート等の車両の挙動を表わす情報(車両挙動情報)から操舵情報までの特性を指す。   Although the effect of reducing the steering driving load in the state where a normal road is normally steered (normal steering driving) is indirect, it is positioned as an important technology for traffic safety along with accident avoidance technology. ing. The steering operation in the normal steering operation is a steering control that follows a target trajectory recognized by the driver, and the steering operation action of the driver in this case is performed by recognition, judgment, and action. Therefore, in the reduction of the steering driving load, it is possible to respond to recognition, judgment, and action, and (1) a power assist characteristic that can reduce the physical burden accompanying the steering action, (2) a vehicle characteristic that facilitates steering control, and (3) a vehicle behavior. Target characteristics and realization of each of the three characteristics (hereinafter collectively referred to as "steering characteristics"), which are steering information characteristics that are easy to grasp from steering information (information related to steering such as steering torque). Means are being discussed. Here, the steering information characteristic refers to a characteristic from information indicating vehicle behavior such as yaw rate (vehicle behavior information) to steering information.

(1)の操舵行動に伴う身体的負担軽減については、多くの車両において電動パワーステアリング装置がその役割を果たしている。   The electric power steering device plays a role in many vehicles for reducing the physical burden associated with the steering action in (1).

(2)の操舵制御しやすい車両特性については、実舵角を入力とし車両挙動を出力とする伝達特性の極である特性方程式の安定性に基づいた議論がなされている。例えば、非特許文献1では、ヨーレートや横加速度の応答特性を1次遅れ特性で近似し、フィーリングの良い応答特性とするための時定数の条件や、フィーリングの良い操舵トルク特性の時定数と応答特性の時定数の関係を提示している。また、操舵制御しやすい車両特性の実現手段として、例えば、非特許文献2では、4WS(四輪操舵)を用いてタイヤとハンドルが機械的に結合されていることの拘束を回避した上で、ヨーレートと横加速度の操舵応答特性の観点から、状態フィードバックを用いた車両特性補償方法や規範モデルに制御を用いた補償方法が提示されている。   Regarding the vehicle characteristic (2) in which steering control is easy, discussion is made based on the stability of a characteristic equation which is a pole of a transmission characteristic in which an actual steering angle is input and a vehicle behavior is output. For example, in Non-Patent Document 1, a time constant condition for approximating response characteristics of yaw rate and lateral acceleration with a first-order lag characteristic to obtain a response characteristic with good feeling, and a time constant of steering torque characteristic with good feeling. And the time constant of the response characteristics are presented. In addition, as a means for realizing vehicle characteristics that facilitate steering control, for example, in Non-Patent Document 2, 4WS (four-wheel steering) is used to avoid the constraint that the tire and the steering wheel are mechanically coupled. From the viewpoint of steering response characteristics of yaw rate and lateral acceleration, a vehicle characteristic compensation method using state feedback and a compensation method using control in a reference model have been proposed.

(3)の車両挙動を操舵情報で把握しやすい特性については、操舵トルクとヨーレートや横加速度の関係をリサージュ波形(リサジュー図形、リサジュー曲線等と呼ばれることもある)で表わし,その形状と主観的な操舵感評価との相関性に基づいた議論がなされている。例えば、非特許文献3では、操舵トルクと横加速度の関係をリサージュ波形で表わし、運転者の感覚を手応え感、ハンドル戻り感及び操舵トルクの位相遅れ感に分類し、それぞれの感覚に対応した特性値のあり方を提示している。車両挙動を操舵情報で把握しやすい特性の実現手段の議論においては、運転者は視覚情報のみならず操舵トルク情報でも車両挙動を認識しているということで、ヨーレートから操舵トルクまでの伝達特性を解析すると、車両の安定性に関わる車両特性の特性方程式が伝達特性に含まれないために、車両挙動が安定であっても運転者が安定感を感じられない車両条件が存在し、運転者が操舵トルク情報で車両挙動を把握しにくいという課題が予想されており、それを示唆する研究もある(例えば非特許文献4)。   Regarding the characteristic of (3) that makes it easy to understand the vehicle behavior from the steering information, the relationship between the steering torque and the yaw rate or lateral acceleration is expressed as a Lissajous waveform (sometimes called a Lissajous figure, Lissajous curve, etc.), and its shape and subjective Discussions have been made based on the correlation with various steering feeling evaluations. For example, in Non-Patent Document 3, the relationship between the steering torque and the lateral acceleration is represented by a Lissajous waveform, and the driver's feeling is classified into a feeling of response, a feeling of steering wheel return, and a feeling of phase delay of the steering torque, and characteristics corresponding to each feeling. The value is suggested. In the discussion of means for realizing characteristics that make it easy to grasp vehicle behavior with steering information, the driver recognizes vehicle behavior not only with visual information but also with steering torque information. Analysis shows that there is a vehicle condition in which the driver does not feel a sense of stability even if the vehicle behavior is stable, because the characteristic equation of the vehicle characteristics related to vehicle stability is not included in the transfer characteristics. It is expected that there will be a problem that it is difficult to grasp the vehicle behavior from the steering torque information, and there are studies that suggest this (for example, Non-Patent Document 4).

藤波宏明、外2名、「操だ特性とドライバフィーリングの関係について」、自動車技術会学術講演会前刷集951、社団法人自動車技術会、1995年5月、p.181−184Hiroaki Fujinami, two others, "Relationship between steering characteristics and driver feeling", Preprint 951 of the Society of Automotive Engineers of Japan, Automotive Engineering Society, May 1995, p. 181-184 安部正人、大沢洋編、「自動車の運動性能向上技術(普及版)」、朝倉書店、2008年8月、p.114−125Masato Abe, Hiroshi Osawa, "Technology for Improving Motor Performance of Motor Vehicles (Popular Edition)", Asakura Shoten, August 2008, p. 114-125 佐藤博文、外2名、「操舵感に関わる操舵応答特性の考察」、自動車技術会論文集、社団法人自動車技術会、1990年3月、第44巻、第3号、p.52−58Hirofumi Sato, 2 others, "Consideration of steering response characteristics related to steering feeling", Proceedings of the Society of Automotive Engineers of Japan, Automotive Engineering Society, March 1990, Vol. 44, No. 3, p. 52-58 山田大介、外2名、「操舵トルクの特性が人間−自動車系に及ぼす影響」、自動車技術会論文集、社団法人自動車技術会、2013年3月、第44巻、第2号、p.459−465Daisuke Yamada, 2 others, "Effects of steering torque characteristics on human-vehicle system", Proceedings of the Society of Automotive Engineers of Japan, Automotive Engineering Society, March 2013, Volume 44, No. 2, p. 459-465

しかしながら、非特許文献1及び非特許文献2では(2)の操舵制御しやすい車両特性に関する技術内容を、非特許文献3及び非特許文献4では(3)の車両挙動を操舵情報で把握しやすい特性に関する技術内容をそれぞれ提示しているが、(2)と(3)両方に対応できる技術とはなっていない。また、(3)における車両挙動が安定であっても運転者が安定感を感じられない車両条件が存在するという問題については、発生メカニズムが解析されておらず、具体的な対策が議論されていない。また、この問題は車両と運転者のインターフェースの問題であるため、本来ステアリングで補償すべき課題であると考えられるが、従来は車両設計の問題と捉えて対処されていたために、中小型車のように車両設計自由度が少ない車両では、本問題の影響が大きい。   However, in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, it is easy to understand the technical content of (2) regarding the vehicle characteristics that facilitate steering control, and in Non-Patent Document 3 and Non-Patent Document 4, it is easy to grasp the vehicle behavior of (3) in steering information. Although the technical contents related to the characteristics are presented respectively, they are not the technologies that can deal with both (2) and (3). Regarding the problem (3) that there is a vehicle condition in which the driver does not feel a sense of stability even if the vehicle behavior is stable, the mechanism of occurrence has not been analyzed, and concrete measures have been discussed. Absent. In addition, since this problem is a problem of the interface between the vehicle and the driver, it is thought that it should be compensated by steering originally, but it has been dealt with as a problem of vehicle design in the past, so In particular, this problem has a large impact on vehicles with a low degree of freedom in vehicle design.

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、車両挙動が安定であっても運転者が安定感を感じられないという現象の発生メカニズムを解析し、車両条件により発生する運転者が感じる安定感の低減を補償し、通常操舵運転における操舵運転の負荷を軽減する電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置及びそれを搭載した車両を提供することにある。   The present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is to analyze the occurrence mechanism of a phenomenon that the driver does not feel a sense of stability even if the vehicle behavior is stable, and It is an object of the present invention to provide a driving assistance control device using an electric power steering mechanism that compensates for a reduction in the sense of stability that occurs to the driver and reduces the load of steering operation in normal steering operation, and a vehicle equipped with the same.

本発明は、電流指令値に基づいてモータを駆動して操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置に関し、本発明の上記目的は、操舵角からヨーレートまでの車両特性が1次遅れ特性に近似するように前記電流指令値を補償する車両零点特性補償部と、車両挙動情報から操舵情報までの操舵情報特性の時定数が所望の値となるように前記電流指令値を補償する操舵情報特性補償部と、前記車両特性の減衰率が略1となるように、角度情報を用いて前記電流指令値を補償する車両減衰特性補償部とを備え、通常操舵運転における後輪コーナリングコンプライアンスCrが、ホイールベースL、前車軸重心点間距離Lf、後車軸重心点間距離Lr、重量M、ヨー慣性モーメントYm及び車速Vに対して、下記数1を満たす車両に対して、前記車両零点特性補償部、前記操舵情報特性補償部及び前記車両減衰特性補償部により前記電流指令値を補償することにより、前記車両の操舵運転の負担を軽減することにより達成される。
The present invention relates to a driving assistance control device using an electric power steering mechanism that drives a motor based on a current command value to assist control a steering system. The above object of the present invention is to provide a vehicle characteristic from a steering angle to a yaw rate. A vehicle zero point characteristic compensator for compensating the current command value so as to approximate the first-order lag characteristic, and the current command value so that the time constant of the steering information characteristic from the vehicle behavior information to the steering information becomes a desired value. A steering information characteristic compensating section for compensating and a vehicle damping characteristic compensating section for compensating the current command value by using the angle information so that the damping rate of the vehicle characteristic is approximately 1 are provided. For a vehicle whose cornering compliance Cr satisfies the following formula 1 with respect to the wheel base L, the distance Lf between the front axle center of gravity points, the distance Lr between the rear axle center of gravity points, the weight M, the yaw moment of inertia Ym, and the vehicle speed V: zero characteristic compensation unit vehicle, by compensating for more the current command value to the steering information characteristic compensation unit and said vehicle damping characteristic compensation unit is achieved by reducing the burden of steering operation of the vehicle.

また、本発明の上記目的は、操舵角からヨーレートまでの車両特性が1次遅れ特性に近似するように前記電流指令値を補償する車両零点特性補償部と、車両挙動情報から操舵情報までの操舵情報特性の時定数が所望の値となるように前記電流指令値を補償する操舵情報特性補償部とを備え、通常操舵運転における後輪コーナリングコンプライアンスCrが、ホイールベースL、前車軸重心点間距離Lf、後車軸重心点間距離Lr、重量M、ヨー慣性モーメントYm及び車速Vに対して、上記数1を満たし、ニュートラルステア特性を有する車両に対して、前記車両零点特性補償部及び前記操舵情報特性補償部により前記電流指令値を補償することにより、前記車両の操舵運転の負担を軽減することにより達成される。 Further, the above object of the present invention is to provide a vehicle zero point characteristic compensator for compensating the current command value so that the vehicle characteristic from the steering angle to the yaw rate approximates to the first-order lag characteristic, and steering from the vehicle behavior information to the steering information. and a steering information characteristic compensator time constants of information characteristic compensating the current command value to a desired value, the rear wheel cornering compliance Cr in normal steering operation, the wheel base L, between the front axle center-of-gravity point distance Lf, the distance Lr between the center of gravity points of the rear axles, the weight M, the yaw moment of inertia Ym, and the vehicle speed V, which satisfy the above-mentioned formula 1 and have a neutral steer characteristic, the vehicle zero-point characteristic compensator and the steering information. by compensating the more the current command value to the characteristic compensation section, it is achieved by reducing the burden of steering operation of the vehicle.

さらに、本発明の上記目的は、前記車両零点特性補償部は、トーションバー及び前記車両零点特性補償部による特性が、前記車両特性の零点を相殺する極を有し、前記車両特性の極と同等の零点を有するようにする極零相殺を行うことにより、前記車両特性を1次遅れ特性に近似させることにより、或いは前記車両挙動情報がヨーレートであり、前記操舵情報が操舵トルクであることにより、或いは前記操舵情報特性補償部は、セルフアライニングトルクを用いて前記電流指令値を補償することにより、或いは前記車両減衰特性補償部は、前記角度情報としてステアリング角を使用することにより、或いは操舵周波数が略0.5Hz以下の場合、前記通常操舵運転とすることにより、より効果的に達成される。 Further, according to the above-mentioned object of the present invention, the vehicle zero-point characteristic compensating unit has a characteristic that the torsion bar and the vehicle zero-point characteristic compensating unit have a pole for canceling the zero point of the vehicle characteristic, and is equivalent to the vehicle characteristic pole. By performing pole-zero cancellation so as to have a zero point of, by approximating the vehicle characteristic to a first-order lag characteristic, or by the vehicle behavior information being a yaw rate and the steering information being a steering torque, Alternatively the steering information characteristic compensator, by compensating the current command value using the self aligning torque, or the vehicle damping characteristic compensation unit, by using the steering angle as the angle information, some have the When the steering frequency is about 0.5 Hz or less, the normal steering operation is more effectively achieved.

また、上記電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置を搭載した車両により上記目的は達成される。
Further, the above object is achieved by a vehicle equipped with a driving support control device using the electric power steering mechanism.

本発明の電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置によれば、車両挙動が安定であっても運転者が安定感を感じられないという現象の発生メカニズムの解析結果を活かし、車両特性が略1の減衰率をもち、1次遅れ特性に近似するように、且つ操舵情報特性の時定数が所望の値になるように電流指令値を補償することにより、中小型車のように車両設計自由度が少ない車両においても、運転者が感じる安定感を向上させ、通常操舵運転における操舵運転の負荷を軽減することができる。また、上記運転支援制御装置を車両に搭載することにより、安定感が向上し、負荷が軽減された走行が可能となる。   According to the driving support control device using the electric power steering mechanism of the present invention, the vehicle characteristics are substantially reduced by utilizing the analysis result of the occurrence mechanism of the phenomenon that the driver does not feel the stability even if the vehicle behavior is stable. With a damping factor of 1, by compensating the current command value so that the time constant of the steering information characteristic becomes a desired value so as to approximate the first-order lag characteristic, the degree of freedom in vehicle design as in a small or medium-sized car It is possible to improve the sense of stability felt by the driver and reduce the load of the steering operation in the normal steering operation even in a vehicle with a small number of vehicles. Further, by mounting the above-mentioned driving support control device on a vehicle, it is possible to improve the sense of stability and travel with a reduced load.

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of an electric power steering device. 電動パワーステアリング装置のコントロールユニット(ECU)の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of composition of a control unit (ECU) of an electric power steering device. 操舵特性を再現可能なシミュレーションモデルを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the simulation model which can reproduce a steering characteristic. シミュレーションモデルで使用するパワーアシスト特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the power assist characteristic used with a simulation model. シミュレーションモデルを使用して操舵運転をシミュレーションしたときの操舵トルク特性を示すリサージュ波形である。(A)は車速が80km/時で操舵周波数が0.3Hzの場合、(B)は車速が80km/時で操舵周波数が0.5Hzの場合、(C)は車速が120km/時で操舵周波数が0.3Hzの場合、(D)は車速が120km/時で操舵周波数が0.5Hzの場合のリサージュ波形である。It is a Lissajous waveform which shows steering torque characteristics at the time of simulating steering operation using a simulation model. (A) when the vehicle speed is 80 km/hour and the steering frequency is 0.3 Hz, (B) when the vehicle speed is 80 km/hour and the steering frequency is 0.5 Hz, and (C) is when the vehicle speed is 120 km/hour and the steering frequency is Is 0.3 Hz, (D) is a Lissajous waveform when the vehicle speed is 120 km/hour and the steering frequency is 0.5 Hz. 操舵周波数に対するSAT伝達関数のゲイン及び位相の変化を示すボード線図である。(A)はゲインの変化を示すボード線図で、(B)は位相の変化を示すボード線図である。It is a bode diagram which shows the change of the gain and phase of a SAT transfer function with respect to a steering frequency. (A) is a Bode diagram showing a change in gain, and (B) is a Bode diagram showing a change in phase. 本発明の構成例(第1実施形態)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example (1st Embodiment) of this invention. 路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を示すイメージ図である。It is an image figure showing the appearance of the torque generated between the road surface and steering. ヨーレート減衰率を調整するための状態フィードバック制御の構成例を示すブロック図である。(A)はヨーレートをフィードバックする場合の構成例を示すブロック図で、(B)は(A)と等価な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing a configuration example of state feedback control for adjusting a yaw rate attenuation rate. (A) is a block diagram showing a configuration example when a yaw rate is fed back, and (B) is a block diagram showing a configuration example equivalent to (A). SAT推定を行うための構成例を示すブロック図である。(A)は外部オブザーバを用いてSAT推定を行う場合の構成例を示すブロック図で、(B)はSAT推定値と実際のSATが一致する場合に(A)と等価な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example for performing SAT estimation. (A) is a block diagram showing a configuration example when SAT estimation is performed using an external observer, and (B) is a block diagram showing a configuration example equivalent to (A) when the SAT estimated value and the actual SAT match. It is a figure. 本発明の動作例(第1実施形態)を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an operation example (first embodiment) of the present invention. 本発明の効果を確認するために使用する走行コースを示す概略図である。It is a schematic diagram showing a run course used in order to confirm the effect of the present invention. 本発明の補償を行った場合と行わなかった場合のヨーレート及び操舵トルクの変化を示すグラフである。(A)は補償を行わなかった場合のグラフで、(B)は補償を行った場合のグラフである。5 is a graph showing changes in yaw rate and steering torque with and without the compensation of the present invention. (A) is a graph when compensation is not performed, and (B) is a graph when compensation is performed. 本発明の構成例(第2実施形態)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example (2nd Embodiment) of this invention. 本発明の動作例(第2実施形態)を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing an operation example (second embodiment) of the present invention. 本発明の運転支援制御装置、4WS及び可変ギア比機構を搭載した車両の概要を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of the vehicle carrying the driving assistance control device, 4WS, and variable gear ratio mechanism of the present invention. 本発明の構成例(第3実施形態)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example (3rd Embodiment) of this invention.

本発明では、操舵特性のうち、操舵行動に伴う身体的負担を軽減できるパワーアシスト特性は既に実現されているとの前提で、操舵制御しやすい車両特性及び車両挙動を操舵情報で把握しやすい操舵情報特性を電動パワーステアリング機構(EPS)を用いて実現している。このうち、操舵情報特性については、車両挙動の認識において、運転者は操舵トルク情報も使用しているので、車両挙動に対する操舵トルクの特性(以下、「操舵トルク特性」とする)を主対象としている。   In the present invention, among the steering characteristics, it is assumed that the power assist characteristics that can reduce the physical burden due to the steering action have already been realized, and the steering characteristics that facilitate steering control and the steering characteristics that facilitate the understanding of the vehicle behavior from the steering information. The information characteristic is realized by using an electric power steering mechanism (EPS). Among these, regarding the steering information characteristic, the driver also uses the steering torque information in the recognition of the vehicle behavior, so that the characteristic of the steering torque with respect to the vehicle behavior (hereinafter referred to as “steering torque characteristic”) is mainly targeted. There is.

上記の実現に当たり、通常操舵運転において運転者特性に適合する時定数をもつ1次伝達特性で近似できることを操舵トルク特性の目標特性としている。これは、通常操舵運転場面であるオンセンター領域及びオフセンター領域では操舵トルク情報が重要な役目を果たすが、オフセンター領域外ではパワーアシスト量を上げる調整がなされ、その結果、車両挙動に対する操舵トルク感度が低下し、視覚情報や操舵角情報に対して操舵トルク情報の相対的な重要性が低くなっていることと、操舵トルク特性は再現性があり、且つ車両挙動が理解し易い単純な関数であることが望ましいことから導き出されたものであり、運転者が操舵トルクを感じた後に予期したタイミングで予期した量の車両挙動が発生することを意味するので、目標として妥当であると推測される。車両挙動を表わす車両挙動情報としては、ヨーレートを使用する。また、車両特性として、操舵角に対するヨーレートの特性(以下、「ヨーレート伝達特性」とする)を使用している。なお、車両挙動情報として、ヨーレートではなく、横加速度を使用しても良い。   In achieving the above, the target characteristic of the steering torque characteristic is that it can be approximated by a first-order transmission characteristic having a time constant suitable for the driver characteristic in normal steering operation. This is because the steering torque information plays an important role in the on-center region and the off-center region, which are normal steering driving scenes, but the power assist amount is adjusted to increase outside the off-center region, and as a result, the steering torque with respect to the vehicle behavior is adjusted. The sensitivity is low, the relative importance of the steering torque information to the visual information and the steering angle information is low, and the steering torque characteristics are reproducible, and the vehicle behavior is simple to understand. Since it means that the desired amount of vehicle behavior occurs at the expected timing after the driver feels the steering torque, it is presumed to be appropriate as a target. It The yaw rate is used as the vehicle behavior information indicating the vehicle behavior. Further, as a vehicle characteristic, a characteristic of a yaw rate with respect to a steering angle (hereinafter, referred to as "yaw rate transmission characteristic") is used. The vehicle behavior information may use lateral acceleration instead of yaw rate.

操舵トルク特性が上記目標特性を達成するためには、車両挙動が安定であっても運転者が安定感を感じられない車両条件が存在する問題への対策が必要である。そのために、操舵特性を再現可能なシミュレーションモデルを使用してヨーレートと操舵トルクのリサージュ波形を測定し、その解析結果を基に、運転者が安定感を感じられる条件を導き出している。以下、その条件の導出について説明する。   In order for the steering torque characteristics to reach the above target characteristics, it is necessary to take measures against the problem that there are vehicle conditions in which the driver does not feel a sense of stability even if the vehicle behavior is stable. Therefore, the Lissajous waveforms of yaw rate and steering torque are measured using a simulation model that can reproduce the steering characteristics, and the conditions under which the driver feels stable are derived based on the analysis results. The derivation of the condition will be described below.

シミュレーションモデルは、車両モデル、ステアリング機構モデル及びEPS制御器を含めてモデル化され、図3に示されるような構成となっている。図3において、θdは操舵角、θgはステアリング角、θtは実舵角、γはヨーレート、Ttorは操舵トルク検出値、Tstgは操舵トルク、Tsatはセルフアライニングトルク(SAT)、Ktorはトーションバー剛性、STG(s)はステアリング動特性、gtotはトータルギア比、C(s)はEPS制御器のフィードフォワード特性、C(s)はEPS制御器のフィードバック特性、Gθ(s)は実舵角θtに対するヨーレートの特性(以下、「実舵角ヨーレート伝達特性」とする)、Gγ(s)はヨーレートγに対するSATの特性であり、シミュレーションモデルは、Ktorを有するトーションバー100、C(s)を有する特性部101、C(s)を有する特性部102、STG(s)を有する特性部103、1/gtotをゲインとするゲイン部104、Gθ(s)を有する特性部105、Gγ(s)を有する特性部106、加減算部108、減算部107及び109から構成される。特性部101は3次の位相補償器としての機能の他に、図4に示されるようなパワーアシスト特性を有しており、パワーアシスト特性により操舵トルク検出値Ttorをパワーアシストトルクに変換した後、位相補償を行う。パワーアシスト特性は、図2での電流指令値演算部31が使用するアシストマップに相当するが、ここでは車速には依存しない特性としている。 The simulation model is modeled including a vehicle model, a steering mechanism model, and an EPS controller, and has a configuration as shown in FIG. In FIG. 3, θd is a steering angle, θg is a steering angle, θt is an actual steering angle, γ is a yaw rate, T tor is a steering torque detection value, T stg is a steering torque, T sat is a self-aligning torque (SAT), K. Tor is the torsion bar rigidity, STG(s) is the steering dynamic characteristic, g tot is the total gear ratio, C 1 (s) is the feed forward characteristic of the EPS controller, C 2 (s) is the feedback characteristic of the EPS controller, and G 2 is the feedback characteristic of the EPS controller. θ (s) is the yaw rate characteristic with respect to the actual steering angle θt (hereinafter referred to as “actual steering angle yaw rate transfer characteristic”), G γ (s) is the SAT characteristic with respect to the yaw rate γ, and the simulation model uses K tor A torsion bar 100, a characteristic section 101 having C 1 (s), a characteristic section 102 having C 2 (s), a characteristic section 103 having STG(s), a gain section 104 having a gain of 1/g tot , G It is composed of a characteristic section 105 having θ (s), a characteristic section 106 having G γ (s), an addition/subtraction section 108, and subtraction sections 107 and 109. The characteristic unit 101 has the power assist characteristic as shown in FIG. 4 in addition to the function as the third-order phase compensator, and the steering torque detection value T tor is converted into the power assist torque by the power assist characteristic. After that, phase compensation is performed. The power assist characteristic corresponds to the assist map used by the current command value calculation unit 31 in FIG. 2, but is a characteristic that does not depend on the vehicle speed here.

本シミュレーションで用いる車両モデルのパラメータは下記表1の通りで、同定を行った車両は、エンジン排気量が1.2リットルの小型乗用車で、スタビリティファクタが0.0017のアンダーステア特性をもつ車両である。   The parameters of the vehicle model used in this simulation are shown in Table 1 below. The identified vehicle is a small passenger car with an engine displacement of 1.2 liters and a vehicle with understeer characteristics with a stability factor of 0.0017. is there.

上記のシミュレーションモデルに対して、車速80km/時及び120km/時において、10°〜90°の範囲でスイープサイン波状に変化する操舵角θdを、操舵周波数が0.3Hz及び0.5Hzでそれぞれ入力した場合の操舵トルク特性(ヨーレートγに対する操舵トルクTstgの特性)のリサージュ波形を図5に示す。操舵周波数として0.3Hz及び0.5Hzを使用する理由は以下の通りである。即ち、通常操舵運転では目標軌道に追従するという操舵運転制御性が重要で、この目標軌道に対する追従制御には、運転者の能力適応による周波数特性上限があることが知られている。例えば、クロスオーバ理論では、運転者は車両動特性を補正し約0.6Hz程度の追従制御応答性に適応するとしており、他に0.4Hzとする報告もある。そこで、通常操舵運転での操舵周波数は略0.5Hz以下であると想定し、その範囲内である0.3Hz及び0.5Hzを使用する。 The steering angle θd that changes in a sweep sine wave in the range of 10° to 90° at the vehicle speeds of 80 km/hour and 120 km/hour is input to the above simulation model at steering frequencies of 0.3 Hz and 0.5 Hz, respectively. FIG. 5 shows a Lissajous waveform of the steering torque characteristic (characteristic of the steering torque T stg with respect to the yaw rate γ) in the case. The reason for using 0.3 Hz and 0.5 Hz as the steering frequency is as follows. That is, it is known that the steering operation controllability of following the target trajectory is important in the normal steering operation, and that the follow-up control with respect to the target trajectory has a frequency characteristic upper limit due to the ability adaptation of the driver. For example, according to the crossover theory, the driver corrects the vehicle dynamic characteristics and adapts to the follow-up control response of about 0.6 Hz, and there is also a report of setting it to 0.4 Hz. Therefore, it is assumed that the steering frequency in the normal steering operation is approximately 0.5 Hz or less, and 0.3 Hz and 0.5 Hz which are within the range are used.

図5において、図5(A)は車速が80km/時で操舵周波数が0.3Hzの場合、図5(B)は車速が80km/時で操舵周波数が0.5Hzの場合、図5(C)は車速が120km/時で操舵周波数が0.3Hzの場合、図5(D)は車速が120km/時で操舵周波数が0.5Hzの場合のリサージュ波形をそれぞれ示している。図5(A)及び(B)からわかるように、車速80km/時では、操舵周波数0.3Hzより0.5Hzの方が、ヨーレートがゼロ付近でのヒステリシス幅が増加しており、その大きさはヨーレートの振幅に応じて更に増加している。オフセンター領域でのヨーレートは大体1〜15°/秒であるから、オフセンター領域内である±10°/秒の範囲でのヨーレートに対する操舵トルクゲインが、ヨーレートの振幅増加に伴い、低下しており、この結果より、操舵トルクでヨーレートが把握しにくくなっていると推測される。また、図5(C)及び(D)に示される車速120km/時でのシミュレーション結果を見ると、車速120km/時では、車速80km/時に比べて、ヨーレートがゼロ付近のヒステリシス幅が狭くなっており、ヨーレートの振幅及び操舵周波数の増加に応じてヒステリシス幅が更に狭くなっていることがわかる。高速になるとヒステリシス幅が狭くなり、頼りない操舵感になることは良く知られる現象であるが、本シミュレーションでのヨーレート減衰率は約0.7であり、安定と言える範疇である。つまり、車両特性が安定で、車両挙動が安定であっても、(a)ヨーレートの振幅又は操舵周波数に対してヒステリシス幅が変化する、(b)車速に応じてヨーレートのゼロ付近のヒステリシス幅が狭くなる、との現象が起こると、運転者が感じる安定感が失われる場合があることがわかる。そこで、この2つの現象の要因について説明する。   In FIG. 5, FIG. 5(A) shows a case where the vehicle speed is 80 km/hour and the steering frequency is 0.3 Hz, and FIG. 5(B) shows a case where the vehicle speed is 80 km/hour and the steering frequency is 0.5 Hz. 5) shows a Lissajous waveform when the vehicle speed is 120 km/hour and the steering frequency is 0.3 Hz, and FIG. 5D shows a Lissajous waveform when the vehicle speed is 120 km/hour and the steering frequency is 0.5 Hz. As can be seen from FIGS. 5A and 5B, at a vehicle speed of 80 km/hour, the hysteresis width at the steering frequency of 0.3 Hz is larger than that at the steering frequency of 0.3 Hz. Further increases with the amplitude of the yaw rate. Since the yaw rate in the off-center region is approximately 1 to 15°/sec, the steering torque gain with respect to the yaw rate in the range of ±10°/sec in the off-center region decreases as the amplitude of the yaw rate increases. Therefore, from this result, it is presumed that the yaw rate is difficult to be grasped by the steering torque. Further, looking at the simulation results at a vehicle speed of 120 km/hour shown in FIGS. 5C and 5D, at a vehicle speed of 120 km/hour, the hysteresis width near the yaw rate near zero becomes narrower than at a vehicle speed of 80 km/hour. It can be seen that the hysteresis width is further narrowed as the yaw rate amplitude and the steering frequency increase. It is a well known phenomenon that the hysteresis width becomes narrower at high speeds and the steering feel becomes unreliable, but the yaw rate attenuation rate in this simulation is about 0.7, which is a stable category. That is, even if the vehicle characteristics are stable and the vehicle behavior is stable, (a) the hysteresis width changes with respect to the yaw rate amplitude or the steering frequency, and (b) the hysteresis width near zero of the yaw rate according to the vehicle speed. It can be seen that when the phenomenon of "narrowing" occurs, the sense of stability felt by the driver may be lost. Therefore, the factors of these two phenomena will be described.

まず、ステアリングの動特性は一定であるとして、操舵トルクの代用特性としてSATを使用し、車両モデルとして線形タイヤモデルを用いた平面2輪モデルを用いる場合、ヨーレートγ(s)に対するSAT Tsat(s)の伝達関数(以下、「SAT伝達関数」とする)は下記数2となる。 First, assuming that the dynamic characteristics of the steering are constant, when SAT is used as a substitute characteristic of steering torque and a planar two-wheel model using a linear tire model is used as a vehicle model, SAT T sat (for yaw rate γ(s) The transfer function of s) (hereinafter referred to as “SAT transfer function”) is given by the following mathematical expression 2.


ここで、ξはトレール(キャスタートレール)、Yf(s)は前タイヤ横力、θt(s)は実舵角、Mは車両重量、Ymはヨー慣性モーメント、Krは後タイヤコーナリングパワー、Lrは後車軸重心点間距離、Lはホイールベース、Crは後コーナリングコンプライアンス、Tは時定数、sはラプラス演算子である。数2は、平面2輪モデルの基礎式(例えば、安部正人、大沢洋編、「自動車の運動性能向上技術(普及版)」、朝倉書店、2008年8月、p.21−36参照)、に対して、横方向とヨー方向の運動方程式を近似的に表わした下記数3及び数4と、SATは前軸タイヤ横力にトレールを乗じたキングピン回りのモーメントということで、下記数5で表わしたものを適用して算出したものである。

Here, ξ is a trail (caster rail), Yf(s) is a front tire lateral force, θt(s) is an actual steering angle, M is a vehicle weight, Ym is a yaw moment of inertia, Kr is a rear tire cornering power, and Lr is Distance between rear axle center of gravity points, L is wheel base, Cr is rear cornering compliance, T 1 is time constant, and s is Laplace operator. Formula 2 is a basic formula of a two-wheel plane model (see, for example, Masato Abe, Hiroshi Osawa, “Technology for Improving Motor Performance of Motor Vehicles (Popular Edition)”, Asakura Shoten, August 2008, pp. 21-36), On the other hand, the following equations 3 and 4 that approximately represent the equations of motion in the lateral direction and the yaw direction, and SAT is the moment around the kingpin that is obtained by multiplying the front tire lateral force by the trail. It is calculated by applying the represented one.

ここで、α(s)は横加速度、Yr(s)は後タイヤ横力、Lfは前車軸重心点間距離である。数2のSAT伝達関数の零点の固有周波数ωzn、零点の減衰率ζ及び極の固有周波数ωpnはそれぞれ下記数6、数7及び数8で表わされる。 Here, α(s) is lateral acceleration, Yr(s) is rear tire lateral force, and Lf is distance between front axle center of gravity points. The natural frequency ω zn of the zero point, the damping ratio ζ z of the zero point, and the natural frequency ω pn of the pole of the SAT transfer function of the mathematical formula 2 are expressed by the following mathematical formulas 6, 7 and 8, respectively.

SAT伝達関数の数2をボード線図で表わすと図6のようになる。図6は車速60km/時、80km/時、100km/時及び120km/時において、操舵周波数を変化させた場合のSAT伝達関数のゲイン及び位相の変化を表わしたもので、図6(A)がゲインの変化を示し、図6(B)が位相の変化を示している。図6によると、操舵周波数0.5Hz以下の領域では、車速の増加に応じてSAT伝達関数のゲインが増加し、位相進み量が少なくなっている。そして、車速120km/時では、0.2〜1Hzの間で位相遅れ特性を示しており、結果として、図5(C)及び(D)で示されたようなヨーレートの振幅と操舵周波数に応じてヒステリシス幅が狭くなる現象が生じていると推測される。この位相遅れ特性は、数8で表わされる極の固有周波数ωpnが数6で表わされる零点の固有周波数ωznより低くなった結果として生じたものである。なぜならば、SAT伝達関数の車速による位相進み量の減少は、数7で表わされる零点の減衰率ζの車速に応じた低下でも起きるが、それが位相遅れ特性に繋がることはないからである。数6からわかるように、零点の固有周波数ωznは車両の諸元から求まる定数であり、後軸コーナリングコンプライアンスCrが小さいほど高くなる。また、数8からわかるように、極の固有周波数ωpnは後軸コーナリングコンプライアンスCrの逆数を係数とする車速の逆関数となっており、車速の増加に伴って低下し、後軸コーナリングコンプライアンスCrが大きいほど、低い車速で零点の固有周波数ωznより低い周波数になり、SAT伝達関数が部分的に位相遅れ特性になる。つまり、車両特性の安定性が確保されていても、ヒステリシス幅が車速に応じて狭くなり、前述の(a)及び(b)の状態になることを示している。よって、運転者が安定感を感じられるためには、通常操舵運転で下記数9を満たす必要があり、そのためには、後軸コーナリングコンプライアンスCrが下記数10を満たすような小さい値であることが必要になる。 FIG. 6 is a Bode diagram showing the number 2 of the SAT transfer function. FIG. 6 shows changes in the gain and phase of the SAT transfer function when the steering frequency is changed at vehicle speeds of 60 km/hour, 80 km/hour, 100 km/hour and 120 km/hour, and FIG. The change in gain is shown, and FIG. 6B shows the change in phase. According to FIG. 6, in the region where the steering frequency is 0.5 Hz or less, the gain of the SAT transfer function increases as the vehicle speed increases, and the phase lead amount decreases. Then, at a vehicle speed of 120 km/hour, a phase delay characteristic is shown between 0.2 and 1 Hz, and as a result, the yaw rate amplitude and the steering frequency as shown in FIGS. It is presumed that there is a phenomenon that the hysteresis width is narrowed. This phase delay characteristic is a result of the natural frequency ω pn of the pole expressed by the formula 8 being lower than the natural frequency ω zn of the zero expressed by the formula 6. This is because the decrease in the amount of phase advance of the SAT transfer function due to the vehicle speed occurs even if the attenuation rate ζ z of the zero point expressed by the equation 7 decreases according to the vehicle speed, but it does not lead to the phase delay characteristic. . As can be seen from Expression 6, the natural frequency ω zn of the zero point is a constant obtained from the specifications of the vehicle, and becomes higher as the rear axle cornering compliance Cr becomes smaller. Further, as can be seen from Equation 8, the natural frequency ω pn of the pole is an inverse function of the vehicle speed with the reciprocal of the rear-axle cornering compliance Cr as a coefficient, and decreases as the vehicle speed increases, and the rear-axle cornering compliance Cr Becomes larger, the frequency becomes lower than the natural frequency ω zn of the zero point at a low vehicle speed, and the SAT transfer function partially has the phase delay characteristic. That is, even if the stability of the vehicle characteristics is ensured, the hysteresis width becomes narrower according to the vehicle speed, and the states (a) and (b) described above are obtained. Therefore, in order for the driver to feel a sense of stability, it is necessary to satisfy the following expression 9 in the normal steering operation, and for that purpose, the rear axle cornering compliance Cr may be a small value that satisfies the following expression 10. You will need it.

運転者が安定感を感じられる条件として、後軸コーナリングコンプライアンスCrが満たす条件が導出されたので、この条件が成立するとして、前述の操舵トルク特性の目標特性である「操舵トルク特性が、通常操舵運転において運転者特性に適合する時定数をもつ1次伝達特性で近似できる」を達成するための条件について説明する。 As a condition for the driver to feel a sense of stability, a condition that the rear axle cornering compliance Cr is satisfied has been derived. Therefore, assuming that this condition is satisfied, “the steering torque characteristic is the normal steering characteristic is the target characteristic of the steering torque characteristic described above. The conditions for achieving "" can be approximated by a first-order transfer characteristic having a time constant suitable for the driver characteristic in driving.

まずは、車両がニュートラルステア特性であると仮定した場合の条件について説明する。ニュートラルステア特性とはヨーレート減衰率が車速に依存せずに略1になる特性であると定義することができ、その定義の下、実舵角θt(s)に対するヨーレートγ(s)の特性である実舵角ヨーレート伝達特性が、通常操舵運転(操舵周波数0.5Hz以下)において下記数11で表わされる1次遅れ特性に近似できるものとする(以下、この近似できるとの仮定を「仮定1」とする)。   First, the conditions under the assumption that the vehicle has the neutral steer characteristic will be described. The neutral steer characteristic can be defined as a characteristic in which the yaw rate attenuation rate becomes approximately 1 regardless of the vehicle speed, and under that definition, it is the characteristic of the yaw rate γ(s) with respect to the actual steering angle θt(s). It is assumed that a certain actual steering angle yaw rate transfer characteristic can be approximated to the first-order lag characteristic represented by the following equation 11 in the normal steering operation (steering frequency 0.5 Hz or less) (hereinafter, the assumption that this approximation can be made is “Assumption 1”). ")).

ここで、τは極の時定数である。また、実舵角θt(s)に対する横加速度α(s)の伝達特性(以下、「実舵角横加速度伝達特性」とする)も、実舵角ヨーレート伝達特性と同様に、下記数12で表わされる1次位相特性に近似できるものとする(以下、この近似できるとの仮定を「仮定2」とする)。 Here, τ n is the time constant of the pole. Further, the transmission characteristic of the lateral acceleration α(s) with respect to the actual steering angle θt(s) (hereinafter, referred to as “actual steering angle lateral acceleration transmission characteristic”) is the same as the actual steering angle yaw rate transmission characteristic expressed by the following formula 12. It is assumed that the represented first-order phase characteristic can be approximated (hereinafter, the assumption that this can be approximated is “Assumption 2”).

ここで、ταは零点の時定数である。仮定1及び仮定2の下、数2、数5、数11及び数12よりSAT伝達関数を求めると、下記数13となり、SATで代用した操舵トルク特性が1次伝達特性となる。 Here, τ α is the time constant of the zero point. Under the assumption 1 and the assumption 2, the SAT transfer function is obtained from the expressions 2, 5, 11, and 12, and the following expression 13 is obtained, and the steering torque characteristic substituted by the SAT becomes the primary transfer characteristic.

ここで、τsat及びτは時定数であり、τsatは下記数14で求められる。 Here, τ sat and τ 1 are time constants, and τ sat is calculated by the following Expression 14.

τは数13をプロパーな伝達関数(分子の次数が分母の次数以下である伝達関数)で表わすために設定された時定数であり、10Hzに相当する値が与えられる。 τ 1 is a time constant set for expressing the equation 13 by a proper transfer function (a transfer function in which the numerator order is less than or equal to the denominator order), and a value corresponding to 10 Hz is given.

操舵トルク特性が1次伝達特性となれば、後は数14で示される時定数τsatを運転者特性に適合するように設定すれば(以下、この設定を「時定数設定」とする)、操舵トルク特性を目標特性にすることができる。 If the steering torque characteristic becomes the first-order transmission characteristic, then the time constant τ sat shown in Formula 14 is set so as to match the driver characteristic (hereinafter, this setting is referred to as “time constant setting”). The steering torque characteristic can be made the target characteristic.

以上より、通常操舵運転における後軸コーナリングコンプライアンスCrが数10を満たすように十分小さい場合、ニュートラルステア特性のようにヨーレート減衰率が車速に依存せずに略1の特性である車両は、仮定1及び仮定2が成立し、時定数設定が行えれば、操舵トルク特性が目標特性になる。   As described above, when the rear-axle cornering compliance Cr in the normal steering operation is sufficiently small so as to satisfy the expression 10, the vehicle having the yaw rate attenuation factor of approximately 1 such as the neutral steer characteristic does not depend on the vehicle speed is assumed. If the assumption 2 is satisfied and the time constant can be set, the steering torque characteristic becomes the target characteristic.

車両がニュートラルステア特性の場合は上記の条件を満たせば、操舵トルク特性を目標特性にすることができるが、車両がアンダーステア特性の場合は、ヨーレート減衰率は車速により変化するので、数12を満たす車速が制限される。よって、アンダーステア特性の車両に対しては、ヨーレート減衰率が略1になるように補償する必要があるが、この補償(以下、「減衰率補償」とする)を車両の諸元の調整で行うのは困難である。なぜならば、スタビリティファクタKを後軸コーナリングコンプライアンスCrの関数で表わすと、下記数15のようになるが、数15からわかるように、後軸コーナリングコンプライアンスCrを小さく設定するとスタビリティファクタKが大きくなり、アンダーステア特性が強まるからである。   When the vehicle has the neutral steering characteristic, the steering torque characteristic can be set to the target characteristic if the above condition is satisfied. However, when the vehicle has the understeering characteristic, the yaw rate attenuation rate changes depending on the vehicle speed. Vehicle speed is limited. Therefore, for a vehicle with an understeer characteristic, it is necessary to compensate so that the yaw rate attenuation rate becomes approximately 1, but this compensation (hereinafter referred to as "attenuation rate compensation") is performed by adjusting the specifications of the vehicle. Is difficult. This is because when the stability factor K is expressed as a function of the rear-axis cornering compliance Cr, the following formula 15 is obtained. As can be seen from the formula 15, when the rear-axis cornering compliance Cr is set small, the stability factor K becomes large. This is because the understeer characteristic is strengthened.

ここで、Kfは前タイヤコーナリングパワー、Cfは前輪コーナリングコンプライアンスである。一方、前輪コーナリングコンプライアンスCfを小さくすると、一般車両ではシミーやブレーキジャダに対して敏感になるという問題が生じるので、この方法でも減衰率補償を行うのは困難である。そこで、ステアリング機能を用いて減衰率補償を行う。 Here, Kf is the front tire cornering power, and Cf is the front wheel cornering compliance. On the other hand, if the front wheel cornering compliance Cf is made small, there is a problem that the general vehicle becomes sensitive to shimmy and brake judder. Therefore, even with this method, it is difficult to perform damping rate compensation. Therefore, the damping function is compensated by using the steering function.

ステアリング機能では、減衰率補償の他に、仮定1及び仮定2が成立するような補償(以下、「1次近似補償」とする)及び時定数設定のための補償(以下、「時定数補償」とする)も実施する。つまり、ステアリング機能によって、車両がアンダーステア特性を持つ場合は減衰率補償、1次近似補償及び時定数補償を行い、車両がニュートラルステア特性を持つ場合は1次近似補償及び時定数補償を行う。これらの補償を行うことにより、操舵トルク特性が目標の特性になると共に、実舵角ヨーレート伝達特性が、減衰率が略1で1次遅れ特性に近似した単純な特性となり、実舵角と連動して変化する操舵角に対するヨーレートの特性であるヨーレート伝達特性も単純な特性となるので、操舵制御しやすい車両特性となる。   In the steering function, in addition to the damping rate compensation, compensation that satisfies Assumption 1 and Assumption 2 (hereinafter referred to as “first-order approximation compensation”) and compensation for setting a time constant (hereinafter referred to as “time constant compensation”). Also). That is, the steering function performs damping rate compensation, first-order approximation compensation and time constant compensation when the vehicle has an understeer characteristic, and first-order approximation compensation and time constant compensation when the vehicle has a neutral steer characteristic. By performing these compensations, the steering torque characteristic becomes the target characteristic, and the actual steering angle yaw rate transfer characteristic becomes a simple characteristic with a damping rate of approximately 1 and is approximated to a first-order lag characteristic, and is linked to the actual steering angle. Since the yaw rate transfer characteristic, which is the characteristic of the yaw rate with respect to the changing steering angle, is also a simple characteristic, the steering characteristic is easily controlled.

本発明では、上記3つの補償(減衰率補償、1次近似補償、時定数補償)に対して、各補償のための補償部を用意している。具体的には、減衰率補償用として車両減衰特性補償部を、1次近似補償用として車両零点特性補償部を、時定数補償用として操舵情報特性補償部をそれぞれ用意している。但し、車両がニュートラルステア特性の場合は、車両減衰特性補償部は不要である。各補償は、電流指令値を補償することにより行われる。このような補償を行うことにより、通常操舵運転における後軸コーナリングコンプライアンスCrが小さい場合、操舵制御しやすい車両特性及び車両挙動を操舵情報で把握しやすい操舵情報特性が実現され、中小型車のように車両設計自由度が少ない車両においても、運転者が感じる安定感を向上させ、操舵運転の負荷を軽減することができる。   In the present invention, a compensator is provided for each of the above three compensations (attenuation rate compensation, first-order approximation compensation, time constant compensation). Specifically, a vehicle damping characteristic compensating section for damping rate compensation, a vehicle zero point characteristic compensating section for first-order approximation compensation, and a steering information characteristic compensating section for time constant compensation are prepared. However, if the vehicle has a neutral steer characteristic, the vehicle damping characteristic compensator is not necessary. Each compensation is performed by compensating the current command value. By performing such compensation, when the rear axle cornering compliance Cr in the normal steering operation is small, a vehicle characteristic that facilitates the steering control and a steering information characteristic that allows the vehicle behavior to be easily grasped by the steering information are realized. Even in a vehicle with a low degree of freedom in vehicle design, it is possible to improve the driver's sense of stability and reduce the load of steering operation.

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、対象とする車両は、通常操舵運転における後軸コーナリングコンプライアンスCrが小さく、数10を満たしているものとする。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, it is assumed that the target vehicle has a small rear axle cornering compliance Cr in the normal steering operation and satisfies the expression (10).

まず、アンダーステア特性の車両を対象とした場合の実施形態(第1実施形態)について説明する。   First, an embodiment (first embodiment) for a vehicle having an understeer characteristic will be described.

図7は第1実施形態の構成例を示している。図7には、本発明に係る運転支援制御装置の構成例の一部を示しており、減算部151から出力される補償電流指令値Irefaは、例えば、図2に示されている加算部32Aに入力され、以降の構成は図2に示されている構成と同じである。電流指令値演算部31も、図2に示されている電流指令値演算部31と同一構成である。図2と同一構成については説明を省略する。   FIG. 7 shows a configuration example of the first embodiment. FIG. 7 shows a part of a configuration example of the driving assistance control device according to the present invention. The compensation current command value Irefa output from the subtraction unit 151 is, for example, the addition unit 32A shown in FIG. 2 and the subsequent configuration is the same as the configuration shown in FIG. The current command value calculation unit 31 also has the same configuration as the current command value calculation unit 31 shown in FIG. Description of the same configuration as that of FIG. 2 is omitted.

SAT推定部110は、操舵トルクTs、アシストトルクTm、モータ角速度ωm及びモータ角加速度αmよりSAT Tsatを推定し、SAT推定値Tseとして出力する。車両零点特性補償部120は、電流指令値Iref1を入力し、1次近似補償を行い、補償電流指令値Irefzを出力する。操舵情報特性補償部130は、SAT推定値 Tseを用いて時定数補償のための補償信号Cs1を出力する。車両減衰特性補償部140は、ステアリング角θgを用いて減衰率補償のための補償信号Cs2を出力する。補償電流指令値Irefzは、加算部150及び減算部151にて補償信号Cs1及びCs2によりそれぞれ補償され、補償信号Irefaとして出力される。 The SAT estimation unit 110 estimates SAT T sat from the steering torque Ts, the assist torque Tm, the motor angular velocity ωm, and the motor angular acceleration αm, and outputs it as a SAT estimated value T se . The vehicle zero point characteristic compensating unit 120 receives the current command value Iref1, performs first-order approximation compensation, and outputs the compensation current command value Irefz. The steering information characteristic compensation unit 130 outputs a compensation signal Cs1 for time constant compensation using the SAT estimated value T se . The vehicle damping characteristic compensating unit 140 outputs the compensation signal Cs2 for compensating the damping rate using the steering angle θg. The compensation current command value Irefz is compensated by the compensation signals Cs1 and Cs2 in the adder 150 and the subtractor 151, respectively, and is output as the compensation signal Irefa.

各部について詳細に説明する。   Each part will be described in detail.

SAT推定部110は、例えば特許第4192442号公報に示されている処理と同様の処理により、SAT Tsatを推定する。その処理の概略を説明する。 The SAT estimation unit 110 estimates SAT T sat by a process similar to the process disclosed in Japanese Patent No. 4192442, for example. The outline of the processing will be described.

路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子は図8に示されるようになっており、運転者がハンドルを操舵することによって操舵トルクTsが発生し、その操舵トルクTsに従ってモータがアシストトルクTmを発生する。その結果、車輪が転舵され、反力としてSATが発生する。その際、モータの慣性J及び摩擦(静摩擦)Frによってハンドル操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り合いから、下記数16のような運動方程式が得られる。   The state of the torque generated from the road surface to the steering is as shown in FIG. 8, and the steering torque Ts is generated by the driver steering the steering wheel, and the assist torque Tm of the motor is generated in accordance with the steering torque Ts. To occur. As a result, the wheels are steered and SAT is generated as a reaction force. At that time, a torque that is a resistance to steering the steering wheel is generated by the inertia J and the friction (static friction) Fr of the motor. From the balance of these forces, the equation of motion as shown in the following Expression 16 is obtained.

ここで、上記数16を初期値ゼロとしてラプラス変換し、Tsatについて解くと下記数17が得られる。 Here, when Laplace transform is performed with the above-mentioned equation 16 as an initial value of zero and T sat is solved, the following equation 17 is obtained.

上記数17からわかるように、モータの慣性J及び静摩擦Frを定数として予め求めておくことで、モータ角速度ωm、モータ角加速度αm、アシストトルクTm及び操舵トルクTsよりSAT Tsatを推定することができる。モータ角速度ωm及びモータ角加速度αmは、モータ20にレゾルバ等の回転角センサ(図示せず)を連結し、回転角センサが検出する回転角より算出することができる。 As can be seen from the above equation 17, by obtaining the inertia J of the motor and the static friction Fr as constants in advance, the SAT T sat can be estimated from the motor angular velocity ωm, the motor angular acceleration αm, the assist torque Tm, and the steering torque Ts. it can. The motor angular velocity ωm and the motor angular acceleration αm can be calculated from the rotation angle detected by the rotation angle sensor by connecting a rotation angle sensor (not shown) such as a resolver to the motor 20.

なお、推定されたSATをそのままフィードバックした場合、ステアリングが重くなり過ぎ、操舵感覚を向上することができない場合があるので、周波数特性を有するフィルタを用いてSAT推定値Tseを信号処理し、操舵感覚を向上するのに必要十分な情報のみを出力するようにしても良い。また、本方法以外の方法で、SATを推定しても良い。 If the estimated SAT is fed back as it is, the steering may become too heavy and the steering feeling may not be improved. Therefore, the SAT estimated value T se is signal-processed by using a filter having a frequency characteristic, and steering is performed. You may make it output only the necessary and sufficient information for improving a feeling. The SAT may be estimated by a method other than this method.

車両減衰特性補償部140は減衰率補償、即ちヨーレート減衰率を略1とする補償を行うための補償信号Cs2を算出する。   The vehicle damping characteristic compensating section 140 calculates a compensation signal Cs2 for performing damping rate compensation, that is, compensation for setting the yaw rate damping rate to approximately 1.

アンダーステア特性の車両のヨーレート減衰率の調整は、図9(A)に示されるように、ヨーレートγ(s)を検出し、実舵角θt(s)に帰還する状態フィードバック制御により行うことができる。図9(A)において、KSTGはトーションバーを除くステアリング系剛性で、Cγ(s)は状態フィードバック制御の特性である。この制御をEPSの機能により実現するために、図9(A)に示される構成を図9(B)に示されるEPSの制御による構成に等価交換するフィードバック特性C(s)を使用する。図9(B)の構成は、STG(s)=1/KSTGとして、図3に示されるシミュレーションモデルの一部と同じ構成となっている。 The yaw rate attenuation rate of the understeer vehicle can be adjusted by state feedback control in which the yaw rate γ(s) is detected and is fed back to the actual steering angle θt(s) as shown in FIG. 9(A). . In FIG. 9A, K STG is the steering system rigidity excluding the torsion bar, and C γ (s) is the characteristic of the state feedback control. In order to realize this control by the EPS function, a feedback characteristic C 2 (s) that equivalently replaces the configuration shown in FIG. 9A with the configuration controlled by the EPS shown in FIG. 9B is used. The configuration of FIG. 9B has the same configuration as a part of the simulation model shown in FIG. 3 with STG(s)=1/K STG .

状態フィードバック制御が加わる前の実舵角ヨーレート伝達特性Gθ(s)は、下記数18で表わされる。 The actual steering angle yaw rate transfer characteristic G θ (s) before the state feedback control is added is represented by the following Expression 18.

ここで、ζはヨーレート減衰率である。Tyrは時定数で、下記数19で求められる。 Here, ζ n is the yaw rate attenuation rate. T yr is a time constant and is calculated by the following equation 19.

ヨーレート減衰率を与える状態フィードバック制御の特性Cγ(s)は、下記数20で与えられる。 The characteristic C γ (s) of the state feedback control that gives the yaw rate attenuation rate is given by the following Expression 20.

ここで、Kdはフィードバックゲインである。 Here, Kd is a feedback gain.

数18〜20より、図9(A)に示される構成での特性は下記数21となり、数21からわかるように、フィードバックゲインKdに相当する減衰率が付加されることになるので、数21が下記数22のような近似式となるようなフィードバックゲインKdを定めることにより、ヨーレート減衰率を略1とすることができる。   From Expressions 18 to 20, the characteristic in the configuration shown in FIG. 9A is as shown in Expression 21 below. As can be seen from Expression 21, since the attenuation rate corresponding to the feedback gain Kd is added, Expression 21 is added. The yaw rate attenuation rate can be set to approximately 1 by setting the feedback gain Kd such that is an approximate expression like the following Expression 22.

図9(A)に示される構成と等価な特性を与えるフィードバック特性C(s)は、図9(A)及び(B)で示される各構成から求められる下記数23及び数24が等しいという条件から導かれる下記数25より、下記数26として求められる。 The feedback characteristic C 2 (s) that gives a characteristic equivalent to that of the configuration shown in FIG. 9A is equal to the following equations 23 and 24 obtained from the respective configurations shown in FIGS. 9A and 9B. From the following equation 25 derived from the conditions, the following equation 26 is obtained.

よって、数26中のフィードバックゲインKdとして、上記数22の近似式を成立させるようなフィードバックゲインKdを使用することにより、ヨーレート減衰率を略1とすることができる。このフィードバック特性C(s)を用いて、車両減衰特性補償部140は、ステアリング角θgより補償信号Cs2を算出する。 Therefore, by using the feedback gain Kd that satisfies the approximate expression of the above Expression 22 as the feedback gain Kd in Expression 26, the yaw rate attenuation rate can be made approximately 1. Using this feedback characteristic C 2 (s), the vehicle damping characteristic compensator 140 calculates the compensation signal Cs2 from the steering angle θg.

車両零点特性補償部120は1次近似補償、即ち仮定1及び仮定2が成立するような補償を行うが、仮定2の「実舵角横加速度伝達特性が1次位相特性に近似できる」という仮定は、通常操舵運転に相当する操舵周波数0.5Hz以下においては妥当な仮定であると推測されるので、車両零点特性補償部120は仮定1が成立する補償を行う。実舵角横加速度伝達特性の零点の固有周波数は車速に依存せずに極より大きい2Hz付近にあるため、1次位相特性に近似するというのは、0.5Hz以下で2次である極の位相遅れ量を減らす方向に働くので、妥当な近似であると推測されるからである。また、仮定1についても、実舵角ヨーレート伝達特性が1次遅れ特性に近似するというのは、実舵角と連動して変化する操舵角に対するヨーレートの特性であるヨーレート伝達特性(つまり、車両特性)が1次遅れ特性に近似するということと等価であるから、ヨーレート伝達特性を1次遅れ特性に近似させることにより成立させる。   The vehicle zero-point characteristic compensator 120 performs first-order approximation compensation, that is, compensation in which Assumption 1 and Assumption 2 are satisfied, but the assumption 2 is that the actual steering angle lateral acceleration transfer characteristic can be approximated to the first-order phase characteristic. Is presumed to be a valid assumption at a steering frequency of 0.5 Hz or less, which corresponds to the normal steering operation, and therefore the vehicle zero point characteristic compensating section 120 performs compensation satisfying Assumption 1. Since the natural frequency of the zero point of the actual steering angle lateral acceleration transfer characteristic is around 2 Hz, which is larger than the pole, without depending on the vehicle speed, the approximation to the first-order phase characteristic means that the second-order pole is 0.5 Hz or less. This is because it works in the direction of reducing the amount of phase delay, and is therefore assumed to be a reasonable approximation. Also in Assumption 1, the fact that the actual steering angle yaw rate transfer characteristic approximates to the first-order lag characteristic is the yaw rate transfer characteristic that is the characteristic of the yaw rate with respect to the steering angle that changes in conjunction with the actual steering angle (that is, the vehicle characteristic. ) Is equivalent to approximating the first-order lag characteristic, the yaw rate transfer characteristic is approximated to the first-order lag characteristic.

ヨーレート伝達特性の1次遅れ特性への近似は、零点の固有周波数を極零相殺することにより行う。これは、ヨーレート伝達特性の零点を相殺する極をもち、ヨーレート伝達特性の極と同じ時定数となる零点をもつフィードフォワード制御器を使用することにより行うことができる。そして、EPSの構成においては、図3に示されるシミュレーションモデルでのトーションバー100及び特性部101を含む閉ループの特性がフィードフォワード制御器の役割を果たしている。よって、ステアリング角θgと操舵トルクTstgが0.5Hz以下で比例すると仮定し、その比例係数をKsatとすると、下記数27を満たすように下記数28のフィードフォワード特性C(s)の時定数T及びTを求めることにより、極零相殺を行うことができる。 The approximation of the yaw rate transfer characteristic to the first-order delay characteristic is performed by canceling the natural frequency of the zero point to the pole-zero. This can be done by using a feedforward controller that has a pole that cancels the zero of the yaw rate transfer characteristic and has a zero that has the same time constant as the pole of the yaw rate transfer characteristic. In the EPS configuration, the characteristics of the closed loop including the torsion bar 100 and the characteristic unit 101 in the simulation model shown in FIG. 3 play the role of the feedforward controller. Therefore, the steering angle θg between the steering torque T stg is assumed to be proportional below 0.5 Hz, when the proportionality coefficient K sat, the following equation 28 so as to satisfy the following equation 27 Feedforward characteristics C 1 of (s) By determining the time constants T 3 and T 4 , pole-zero cancellation can be performed.

ここで、Kは定常ゲイン、Katはパワーアシストゲインであり、図3においてSTG(s)=1/KSTGとなっている。なお、上記の仮定は、実舵角とSATが0.5Hz以下で比例すると仮定することに相当するので、妥当な仮定であると推測される。 Here, K C is a steady gain and K at is a power assist gain, and STG(s)=1/K STG in FIG. The above assumption corresponds to the assumption that the actual steering angle and the SAT are proportional to each other at 0.5 Hz or less, and is therefore assumed to be a valid assumption.

ヨーレート伝達特性を数22及び数28から求めると、下記数29のように1次遅れ特性となり、目的が達成されることがわかる。   When the yaw rate transfer characteristic is obtained from the equations 22 and 28, it can be seen that the first-order lag characteristic is obtained as shown in the following equation 29 and the purpose is achieved.


フィードフォワード特性C(s)を用いて、車両零点特性補償部120は、電流指令値Iref1を補償する。

The vehicle zero point characteristic compensator 120 compensates the current command value Iref1 using the feedforward characteristic C 1 (s).

操舵情報特性補償部130は時定数補償、即ち数14で示される時定数τsatを運転者特性に適合するように設定するための補償を行うための補償信号Cs1を算出する。これは、SAT推定値にフィルタ処理を行うことにより実現される。 The steering information characteristic compensating unit 130 calculates a compensation signal Cs1 for performing time constant compensation, that is, compensation for setting the time constant τ sat shown in Expression 14 so as to match the driver characteristic. This is achieved by filtering the SAT estimate.

SAT推定は外部オブザーバを用いて行うことができ、外部オブザーバを用いてSAT推定を行う場合の構成は図10(A)のようになる。図10(A)において、C(s)はトーションバーを含んだ制御系の特性、F(s)はフィルタ特性、Q(s)は外乱オブザーバ補償器の特性、STGn(s)はノミナル動特性である。図10(A)におけるSAT推定値Tseと実際のSAT Tsatが一致する場合、図10(A)に示される構成は図10(B)に示される構成に等価交換できる。そして、時定数τsatが運転者特性に適合するような所望の時定数τとなるためのフィルタ特性F(s)の条件は下記数30となり、数30に数13を代入すると、フィルタ特性F(s)は下記数31となる。 SAT estimation can be performed using an external observer, and the configuration when performing SAT estimation using an external observer is as shown in FIG. In FIG. 10A, C(s) is the characteristic of the control system including the torsion bar, F(s) is the filter characteristic, Q(s) is the characteristic of the disturbance observer compensator, and STGn(s) is the nominal dynamic characteristic. Is. If the SAT estimated value T se in FIG. 10A and the actual SAT T sat match, the configuration shown in FIG. 10A can be equivalently exchanged with the configuration shown in FIG. 10B. Then, the condition of the filter characteristic F(s) for the time constant τ sat to become a desired time constant τ r that matches the driver characteristic becomes the following Expression 30, and when the Expression 13 is substituted into the Expression 30, the filter characteristics F(s) is the following Expression 31.


また、外乱推定値は約10Hz以下の範囲で一致すれば良いので、10Hz以下で外乱オブザーバ補償器の特性Q(s)は略1となるようにする。よって、操舵情報特性補償部130は、フィルタ特性F(s)を用いて、SAT推定値Tseより補償信号Cs1を算出する。

Further, since the estimated disturbance value only needs to match within a range of about 10 Hz or less, the characteristic Q(s) of the disturbance observer compensator is set to about 1 at 10 Hz or less. Therefore, the steering information characteristic compensation unit 130 calculates the compensation signal Cs1 from the SAT estimated value T se using the filter characteristic F(s).

以上の構成において、第1実施形態の動作例を図11のフローチャートを参照して説明する。   With the above configuration, an operation example of the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

動作が開始すると、車速V、操舵トルクTs、モータ角速度ωm、モータ角加速度αm、アシストトルクTm及びステアリング角θgが入力される(ステップS10)。このうち、車速Vは電流指令値演算部31に、操舵トルクTsは電流指令値演算部31及びSAT推定部110に、モータ角速度ωm、モータ角加速度αm及びアシストトルクTmはSAT推定部110に、ステアリング角θgは車両減衰特性補償部140にそれぞれ入力される。なお、モータ角加速度αmはモータ角速度ωmを微分することにより算出される。   When the operation starts, the vehicle speed V, the steering torque Ts, the motor angular velocity ωm, the motor angular acceleration αm, the assist torque Tm, and the steering angle θg are input (step S10). Of these, the vehicle speed V is supplied to the current command value calculation unit 31, the steering torque Ts is supplied to the current command value calculation unit 31 and the SAT estimation unit 110, and the motor angular velocity ωm, the motor angular acceleration αm, and the assist torque Tm are supplied to the SAT estimation unit 110. The steering angle θg is input to the vehicle damping characteristic compensation unit 140. The motor angular acceleration αm is calculated by differentiating the motor angular velocity ωm.

電流指令値演算部31は、図2に示される構成の場合と同様に、車速V及び操舵トルクTsより電流指令値Iref1を演算し(ステップS20)、車両零点特性補償部120に出力する。   As in the case of the configuration shown in FIG. 2, the current command value calculation unit 31 calculates the current command value Iref1 from the vehicle speed V and the steering torque Ts (step S20), and outputs it to the vehicle zero point characteristic compensation unit 120.

SAT推定部110は、操舵トルクTs、モータ角速度ωm、モータ角加速度αm及びアシストトルクTmを用いて数17よりSAT Tsatの推定値であるSAT推定値Tseを算出し(ステップS30)、SAT推定値Tseは、操舵情報特性補償部130に入力される。なお、電流指令値演算部31及びSAT推定部110の動作は、順番が入れ替わっても、並行して実行されても良い。 The SAT estimation unit 110 calculates the SAT estimated value T se , which is the estimated value of SAT T sat , from Equation 17 using the steering torque Ts, the motor angular velocity ωm, the motor angular acceleration αm, and the assist torque Tm (step S30). The estimated value T se is input to the steering information characteristic compensation unit 130. The operations of the current command value calculation unit 31 and the SAT estimation unit 110 may be switched in order or may be executed in parallel.

電流指令値Iref1を入力した車両零点特性補償部120は、数26を用いて電流指令値Iref1を変換し、補償電流指令値Irefzとして出力する(ステップS40)。数26におけるパワーアシストゲインKatには予め適切な値が設定されており、時定数T及びTには数25を満たすように予め調整された値が設定されている。補償電流指令値Irefzは加算部150に入力される。 The vehicle zero-point characteristic compensating unit 120, to which the current command value Iref1 is input, converts the current command value Iref1 using Formula 26 and outputs it as the compensation current command value Irefz (step S40). An appropriate value is set in advance for the power assist gain K at in Expression 26, and a value adjusted in advance to satisfy Expression 25 is set for the time constants T 3 and T 4 . The compensation current command value Irefz is input to the addition unit 150.

SAT推定値Tseを入力した操舵情報特性補償部130は、数29を用いてSAT推定値Tseを変換し、補償信号Cs1を出力する(ステップS50)。数29における時定数τsatには予め求められた値が設定されており、時定数τには予め所望の値が設定されている。補償信号Cs1は加算部150に入力される。なお、車両零点特性補償部120及び操舵情報特性補償部130の動作は、順番が入れ替わっても、並行して実行されても良い。 The steering information characteristic compensating unit 130, to which the SAT estimated value T se is input, converts the SAT estimated value T se using Formula 29 and outputs the compensation signal Cs1 (step S50). A previously determined value is set for the time constant τ sat in the equation 29, and a desired value is set for the time constant τ r . The compensation signal Cs1 is input to the adder 150. The operations of the vehicle zero point characteristic compensating unit 120 and the steering information characteristic compensating unit 130 may be switched in order or may be performed in parallel.

加算部150に入力された補償電流指令値Irefzは、補償信号Cs1を加算されることにより補償され(ステップS60)、補償電流指令値Ireftとして出力される。補償電流指令値Ireftは減算部151に加算入力される。   The compensation current command value Irefz input to the adder 150 is compensated by adding the compensation signal Cs1 (step S60) and output as the compensation current command value Ireft. The compensation current command value Ireft is added and input to the subtraction unit 151.

ステアリング角θgを入力した車両減衰特性補償部140は、数24を用いてステアリング角θgを変換し、補償信号Cs2を出力する(ステップS70)。数24におけるGθ(0)、KSTG、時定数τ、ヨーレート減衰率ζには予め求められた値が設定されており、フィードバックゲインKdには数22の近似式が成立するように予め調整された値が設定されている。補償信号Cs2は減算部151に減算入力される。 The vehicle damping characteristic compensating unit 140, to which the steering angle θg is input, converts the steering angle θg using Equation 24 and outputs the compensation signal Cs2 (step S70). The values calculated in advance in G θ (0), K STG , time constant τ n , and yaw rate damping ratio ζ n in the equation 24 are set, and the approximation formula of the equation 22 is established in the feedback gain Kd. The value adjusted in advance is set. The compensation signal Cs2 is subtracted and input to the subtraction unit 151.

減算部151に入力された補償電流指令値Ireftは、補償信号Cs2を減算されることにより補償され(ステップS80)、補償電流指令値Irefaとして出力される。   The compensation current command value Ireft input to the subtraction unit 151 is compensated by subtracting the compensation signal Cs2 (step S80) and output as the compensation current command value Irefa.

なお、ステアリング角とモータ角には比例関係があるので、車両減衰特性補償部140はステアリング角の代わりにモータ角を使用しても良い。また、操舵情報特性補償部130はSAT推定値の代わりに操舵トルクを使用しても良い。この場合、ステアリングの動特性を考慮した変換を行う必要がある。   Since the steering angle and the motor angle have a proportional relationship, the vehicle damping characteristic compensator 140 may use the motor angle instead of the steering angle. Further, the steering information characteristic compensation unit 130 may use the steering torque instead of the SAT estimated value. In this case, it is necessary to perform conversion considering the dynamic characteristics of the steering.

ここで、本実施形態の効果について説明する。   Here, the effect of the present embodiment will be described.

本実施形態で行っている3つの補償(減衰率補償、1次近似補償、時定数補償)の効果を確認するために、本実施形態の運動支援制御装置を搭載したアンダーステア特性の車両を用いて、静的なパワーアシスト特性を変えずに補償有無の違いのみでレーン変更運転を行い、目標軌道に対する収束性を比較した。レーン変更時の収束性については、収束性が悪くオーバーシュートを起こすほど、操舵運転負荷が増すことが知られていることから、このような比較を行った。使用した車両の諸元は下記表2の通りで、オフセンター領域内で最も高い15°/秒程度のヨーレートが現れる車速80km/時でのレーン変更走行を行い、目標軌道に対する収束性の代用特性としてヨーレートのオーバーシュートを、図12に示されるコース制約条件を与えて、評価した。   In order to confirm the effects of the three types of compensation (attenuation rate compensation, first-order approximation compensation, and time constant compensation) performed in this embodiment, a vehicle with an understeer characteristic equipped with the exercise support control device of this embodiment is used. The lane change operation was performed only with or without compensation without changing the static power assist characteristics, and the convergence with respect to the target trajectory was compared. Convergence at the time of changing lanes is known because the steering operation load increases as convergence worsens and overshoot occurs. The specifications of the vehicle used are as shown in Table 2 below. The lane change running was performed at a vehicle speed of 80 km/hour, at which the highest yaw rate of about 15°/sec appeared in the off-center region, and a substitute characteristic of convergence to the target trajectory was obtained. The overshoot of the yaw rate was evaluated by giving the course constraint condition shown in FIG.

なお、走行運転するに当たり、運転者には事前に評価趣旨のインフォームドコンセントを行った。 Before driving, the driver gave informed consent for the purpose of evaluation.

評価結果を図13に示す。図13(A)は補償を行わなかった場合の結果で、図13(B)は補償を行った場合の結果である。縦軸がヨーレート及び操舵トルクで、横軸が時間である。図13から、補償を行わなかった場合はヨーレートが収束する直前でオーバーシュートが観察されるが、補償を行った場合はオーバーシュートが発生していないことがわかる。これは、ヨーレートに対する操舵トルクの位相特性が影響しているからであると推測される。補償を行わなかった場合は、ヨーレートと操舵トルクの位相差が操舵状態によって変化するため、操舵トルク情報でヨーレートを認識することが困難で、必要以上の操舵を行い、オーバーシュートの発生に至ったものと推測される。一方、補償を行った場合は、操舵時の操舵トルクとヨーレートとの位相関係はほぼ一定であり、運転者は操舵トルク情報でヨーレートを制御できた結果、オーバーシュートが発生しなかったものと推測される。このように、本実施形態による3つの補償により、ヨーレートのオーバーシュートが抑えられ、操舵運転負荷が軽減できたことが確認された。   The evaluation result is shown in FIG. FIG. 13A shows the result when no compensation was performed, and FIG. 13B shows the result when compensation was performed. The vertical axis represents yaw rate and steering torque, and the horizontal axis represents time. From FIG. 13, it can be seen that when no compensation is performed, an overshoot is observed immediately before the yaw rate converges, but when compensation is performed, no overshoot occurs. It is presumed that this is because the phase characteristic of the steering torque with respect to the yaw rate has an effect. Without compensation, it is difficult to recognize the yaw rate from the steering torque information because the phase difference between the yaw rate and the steering torque changes depending on the steering state, and steering is performed more than necessary, resulting in overshoot. It is supposed to be. On the other hand, when compensation is performed, the phase relationship between the steering torque and the yaw rate during steering is almost constant, and the driver could control the yaw rate with the steering torque information, and as a result, it is speculated that overshoot did not occur. To be done. Thus, it was confirmed that the three compensations according to the present embodiment suppressed the yaw rate overshoot and reduced the steering operation load.

次に、ニュートラルステア特性を持つ車両を対象とした場合の実施形態(第2実施形態)について説明する。   Next, an embodiment (second embodiment) for a vehicle having a neutral steer characteristic will be described.

図14は第2実施形態の構成例を示している。図14には、図7の場合と同様に、本発明に係る運転支援制御装置の構成例の一部を示している。前述のように、ニュートラルステア特性を持つ車両ではヨーレート減衰率が略1であり、減衰率補償を行う必要がないので、第2実施形態は、図7に示される第1実施形態と比べると、車両減衰特性補償部140がない構成となっている。よって、ステアリング角θgは入力せず、補償電流指令値Irefaではなく、加算部150から出力される補償電流指令値Ireftが、図2に示されている加算部32Aに入力されることになる。   FIG. 14 shows a configuration example of the second embodiment. Similar to the case of FIG. 7, FIG. 14 shows a part of the configuration example of the driving assistance control device according to the present invention. As described above, in the vehicle having the neutral steer characteristic, the yaw rate attenuation rate is approximately 1, and it is not necessary to perform the attenuation rate compensation. Therefore, the second embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. The vehicle damping characteristic compensator 140 is not provided. Therefore, the steering angle θg is not input, and the compensation current command value Ireft output from the addition unit 150 is input to the addition unit 32A illustrated in FIG. 2 instead of the compensation current command value Irefa.

第2実施形態の動作例を図15に示す。図11に示される第1実施形態の動作例と比べると、車両減衰特性補償部140での動作(ステップS70)と、その動作結果である補償信号Cs2による減衰率補償(ステップS80)が不要となっている。その他の動作は、第1実施形態の動作例と同じである。   FIG. 15 shows an operation example of the second embodiment. Compared with the operation example of the first embodiment shown in FIG. 11, the operation in the vehicle damping characteristic compensation unit 140 (step S70) and the attenuation rate compensation (step S80) by the compensation signal Cs2 which is the operation result are unnecessary. Is becoming Other operations are the same as the operation example of the first embodiment.

上述の実施形態(第1実施形態、第2実施形態)では、全ての補償を、EPSを用いて実行しているが、車両に搭載される他のシステムや機構が幾つかの補償を実行し、残りの補償をEPSが実行するような形態も可能である。例えば、減衰率補償及び1次近似補償は4WS(四輪操舵)、可変ギア比機構、SBW(Steer By Wire)等で実行可能であり、時定数補償はSBW等で実行可能である。4WSは、車両の方向を変えるときに前二輪だけでなく、後二輪も向きを変えて操舵するシステムであり、ヨーレート応答での位相の変化を抑制すること等が可能であるから、減衰率補償及び1次近似補償を実行することができる。可変ギア比機構は車速に応じて操舵ギア比を適切に制御する機構であり、EPSと組み合わせて使用することにより、車両特性であるヨーレート伝達特性を自動的に調整することが可能となり、減衰率補償及び1次近似補償を実行することができる。SBWはステアリングホイールの操作を電気信号で伝えるシステムであり、自由度の高いステアリング系制御を行うことが可能であるから、減衰率補償、1次近似補償及び時定数補償を実行することができる。但し、一般的にSBWはEPSの代用として使用されるので、EPSと併用する場合は、SBWが分担する補償のみを実行するような構成とする。例えば、図16に示されるように、本発明に係る運転支援制御装置70の他に、前輪操舵ギアボックス50及び後輪操舵ギアボックス51の中に4WSの機構が組み込まれており、可変ギア比機構60がモータ20に隣接して設置されている車両において、減衰率補償及び1次近似補償を可変ギア比機構60又は4WSが実行し、運転支援制御装置70は時定数補償のみを実行するということが可能である。この場合の本発明の実施形態の構成例(第3実施形態)は図17のようになり、図7に示される第1実施形態と比べると、車両零点特性補償部120及び車両減衰特性補償部140がない構成となる。そして、電流指令値演算部31から出力される電流指令値Iref1が、加算部152において、操舵情報特性補償部130から出力される補正信号Cs1を加算されることにより補償され、補償電流指令値Ireft’として出力され、補償電流指令値Ireft’が図2に示されている加算部32Aに入力される。   In the above-described embodiments (the first embodiment and the second embodiment), all the compensation is performed by using the EPS, but other systems and mechanisms mounted on the vehicle perform some compensation. It is also possible for the EPS to perform the remaining compensation. For example, the damping rate compensation and the first-order approximation compensation can be executed by 4WS (four-wheel steering), a variable gear ratio mechanism, SBW (Steer By Wire), etc., and the time constant compensation can be executed by SBW or the like. The 4WS is a system that steers not only the front two wheels but also the rear two wheels when changing the direction of the vehicle, and it is possible to suppress the phase change in the yaw rate response. And first-order approximation compensation can be performed. The variable gear ratio mechanism is a mechanism that appropriately controls the steering gear ratio according to the vehicle speed, and when used in combination with EPS, it becomes possible to automatically adjust the yaw rate transmission characteristic that is the vehicle characteristic, and the damping ratio Compensation and first-order approximation compensation can be performed. The SBW is a system for transmitting an operation of the steering wheel by an electric signal, and since it is possible to perform a steering system control with a high degree of freedom, it is possible to execute attenuation rate compensation, first-order approximation compensation and time constant compensation. However, since SBW is generally used as a substitute for EPS, when it is used together with EPS, the SBW is configured to execute only the compensation shared by the SBW. For example, as shown in FIG. 16, in addition to the driving assistance control device 70 according to the present invention, a 4WS mechanism is incorporated in the front wheel steering gear box 50 and the rear wheel steering gear box 51, and the variable gear ratio is set. In the vehicle in which the mechanism 60 is installed adjacent to the motor 20, the variable gear ratio mechanism 60 or 4WS performs the damping rate compensation and the first-order approximation compensation, and the driving support control device 70 performs only the time constant compensation. It is possible. The configuration example (third embodiment) of the embodiment of the present invention in this case is as shown in FIG. 17, which is different from the first embodiment shown in FIG. 7 in the vehicle zero point characteristic compensating section 120 and the vehicle damping characteristic compensating section. There is no 140. Then, the current command value Iref1 output from the current command value calculation unit 31 is compensated by adding the correction signal Cs1 output from the steering information characteristic compensation unit 130 in the addition unit 152, and the compensated current command value Ireft. Then, the compensation current command value Irefft' is output as', and is input to the adder 32A shown in FIG.

1 ハンドル
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
10 トルクセンサ
12 車速センサ
20 モータ
30 コントロールユニット(ECU)
31 電流指令値演算部
110 SAT推定部
120 車両零点特性補償部
130 操舵情報特性補償部
140 車両減衰特性補償部
1 Handle 2 Column shaft (steering shaft, handle shaft)
10 torque sensor 12 vehicle speed sensor 20 motor 30 control unit (ECU)
31 current command value calculation unit 110 SAT estimation unit 120 vehicle zero point characteristic compensation unit 130 steering information characteristic compensation unit 140 vehicle damping characteristic compensation unit

Claims (8)

電流指令値に基づいてモータを駆動して操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置において、
操舵角からヨーレートまでの車両特性が1次遅れ特性に近似するように前記電流指令値を補償する車両零点特性補償部と、
車両挙動情報から操舵情報までの操舵情報特性の時定数が所望の値となるように前記電流指令値を補償する操舵情報特性補償部と、
前記車両特性の減衰率が略1となるように、角度情報を用いて前記電流指令値を補償する車両減衰特性補償部とを備え、
通常操舵運転における後輪コーナリングコンプライアンスCrが、ホイールベースL、前車軸重心点間距離Lf、後車軸重心点間距離Lr、重量M、ヨー慣性モーメントYm及び車速Vに対して、
を満たす車両に対して、前記車両零点特性補償部、前記操舵情報特性補償部及び前記車両減衰特性補償部により前記電流指令値を補償することにより、前記車両の操舵運転の負担を軽減することを特徴とする電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置。
In a driving assistance control device using an electric power steering mechanism for assisting a steering system by driving a motor based on a current command value,
A vehicle zero point characteristic compensator for compensating the current command value so that the vehicle characteristic from the steering angle to the yaw rate approximates the first-order lag characteristic;
A steering information characteristic compensator for compensating the current command value so that the time constant of the steering information characteristic from the vehicle behavior information to the steering information becomes a desired value,
As the attenuation factor of said vehicle characteristics is substantially 1, and a vehicle damping characteristic compensation unit for compensating the current command value by using the angle information,
The rear wheel cornering compliance Cr in the normal steering operation is as follows with respect to the wheel base L, the distance between the front axle center of gravity points Lf, the distance between the rear axle center of gravity points Lr, the weight M, the yaw moment of inertia Ym, and the vehicle speed V.
The vehicle satisfying, the vehicle zero characteristic compensation unit, by compensating for more the current command value to the steering information characteristic compensation unit and said vehicle damping characteristic compensator, reducing the burden of steering operation of the vehicle A driving support control device using an electric power steering mechanism.
電流指令値に基づいてモータを駆動して操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置において、
操舵角からヨーレートまでの車両特性が1次遅れ特性に近似するように前記電流指令値を補償する車両零点特性補償部と、
車両挙動情報から操舵情報までの操舵情報特性の時定数が所望の値となるように前記電流指令値を補償する操舵情報特性補償部とを備え、
通常操舵運転における後輪コーナリングコンプライアンスCrが、ホイールベースL、前車軸重心点間距離Lf、後車軸重心点間距離Lr、重量M、ヨー慣性モーメントYm及び車速Vに対して、
を満たし、ニュートラルステア特性を有する車両に対して、前記車両零点特性補償部及び前記操舵情報特性補償部により前記電流指令値を補償することにより、前記車両の操舵運転の負担を軽減することを特徴とする電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置。
In a driving assistance control device using an electric power steering mechanism for assisting a steering system by driving a motor based on a current command value,
A vehicle zero point characteristic compensator for compensating the current command value so that the vehicle characteristic from the steering angle to the yaw rate approximates the first-order lag characteristic;
And a steering information characteristic compensator time constants of the steering information characteristics of the vehicle motion information to steer information to compensate the current command value to a desired value,
The rear wheel cornering compliance Cr in the normal steering operation is as follows with respect to the wheel base L, the distance Lf between the front axle center of gravity points, the distance Lr between the rear axle center of gravity points, the weight M, the yaw moment of inertia Ym, and the vehicle speed V.
The filled, to a vehicle having a neutral steering characteristics by compensating the more the current command value to the vehicle zero characteristic compensation unit and the steering information characteristic compensation unit, to reduce the burden of steering operation of the vehicle A driving support control device using a characteristic electric power steering mechanism.
前記車両零点特性補償部は、
トーションバー及び前記車両零点特性補償部による特性が、前記車両特性の零点を相殺する極を有し、前記車両特性の極と同等の零点を有するようにする極零相殺を行うことにより、
前記車両特性を1次遅れ特性に近似させる請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置。
The vehicle zero point characteristic compensation unit,
The characteristic by the torsion bar and the vehicle zero point characteristic compensator has a pole for canceling the zero point of the vehicle characteristic, and by performing pole zero cancellation so as to have a zero point equivalent to the pole of the vehicle characteristic,
The driving assistance control device using the electric power steering mechanism according to claim 1, wherein the vehicle characteristic is approximated to a first-order lag characteristic.
前記車両挙動情報がヨーレートであり、
前記操舵情報が操舵トルクである請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置。
The vehicle behavior information is a yaw rate,
The driving assistance control device using the electric power steering mechanism according to claim 1, wherein the steering information is steering torque.
前記操舵情報特性補償部は、セルフアライニングトルクを用いて前記電流指令値を補償する請求項4に記載の電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置。   The driving assistance control device using the electric power steering mechanism according to claim 4, wherein the steering information characteristic compensating unit compensates the current command value by using a self-aligning torque. 前記車両減衰特性補償部は、前記角度情報としてステアリング角を使用する請求項1に記載の電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置。   The driving assistance control device using the electric power steering mechanism according to claim 1, wherein the vehicle damping characteristic compensator uses a steering angle as the angle information. 操舵周波数が略0.5Hz以下の場合、前記通常操舵運転とする請求項1乃至のいずれかに記載の電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置。 If steering frequency is less than approximately 0.5 Hz, the driving support control apparatus using an electric power steering mechanism according to any of claims 1 to 6, the normal steering operation. 請求項1乃至のいずれかに記載の電動パワーステアリング機構を用いた運転支援制御装置を搭載した車両。 A vehicle equipped with a driving assistance control device using the electric power steering mechanism according to any one of claims 1 to 7 .
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