JP5245898B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、車両のステアリング機構に対し、電動モータにより操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に、タイヤのグリップが失われた場合であっても、車両挙動を安定させることが可能な電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering device in which a steering assist force is applied to a vehicle steering mechanism by an electric motor, and in particular, stabilizes vehicle behavior even when tire grip is lost. The present invention relates to an electric power steering apparatus capable of performing the above.
従来、ステアリング装置として、運転者がステアリングホイールを操舵したときの操舵トルクに応じて電動モータを駆動することにより、ステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が普及している。
また、このような電動パワーステアリング装置において、操舵性能の向上やコーナリング時の車両の挙動を安定させるために、タイヤのグリップ状態を考慮して操舵制御を行うようにしたもの等も提案されている。
Conventionally, as a steering device, an electric power steering device that applies a steering assist force to a steering mechanism by driving an electric motor in accordance with a steering torque when a driver steers a steering wheel has been widely used.
In addition, in such an electric power steering device, in order to improve the steering performance and stabilize the behavior of the vehicle during cornering, a steering control that takes into account the grip state of the tire has been proposed. .
例えば、前輪の横力利用率を算出し、この横力利用率が大きく、グリップ限界に近いときほど、車速と手動操舵トルクとに基づいて決定される通常の補助操舵トルク指令値をより小さく補正することで、車両特性が限界に至る以前に操舵力を重くする等して運転者にこれを知らしめることにより、路面状況に応じて車両挙動の変化を抑制するようにしたもの(例えば、特許文献1参照)、また、例えば規範ヨーレートと実ヨーレートとの偏差をタイヤのグリップ状態相当の値とし、規範ヨーレートと実ヨーレートとの偏差が大きくグリップ力が小さいと予測されるときほど運転者に作用する反力が大きくなるように、操舵補助トルクを補正することで走行安定性を向上させるようにしたものも提案されている(例えば、特許文献2参照)。 For example, the lateral force utilization factor of the front wheels is calculated, and the normal auxiliary steering torque command value determined based on the vehicle speed and the manual steering torque is corrected to be smaller as the lateral force utilization factor increases and approaches the grip limit. In this way, by making the driver aware of this by increasing the steering force before the vehicle characteristics reach the limit, it is possible to suppress changes in vehicle behavior according to the road surface conditions (for example, patents) Reference 1), for example, the deviation between the standard yaw rate and the actual yaw rate is set to a value corresponding to the grip state of the tire. In order to increase the reaction force, a steering assist torque is corrected to improve running stability (see, for example, Patent Document 2).
しかながら、上述のように、横力利用率から路面状況を推測して操舵補助トルク指令値の補正を行うようにした場合、タイヤの特性を考慮していないためロバスト性が低く、また、路面状況の推測精度が比較的低いことから、的確に車両挙動変化を抑制することができない可能性がある。
また、上述のように、規範ヨーレートと実ヨーレートとの偏差をグリップ状態相当の値として用いた場合、これらヨーレートの偏差は、グリップ状態を表すものの、実際のグリップ状態との誤差は比較的大きい。
However, as described above, when the road surface condition is estimated from the lateral force utilization rate and the steering assist torque command value is corrected, the robustness is low because the tire characteristics are not considered, and the road surface Since the situation estimation accuracy is relatively low, there is a possibility that the vehicle behavior change cannot be suppressed accurately.
Further, as described above, when the deviation between the standard yaw rate and the actual yaw rate is used as the value corresponding to the grip state, the deviation of the yaw rate represents the grip state, but the error from the actual grip state is relatively large.
また、このようにタイヤが車両の横滑り状態が大きくなってグリップ限界に近づくほど操舵反力を大きくすると、運転者のステアリングホイールの切増しを抑制することはできるが、運転者が横滑り状態が発生しているか否かを判断することができないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は上記従来例の未解決の課題問題点に着目してなされたものであり、運転者に車両の横滑り状態を正確に感知させることができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
Also, if the steering reaction force is increased so that the tire slips closer to the grip limit as the tire becomes closer to the grip limit in this way, the driver's steering wheel can be prevented from being increased, but the driver can slip. There is an unresolved problem that it is not possible to determine whether or not it is.
Accordingly, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the conventional example described above, and an object of the present invention is to provide an electric power steering device that allows the driver to accurately sense the skid state of the vehicle. It is said.
上記目的を達成するために、請求項1に係る電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を演算する操舵補助指令値演算手段と、前記操舵補助指令値に基づいて前記ステアリング機構に操舵補助力を付与する電動モータを駆動するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置の制御装置であって、タイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出手段と、該グリップロス度検出手段で検出したグリップロス度の変化分を演算するグリップロス度変化分演算手段と、前記グリップロス度検出手段で検出したグリップロス度及び前記グリップロス度変化分演算手段で演算したグリップロス度変化分に基づいて横滑り指標を演算する横滑り指標演算手段と、該横滑り指標演算手段で演算した横滑り指標の増加に応じて操舵力の抜け感を与えた後に操舵力のストッパ感を与えるように前記操舵補助指令値を補正する指令値補正手段と、路面から前記ステアリング機構に入力されるセルフアライニングトルクを検出するセルフアライニングトルク検出手段と、前記ステアリング機構の急操舵状態を検出する急操舵検出手段と、を有し、前記指令値補正部は、前記セルフアライニングトルク検出手段で検出したセルフアライニングトルク検出値に基づいて前記操舵補助指令値に対してセルフアライニングトルク補償を行なうセルフアライニングトルク補償手段を有し、該セルフアライニングトルク補償手段は、前記セルフアライニングトルク検出値に対して、帯域フィルタ処理する帯域通過フィルタ処理部と、ゲイン調整するゲイン調整部とを少なくとも有し、前記急操舵検出手段で急操舵状態を検出したときに、前記帯域通過フィルタ処理部及び前記ゲイン調整部の少なくとも一方を、セルフアライニングトルク補償値を低減する方向に調整する補償値補正手段を備えていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, an electric power steering apparatus according to
また、請求項2に係る電動パワーステアリング装置は、前記横滑り指標演算手段は、前記グリップロス度にゲインを乗じた値及び前記グリップロス度変化分にゲインを乗算した値の和及び積の何れか一方で横滑り指標を算出することを特徴としている。
また、請求項3に係る電動パワーステアリング装置は、前記指令値補正手段は、前記横滑り指標が増加を始めてから所定閾値迄の間で、操舵力の抜け感を与えるために、前記操舵補助指令値を急増させてから通常値へ復帰させる補正値を算出する指令値増加補正部を有することを特徴としている。
Further, the electric power steering apparatus according to
The electric power steering apparatus according to
また、請求項4に係る電動パワーステアリング装置は、前記指令値補正手段は、前記横滑り指標が所定閾値を越えると、横滑り指標の増加に応じて前記操舵補助指令値を減少させる補正値を算出する指令値減少補正部を有することを特徴としている。
また、請求項5に係る電動パワーステアリング装置は、前記指令値減少補正部は、前記補正値が所定値を超えたときに一定値に保持するように構成されていることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the electric power steering apparatus, the command value correction means calculates a correction value for decreasing the steering assist command value in accordance with an increase in the skid index when the skid index exceeds a predetermined threshold. It has a command value reduction correction unit.
Further, the electric power steering apparatus according to
また、請求項6に係る電動パワーステアリング装置は、前記グリップロス度検出手段は、路面から生じるセルフアライニングトルクを車両運動モデルに基づいてセルフアライニングトルク推定値として推定するセルフアライニングトルク推定部と、前記セルフアライニングトルク検出部で検出されたセルフアライニングトルク検出値及び前記セルフアライニングトルク推定部で推定されたセルフアライニングトルク推定値の偏差に基づいて前記グリップロス度を算出するグリップロス度検出部とを備えることを特徴としている。
The electric power steering apparatus according to
また、請求項7に係る電動パワーステアリング装置は、前記急操舵検出手段は、モータ角速度の絶対値が所定値を越え、且つ前記操舵トルクの絶対値が所定値を超えたときに急操舵状態と判断するように構成されていることを特徴としている。
Further, in the electric power steering apparatus according to
本発明によれば、グリップロス度及びグリップロス度変化率に基づいて車両の横滑り指標を演算し、この横滑り指標が増加し始めたときに、運転者に先ず操舵力の抜け感を与えた後に操舵力のストッパ感を与えるように操舵補助指令値を補正するので、運転者に横滑り指標が大きくなったことを確実に認識させることができるという効果が得られる。
さらに、運転者が急操舵したときに、この急操舵状態を検出して、セルフアライニングトルクに基づく操舵補助指令値の補償値を抑制することにより、急操舵を確保することができるという効果が得られる。
According to the present invention, the vehicle slip index is calculated based on the grip loss degree and the grip loss degree change rate, and when the skid index starts to increase, the driver is first given a feeling of lack of steering force. Since the steering assist command value is corrected so as to give a stopper feeling of the steering force, an effect that the driver can be surely recognized that the skid index has increased is obtained.
Further, when the driver steers suddenly, this sudden steering state is detected, and the compensation value of the steering assist command value based on the self-aligning torque is suppressed, thereby making it possible to ensure rapid steering. can get.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示す全体構成図であって、図中、SMはステアリング機構である。このステアリング機構SMは、ステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力が伝達される入力軸2aとこの入力軸2aに図示しないトーションバーを介して連結された出力軸2bとを有するステアリングシャフト2を備えている。このステアリングシャフト2は、ステアリングコラム3に回転自在に内装され、入力軸2aの一端がステアリングホイール1に連結され、他端は図示しないトーションバーに連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention, in which SM is a steering mechanism. This steering mechanism SM has a
そして、出力軸2bに伝達された操舵力は、2つのヨーク4a,4bとこれらを連結する十字連結部4cとで構成されるユニバーサルジョイント4を介して中間シャフト5に伝達され、さらに、2つのヨーク6a,6bとこれらを連結する十字連結部6cとで構成されるユニバーサルジョイント6を介してピニオンシャフト7に伝達される。
このピニオンシャフト7に伝達された操舵力はステアリングギヤ機構8を介して左右のタイロッド9に伝達され、これらタイロッド9によって左右の転舵輪WL,WRを転舵させる。ここで、ステアリングギヤ機構8は、ギヤハウジング8a内に、ピニオンシャフト7に連結されたピニオン8bとこのピニオン8bに噛合するラック軸8cとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン8bに伝達された回転運動をラック軸8cで車幅方向の直進運動に変換して、タイロッド9に伝達する。
The steering force transmitted to the
The steering force transmitted to the
ステアリングシャフト2の出力軸2bには、操舵補助力を出力軸2bに伝達する操舵補助機構10が連結されている。この操舵補助機構10は、出力軸2bに連結した減速ギヤ等の減速機11と、この減速機11に連結された操舵補助力を発生する例えばブラシレスモータで構成される電動モータ12とを備えている。
また、減速機11のステアリングホイール1側に連接されたハウジング13内に操舵トルクセンサ14が配設されている。この操舵トルクセンサ14は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸2a及び出力軸2b間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気変化や抵抗変化として検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。
A
A
そして、操舵トルクセンサ14から出力される操舵トルク検出値Tは、図2に示すように、例えばマイクロコンピュータで構成されるコントローラ15に入力される。このコントローラ15には、トルク検出値Tの他に車速センサ16で検出した車速検出値V、電動モータ12に流れるモータ電流Ia〜Ic及びレゾルバ、エンコーダ等で構成される回転角センサ17で検出した電動モータ12の回転角θmも入力されている。
Then, the steering torque detection value T output from the
このコントローラ15では、入力されるトルク検出値T及び車速検出値Vxに応じた操舵補助力を電動モータ12で発生させる操舵補助電流指令値Irefを算出し、算出した操舵補助電流指令値Irefに対して回転角θmに基づいて算出するモータ角速度ωm及びモータ角加速度αmに基づいて収斂性補償、慣性補償、セルフアライニングトルク補償等各種補償処理を行ってからd−q軸指令値に変換し、これらd−q軸指令値を2相/3相変換してモータ電流指令値Iaref〜Icrefを算出し、算出したモータ電流指令値Iaref〜Icrefに基づいて電動モータ12に流れる電流Ia〜Icをフィードバック制御し、電動モータ12を駆動制御する。
The
すなわち、コントローラ15は、操舵トルクT及び車速Vxに基づいて操舵補助電流指令値Irefを演算する操舵補助電流指令値演算部21と、この操舵補助電流指令値演算部21で算出した操舵補助電流指令値Irefを補償する指令値補償部22と、タイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度gを検出するグリップロス度検出手段としてのグリップロス度検出部23と、このグリップロス度検出部23で検出したグリップロス度gを例えば微分してグリップロス度変化率Δgを算出するグリップロス度変化率演算手段としてのグリップロス度変化率演算部24と、グリップロス度gとグリップロス度変化率Δgとに基づいて横滑り状態の度合いを表す横滑り指標を演算する横滑り指標演算手段としての横滑り指標演算部25と、演算した横滑り指標に基づいて操舵補助指令値を補正する横滑り指標認識用補正値を演算する指令値補正手段としての横滑り指標認識補正部26と、指令値補償部22で補償した補償後操舵補助電流指令値Iref′に基づいてd−q軸電流指令値を算出するd−q軸電流指令値演算部27と、このd−q軸電流指令値演算部27から出力されるd−q軸指令値を2相/3相変換してモータ電流指令値Iaref〜Icrefを算出する2相/3相変換部28と、この2相/3相変換部28から出力されるモータ電流指令値Iaref〜Icrefに基づいてモータ電流Ia〜Icを生成するモータ電流制御部29とで構成されている。
That is, the
操舵補助電流指令値演算部21は、操舵トルクT及び車速Vxをもとに図3に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して電流指令値でなる操舵補助電流指令値Irefを算出する。
この操舵補助電流指令値算出マップは、図3に示すように、横軸に操舵トルクTをとり、縦軸に操舵補助電流指令値Irefをとると共に、車速Vxをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクTが"0"からその近傍の設定値Ts1までの間は操舵補助電流指令値Irefが"0"を維持し、操舵トルクTが設定値Ts1を超えると最初は操舵補助電流指令値Irefが操舵トルクTの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクTが増加すると、その増加に対して操舵補助電流指令値Irefが急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速の増加に従って傾きが小さくなるように設定されている。
The steering assist current command
As shown in FIG. 3, this steering assist current command value calculation map is a parabolic curve with the steering torque T on the horizontal axis, the steering assist current command value Iref on the vertical axis, and the vehicle speed Vx as a parameter. The steering assist current command value Iref is maintained at “0” while the steering torque T is between “0” and a set value Ts1 in the vicinity thereof, and the steering torque T is set at the set value Ts1. When it exceeds, the steering assist current command value Iref increases relatively slowly with the increase of the steering torque T, but when the steering torque T further increases, the steering assist current command value Iref increases steeply with the increase. The characteristic curve is set so that the inclination becomes smaller as the vehicle speed increases.
指令値補償部22は、回転角センサ17で検出されるモータ回転角θを微分してモータ角速度ωmを算出する角速度演算部31と、この角速度演算部31で算出されたモータ角速度ωmを微分してモータ角加速度αmを算出する角加速度演算部32と、角速度演算部31で算出されたモータ角速度ωmに基づいてヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償部33と、角加速度演算部32で算出されたモータ角加速度αmに基づいて電動モータ12の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止する慣性補償部34と、転舵輪側に発生するセルフアライニングトルク(SAT)を演算するSAT検出部35と、このSAT検出部35で演算したセルフアライニングトルクに基づいてセルフアライニングトルク補償を行うセルフアライニングトルク補償値SATcを算出するSAT補償部36とを備えている。
The
ここで、収斂性補償部33は、車速センサ16で検出した車速Vx及び角速度演算部31で算出されたモータ角速度ωmが入力され、車両のヨーの収斂性を改善するためにステアリングホイール1が振れ回る動作に対して、ブレーキをかけるように、モータ角速度ωmに車速Vxに応じて変更される収斂性制御ゲインKvを乗じて収斂性補償値Icを算出する。
Here, the
また、SAT検出部35は、操舵トルクT、角速度ωm、角加速度αm及び操舵補助電流指令値演算部21で算出した操舵補助電流指令値Irefが入力され、これらに基づいてセルフアライニングトルクSATを演算する。
このセルフアライニングトルクSATを算出する原理は、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図4に示して説明する。すなわち、運転者がステアリングホイール1を操舵することによって操舵トルクTが発生し、その操舵トルクTに従って電動モータ12がアシストトルクTmを発生する。その結果、車輪Wが転舵され、反力としてセルフアライニングトルクSATが発生する。また、その際、電動モータ12の慣性J及び摩擦(静摩擦)Frによってステアリングホイール1の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を考えると、下記(1)式のような運動方程式が得られる。
J・αm+ Fr・Sign(ωm) + SAT = Tm + T …(1)
Further, the
The principle of calculating the self-aligning torque SAT will be described with reference to FIG. 4 showing the state of torque generated between the road surface and the steering. That is, when the driver steers the
J ・ αm + Fr ・ Sign (ωm) + SAT = Tm + T (1)
ここで、上記(1)式を初期値ゼロとしてラプラス変換し、セルフアライニングトルクSATについて解くと下記(2)式が得られる。
SAT(s) = Tm(s) + T(s) − J・αm(s) − Fr・Sign(ωm(s)) …(2)
上記(2)式から分かるように、電動モータ12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TよりセルフアライニングトルクSATを演算することができ、このセルフアライニングトルク検出値をSATdとする。ここで、アシストトルクTmは操舵補助電流指令値Irefに比例するので、アシストトルクTmに代えて操舵補助電流指令値Irefを適用する。
Here, when the above equation (1) is Laplace transformed with the initial value zero and the self-aligning torque SAT is solved, the following equation (2) is obtained.
SAT (s) = Tm (s) + T (s) − J · αm (s) − Fr · Sign (ωm (s)) (2)
As can be seen from the above equation (2), the inertia J and static friction Fr of the
また、SAT補償部36は、図5に示すように、SAT検出部35から入力されるセルフアライニングトルク検出値SATdに対し帯域通過フィルタ処理を行なう帯域通過フィルタと位相調整部とを有してシミー、ブレーキジャッタ、路面振動等のステアリング振動を抑制するセルフアライニングトルク補償値を演算する制振制御部36aと、この制振制御部から出力されるセルフアライニングトルク補償値に対するゲインKsを調整するゲイン調整部36bと、操舵トルクセンサ14で検出した操舵トルクTと角速度演算部31で演算したモータ角速度ωmとに基づいて急操舵状態を検出する急操舵状態検出手段としての急操舵検出部36cと、この急操舵検出部36cで急操舵状態を検出していないときにゲイン調整部36bに対して比較的大きなゲインKs1を設定し、急操舵状態を検出しているときにゲインKs1より小さいゲインKs2を設定するゲイン設定部36dとを備えている。
Further, as shown in FIG. 5, the
そして、ゲイン調整部36bから出力されるセルフアライニングトルク補償値と後述する横滑り指標認識補正部26から横滑り指標認識用補正値SAとが加算器37で加算され、この加算器37の加算出力と収斂性補償部33で算出された収斂性補償値Icとが加算器38で加算され、この加算器38の出力と慣性補償部34で算出された慣性補償値とが加算器39で加算され指令補償値Icomが算出され、この指令補償値Icomが操舵補助電流指令値演算部21から出力される操舵補助電流指令値Irefに加算器40で加算されて補償後操舵補助電流指令値Iref′が算出され、この補償後操舵補助電流指令値Iref′がd−q軸電流指令値演算部27に出力される。
Then, a self-aligning torque compensation value output from the
また、グリップロス度検出部23は、前述した指令値補償部22のSAT検出部35から入力されるセルフアライニングトルク検出値SATdとセルフアライニングトルクを推定するSAT推定部41から入力されるセルフアライニングトルク推定値SATpとに基づいてタイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度を算出する。
ここで、SAT推定部41でセルフアライニングトルク推定値SATpを推定する原理は、以下の通りである。
The grip loss
Here, the principle by which the
タイヤが横滑りしながら転動する車両運動の様子をモデル化したものを、図6及び図7に示す。
図6では、タイヤが接地面全体において発生する横力はトレッド部の横方向への変形面積(斜線部)となり、セルフアライニングトルクSATがスリップ角を減少させる方向に働く様子を示している。また、図7は、横力の着力点(接地面の中心点)がタイヤの中心線より後方にあることを示している。そして、ニューマチックトレールとキャスタトレールとの加算値がトレールとなる。
FIG. 6 and FIG. 7 show a model of a vehicle motion in which the tire rolls while skidding.
In FIG. 6, the lateral force generated on the entire ground contact surface of the tire becomes a deformation area (shaded portion) in the lateral direction of the tread portion, and the self-aligning torque SAT acts in the direction of decreasing the slip angle. FIG. 7 also shows that the point of application of lateral force (the center point of the contact surface) is behind the tire centerline. The added value of the pneumatic trail and the caster trail is the trail.
図6及び図7より、セルフアライニングトルクSATは横力Fyとトレールとの積(横力Fy×トレール)であることがわかる。すなわち、トレールをεnとすると、セルフアライニングトルクSATは次式(3)で算出することができる。なお、この(3)式で算出されるセルフアライニングトルクを、セルフアライニングトルクの推定値SATpとする。
SATp=εn・Fy ……(3)
6 and 7, it can be seen that the self-aligning torque SAT is a product of the lateral force Fy and the trail (lateral force Fy × trailer). That is, when the trail is εn, the self-aligning torque SAT can be calculated by the following equation (3). The self-aligning torque calculated by the equation (3) is assumed to be an estimated value SATp of the self-aligning torque.
SATp = εn · Fy (3)
なお、重心から後輪までの距離をL2(固定値)、車両重量をm、横加速度をGy、車両慣性モーメントをMo、ヨーレートγの微分値をdγ/dt、ホイールベースをLとしたとき、横力Fyは次式(4)により算出することができる。
Fy=(L2・m・Gy+Mo・dγ/dt)/L ……(4)
When the distance from the center of gravity to the rear wheel is L2 (fixed value), the vehicle weight is m, the lateral acceleration is Gy, the vehicle inertia moment is Mo, the differential value of the yaw rate γ is dγ / dt, and the wheelbase is L, The lateral force Fy can be calculated by the following equation (4).
Fy = (L2 · m · Gy + Mo · dγ / dt) / L (4)
一方、図8は横力FyとセルフアライニングトルクSATの特性をスリップ角に対して示す特性図であり、横力FyとSATとはスリップ角に対して非線形な特性となっている。そして、SATは横力Fy×トレールεnであり、キャスタトレールは固定値であることから、セルフアライニングトルクSATの横力Fyに対する非線形特性はニューマチックトレールの変化を直接表すことになる。また、セルフアライニングトルクSATの横力に対する特性は、図7における滑り域が増大し、ニューマチックトレールが減少することによって生じる。 On the other hand, FIG. 8 is a characteristic diagram showing the characteristics of the lateral force Fy and the self-aligning torque SAT with respect to the slip angle, and the lateral force Fy and SAT are non-linear characteristics with respect to the slip angle. Since the SAT is the lateral force Fy × the trail εn and the caster trail is a fixed value, the non-linear characteristic of the self-aligning torque SAT with respect to the lateral force Fy directly represents a change in the pneumatic trail. Further, the characteristic of the self-aligning torque SAT with respect to the lateral force is caused by an increase in the slip area in FIG. 7 and a decrease in the pneumatic trail.
さらに、セルフアライニングトルクSATは横力Fyとトレールεnとの積であり、線形領域では滑り域は増加せず、ニューマチックトレールは一定値であることから、線形領域でのニューマチックトレールとキャスタトレールとの和、つまりトレールεnで横力FyをセルフアライニングトルクSATの次元に合わせてセルフアライニングトルク推定値SATpとして図示すると図9のようになる。 Further, since the self-aligning torque SAT is a product of the lateral force Fy and the trail εn, the slip area does not increase in the linear region, and the pneumatic trail has a constant value. Therefore, the pneumatic trail and caster in the linear region are constant. FIG. 9 shows the estimated sum SATp as the self-aligning torque SATp in accordance with the dimension of the self-aligning torque SAT with the sum of the trails, that is, with the trail εn.
ここで、ニューマチックトレールが一定であれば、セルフアライニングトルク検出値SATdとセルフアライニングトルク推定値SATpとは同じ軌跡を辿るが、滑り域が増大してニューマチックトレールが減少するとセルフアライニングトルク検出値SATdとセルフアライニングトルク推定値SATpとに差が生じる。この差はグリップが失われた度合を表し、これを本発明では「グリップロス度」とする。上記(2)式で算出されたセルフアライニングトルク検出値SATdと、上記(3)式で算出されたセルフアライニングトルク推定値SATpとを次式(5)により比較する。
g=SATp−SATd ……(5)
Here, if the pneumatic trail is constant, the self-aligning torque detection value SATd and the self-aligning torque estimated value SATp follow the same trajectory, but if the sliding area increases and the pneumatic trail decreases, self-aligning There is a difference between the detected torque value SATd and the estimated self-aligning torque value SATp. This difference represents the degree to which the grip is lost, and this is referred to as “grip loss degree” in the present invention. The self-aligning torque detection value SATd calculated by the above equation (2) and the self-aligning torque estimated value SATp calculated by the above equation (3) are compared by the following equation (5).
g = SATp−SATd (5)
この(5)式で算出されるgがグリップロス度であり、このグリップロス度gにより車両におけるタイヤのグリップ力が失われた度合を推定することができる。
図9は、セルフアライニングトルク検出値SATdとセルフアライニングトルク推定値SATp(横力Fy×トレールεn)とを比較して示す特性図であり、スリップ角が大きくなるにしたがって、セルフアライニングトルクSATが失われる様子を示しており、上記(5)式から算出されるセルフアライニングトルク検出値SATdとセルフアライニングトルク推定値SATpとの差をグリップロス度g(図中網かけ部)として示している。
The g calculated by the equation (5) is the grip loss degree, and the degree of loss of the grip force of the tire in the vehicle can be estimated from the grip loss degree g.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a comparison between the detected self-aligning torque value SATd and the estimated self-aligning torque value SATp (lateral force Fy × trailer εn). The self-aligning torque increases as the slip angle increases. It shows how the SAT is lost, and the difference between the self-aligning torque detection value SATd and the self-aligning torque estimated value SATp calculated from the above equation (5) is used as the grip loss degree g (shaded portion in the figure). Show.
このため、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ42と車両の横加速度を検出する横加速度センサ43とを設け、これらヨーレートセンサ42で検出したヨーレートγと横加速度センサ43で検出した横加速度Gyとを横力検出部44へ入力し、この横力検出部44で前記(4)式の演算を行って横力Fyを算出し、算出した横力FyをSAT推定部41に入力して、このSAT推定部41で前記(3)式の演算を行うことにより、セルフアライニングトルク推定値SATpを算出する。
For this reason, a yaw rate sensor 42 that detects the yaw rate of the vehicle and a lateral acceleration sensor 43 that detects the lateral acceleration of the vehicle are provided, and the yaw rate γ detected by the yaw rate sensor 42 and the lateral acceleration Gy detected by the lateral acceleration sensor 43 are obtained. This is input to the lateral
そして、SAT検出部35で演算したセルフアライニングトルク検出値SATdとSAT推定部41で推定したセルフアライニングトルク推定値SATpとをグリップロス度検出部23に入力し、このグリップロス度検出部23で前記(5)式の演算を行うことにより、タイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度gを算出し、算出したグリップロス度gをグリップロス度変化率演算部24に入力するとともに、横滑り指標演算部25に出力する。
Then, the self-aligning torque detection value SATd calculated by the
横滑り指標演算部25は、グリップロス度検出部23で検出したグリップロス度gに車速に応じて変化するゲインKg1を乗算するゲイン調整器25aと、グリップロス度変換率演算部24で演算したグリップロス度変化率Δgに車速応じて変換するゲインKg2を乗算するゲイン調整器25bと、ゲイン調整器25aの出力とゲイン調整器25bの出力とを加算して横滑り指標Siを算出する加算器25cとで構成されている。
The skid
また、電流指令補正部26は、入力される横滑り指標Siに基づいて補正値算出マップを参照して操舵補助電流指令値Irefに対して補正する電流指令補正値Aiを算出する。ここで、補正値算出マップは、図10に示すように、横軸に横滑り指標Siをとり、縦軸に電流指令補正値Aiをとった2次元マップ構成とされ、横滑り指標Siが“0”であるときには電流指令補正値Aiも“0”となり、横滑り指標Siが“0”正方向に増加すると所定値Si1迄の間に横滑り指標Siの増加に応じて電流指令補正値Aiが正方向に急増し、次いで横滑り指標Siが所定値Si1を超えて増加すると、所定値Si2までの間で横滑り指標Siの増加に応じて電流指令補正値Aiが急減して“0”に復帰し、さらに横滑り指標Siが増加すると、所定値Si3までの間で横滑り指標Siの増加に応じて電流指令補正値Aiが負方向に急減し、横滑り指標Siが所定値Si3を超えると電流指令補正値Aiが負の一定値となるように特性線が設定されている。
The current
そして、電流指令補正値Aiが指令値補償部22のセルフアライニングトルク補償部36から出力されるセルフアライニングトルク補償値が入力された加算器37に供給する。
また、d−q軸電流指令値演算部27は、補償後操舵補助電流指令値Iref′とモータ角速度ωmとに基づいてd軸電流指令値Idrefを算出するd軸電流指令値算出部61と、電気角変換部30から入力される電気角θe及びモータ角速度ωmに基づいてd−q軸誘起電圧モデルEMF(Electromotive Force)のd軸EMF成分ed(θ)及びq軸EMF成分eq(θ)を算出する誘起電圧モデル算出部62と、この誘起電圧モデル算出部62から出力されるd軸EMF成分ed(θ)及びq軸EMF成分eq(θ)とd軸電流指令値算出部61から出力されるd軸電流指令値Idrefと補償後操舵補助電流指令値Iref′とモータ角速度ωmとに基づいてq軸電流指令値Iqrefを算出するq軸電流指令値算出部63とを備えている。そして、d軸電流指令値算出部61で算出されたd軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値算出部63で算出されたq軸電流指令値Iqrefが2相/3相変換部26に供給される。
Then, the current command correction value Ai is supplied to the
The dq-axis current command
この2相/3相変換部26では、入力されるd軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefを電気角変換部30から入力される電気角θeに基づいて2相/3相変換して3相モータ電流指令値Iaref、Ibref及びIcrefを算出し、算出したモータ電流指令値Iaref、Ibref及びIcrefをモータ電流制御部29に出力する。
The two-phase / three-
モータ電流制御部29は、電動モータ12の3相コイルに供給されるモータ電流Ia、Ib及びIcを検出するモータ電流検出部70と、2相/3相変換部26から入力されるモータ電流指令値Iaref,Ibref及びIcrefからモータ電流検出部70で検出したモータ電流Ia、Ib及びIcを個別に減算して各相電流偏差ΔIa、ΔIb及びΔIcを求める減算器71a、71b及び71cと、求めた各相電流偏差ΔIa、ΔIb及びΔIcに対して比例積分制御を行って電圧指令値Va、Vb及びVcを算出する電流制御部72と、この電流制御部72から出力される電圧指令値Va、Vb及びVcに基づいてデューティ演算を行って電動モータ12の各相のデューティ比を算出してパルス幅変調(PWM)信号でなるインバータ制御信号を形成するパルス幅変調部73と、このパルス幅変調部73から出力されるインバータ制御信号に基づいて3相モータ電流Ia、Ib及びIcを形成して電動モータ12に出力するインバータ74とを備えている。
The motor
次に、コントローラ15での動作を図11のフローチャートを参照して説明する。
まず、トルクセンサ14からの操舵トルクT、車速センサ16からの車速Vx、回転角センサ17からのモータ回転角θm、ヨーレートセンサ42からのヨーレートγ、横加速度センサ43からの横加速度Gyを読込む(ステップS1)。次いで、入力した操舵トルクT及び車速Vxに基づき図3に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵トルクT及び車速Vxに応じた操舵補助電流指令値Irefを算出し(ステップS2)、回転角センサ17からのモータ回転角θmに基づいて電動モータ12の角速度ωmを演算すると共に、角加速度αmを演算する(ステップS3)。
Next, the operation of the
First, the steering torque T from the
次いで、操舵トルクT、操舵補助電流指令値Iref、モータ角速度ωm及びモータ角加速度αmをもとに前記(2)式の演算を行ってセルフアライニングトルク検出値SATdを演算する(ステップS4)。また、操舵トルクTの絶対値|T|が所定値Ts以上で且つモータ角速度ωmの絶対値|ωm|が所定値ωms以上である急操舵状態であるか否かを判定し(ステップS5)、急操舵状態ではないときにはSAT補償ゲインKs1を選択し(ステップS6)、急操舵状態であるときにはSAT補償ゲインKs2を選択する(ステップS7)。そして、セルフアライニングトルク検出値SATdを帯域通過フィルタ処理するとともに位相調整処理を行い、さらに選択された補償ゲインを乗算してセルフアライニングトルク補償値SATcを算出する(ステップS8)。さらに、ヨーレートγ、横加速度Gyをもとに前記(4)式の演算を行って横力Fyを算出し、算出した横力Fyとトレールεnとに基づいて前記(3)式の演算を行うことにより、セルフアライニングトルク推定値SATpを算出する(ステップS9)。 Next, based on the steering torque T, the steering assist current command value Iref, the motor angular velocity ωm, and the motor angular acceleration αm, the calculation of the equation (2) is performed to calculate the self-aligning torque detection value SATd (step S4). Further, it is determined whether or not the vehicle is in a sudden steering state in which the absolute value | T | of the steering torque T is equal to or greater than the predetermined value Ts and the absolute value | ωm | of the motor angular velocity ωm is equal to or greater than the predetermined value ωms (step S5). When not in the sudden steering state, the SAT compensation gain Ks1 is selected (step S6), and when in the sudden steering state, the SAT compensation gain Ks2 is selected (step S7). Then, the self-aligning torque detection value SATd is subjected to a band-pass filter process and a phase adjustment process, and further multiplied by the selected compensation gain to calculate a self-aligning torque compensation value SATc (step S8). Furthermore, the lateral force Fy is calculated based on the yaw rate γ and the lateral acceleration Gy, and the lateral force Fy is calculated. Based on the calculated lateral force Fy and the trail εn, the above equation (3) is calculated. Thus, the self-aligning torque estimated value SATp is calculated (step S9).
続いて、セルフアライニングトルク検出値SATd及びセルフアライニングトルク推定値SATpの偏差からグリップロス度gを演算出し(ステップS10)、次いで、グリップロス度gを微分してグリップロス度変化率Δgを演算し(ステップS11)、次いで、車速Vxに基づいてゲインKg1及びKg2を演算する(ステップS12)。
続いて、下記(6)式に基づいて横滑り指標Siを算出する(ステップS13)。
Si=Kg1・g+Kg2・Δg …………(6)
Subsequently, the grip loss degree g is calculated from the deviation between the self-aligning torque detection value SATd and the self-aligning torque estimated value SATp (step S10), and then the grip loss degree g is differentiated to obtain the grip loss degree change rate Δg. Then, the gains Kg1 and Kg2 are calculated based on the vehicle speed Vx (step S12).
Subsequently, a skid index Si is calculated based on the following equation (6) (step S13).
Si = Kg1 · g + Kg2 · Δg (6)
次いで、算出した横滑り指標Siをもとに図10の補正値演算マップを参照して電流指令補正値Aiを算出し(ステップS14)、次いで、モータ角速度ωmに基づいてヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償値Icを算出すると共に、モータ角加速度αmに基づいて電動モータ12の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止する慣性補償値Iiを算出し(ステップS15)、収斂性補償値Ic及び慣性補償値Iiを加算すると共に、電流指令補正値Ai及びセルフアライニングトルク補償値SATcを加算して補償値Icomを算出し(ステップS16)、算出した補償値Icomを操舵補助電流指令値Irefに加算して補償後操舵補助電流指令値Iref′を算出する(ステップS17)。
Next, the current command correction value Ai is calculated with reference to the correction value calculation map of FIG. 10 based on the calculated skid index Si (step S14), and then the convergence of the yaw rate is compensated based on the motor angular velocity ωm. In addition to calculating the convergence compensation value Ic, the inertia compensation value Ii that compensates for the torque equivalent generated by the inertia of the
次いで、算出した補償後操舵補助電流指令値Iref′に基づいてd軸電流指令値Idrefを算出すると共に、q軸電流指令値Iqrefを算出し(ステップS18)、次いでd軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefを電気角θeに基づいて2相/3相変換して3相モータ電流指令値Iaref、Ibref及びIcrefを算出する(ステップS19)。 Next, the d-axis current command value Idref is calculated based on the calculated post-compensation steering assist current command value Iref ′, the q-axis current command value Iqref is calculated (step S18), and then the d-axis current command value Idref and q The shaft current command value Iqref is subjected to two-phase / three-phase conversion based on the electrical angle θe to calculate three-phase motor current command values Iaref, Ibref, and Icref (step S19).
次いで、3相モータ電流指令値Iaref、Ibref及びIcrefからモータ電流検出部70で検出したモータ電流Ia、Ib及びIcを減算して電流偏差ΔIa、ΔIb及びΔIcを算出し(ステップS20)、算出した電流偏差ΔIa、ΔIb及びΔIcに対してPI制御処理を行って電圧指令値Va、Vb及びVcを算出し(ステップS21)、算出した電圧指令値Va、Vb及びVcをパルス幅変調してパルス幅変調信号を形成し、形成したパルス幅変調信号をインバータ74に出力する(ステップS22)。
Next, the current deviations ΔIa, ΔIb, and ΔIc are calculated by subtracting the motor currents Ia, Ib, and Ic detected by the motor
これにより、インバータ74から3相のモータ駆動電流Ia、Ib及びIcが電動モータ12に出力され、電動モータ12が駆動制御されることにより、操舵トルクT及び車速Vxに応じた最適な操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速機11を介してステアリングシャフト2に伝達されて軽い操舵を行うことができる。
したがって、ステアリングホイール1を中立位置に保持して車両が直進走行状態であるときには、操舵トルクセンサ14で検出される操舵トルクTが略“0”であり、操舵補助電流指令値演算部21で演算される操舵補助電流指令値Irefも略“0”となる。
As a result, three-phase motor drive currents Ia, Ib, and Ic are output from the inverter 74 to the
Therefore, when the
また、SAT検出部35で演算されるセルフアライニングトルク検出値SATd及びSAT推定部41で推定されるセルフアライニングトルク推定値SATpが略“0”となり、これに応じてグリップロス度検出部23で検出されるグリップロス度gが略“0”を維持し、グリップロス度変化率演算部24で演算されるグリップロス度変化率Δgも略“0”を維持する。このため、横滑り指標演算部25で算出される横滑り指標Siも略“0”となり、電流指令補正部26で算出される電流指令補正値Aiも略“0”となる。
In addition, the self-aligning torque detection value SATd calculated by the
一方、直進走行状態ではセルフアライニングトルク検出値SATdが略“0”であるので、SAT補償部36で演算されるセルフアライニングトルク補償値SATcも略“0”となる。
このため、加算器40で算出される補償後操舵補助電流指令値Iref′も略“0”となって、d−q指令値演算部27から出力されるd軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefも略“0”となり、2相/3相変換部28で変換された3相電流指令値Iaref、Ibref及びIcrefも略“0”となる。また、電動モータ12も回転停止していることからモータ電流検出部70で検出されるモータ電流Ia、Ib及びIcも略“0”となることから、減算器71a,71b及び71cで演算される電流偏差ΔIa、ΔIb及びΔIcも略“0”となり、PI電流制御部72から出力される電圧指令値Va、Vb及びVcも略“0”となることからパルス幅変調部73からパルス幅変調信号がインバータ74に出力されず、インバータ74から出力されるモータ電流Ia、Ib及びIcが略“0”となって電動モータ12が停止状態を維持する。
On the other hand, since the self-aligning torque detection value SATd is substantially “0” in the straight traveling state, the self-aligning torque compensation value SATc calculated by the
Therefore, the post-compensation steering assist current command value Iref ′ calculated by the
この直進走行状態から、比較的旋回半径が大きいカーブを走行する状態となると、ステアリングホイール1を比較的緩やかに操舵することにより、操舵トルクセンサ14で比較的小さい操舵トルクTが検出されることになり、操舵補助電流指令値演算部21で比較的小さい値の操舵補助電流指令値Irefが演算される。
これと同時にSAT検出部35でも比較的小さい値のセルフアライニングトルク検出値SATdが算出されるとともに、SAT推定部41でも横力Fyに基づいて比較的小さい値のセルフアライニングトルク推定値SATpが算出される。
When the vehicle travels on a curve having a relatively large turning radius from this straight traveling state, the
At the same time, the
この場合でも、セルフアライニングトルク検出値SATdとセルフアライニングトルク推定値SATpとが略等しいことになり、グリップロス度検出部23で検出されるグリップロス度gは略“0”を維持し、グリップロス度変化率演算部24で演算されるグリップロス度変化率Δgも略“0”を維持することになり、横滑り指標演算部25で算出される横滑り指標Siも略“0”を継続し、電流指令補正部26で算出される電流指令補正値Aiも略“0”を継続する。
Even in this case, the self-aligning torque detection value SATd and the self-aligning torque estimated value SATp are substantially equal, and the grip loss degree g detected by the grip loss
一方、SAT補償部36では、セルフアライニングトルク検出値SATdが比較的小さい値であるとともに、操舵トルクTが所定値Ts未満で、且つモータ角速度ωmが所定値ωms未満であるので、急操舵状態とは判断されないことにより、比較的大きなゲインKs1が選択されてこれがゲイン調整部36cに供給される。このため、ゲイン調整部36cからブレーキジャッタ、路面振動を抑制するセルフアライニングトルク補償値SATcが出力され、これが指令値補償部22の各補償値Ii及びIcに加算される。
On the other hand, in the
そして、電流補償部22で算出される補償値Icomが操舵補助電流指令値演算部21で算出された操舵補助電流指令値Irefに加算されて操舵状態に最適な指令値補償が行われ、運転者のステアリングホイール1の操舵操作を的確に補助することができる。
Then, the compensation value Icom calculated by the
ところが、旋回半径の小さいコーナーを走行したり、中位の旋回半径ではあるが高速で旋回したりすることにより、車両に横滑りが発生する状態となると、操舵補助電流指令値演算部21から出力される操舵補助電流指令値Irefが増加し、さらに、前述した図9に示すように、SAT推定部41で車両の横力Fyに基づいて推定されるセルフアライニングトルク推定値SATpに比較してSAT検出部35で演算されるセルフアライニングトルク検出値SATdが減少し始めることになり、グリップロス度検出部23で検出されるグリップロス度gが正方向に増加し始めるとともに、グリップロス度変化率演算部24で演算されるグリップロス度変化率Δgも正方向に増加する。
However, when the vehicle is in a state where a side slip occurs due to traveling at a corner having a small turning radius or turning at a high speed although it has a middle turning radius, the steering assist current command
このため、横滑り指標演算部25で、前記(6)式の演算が行われて、横滑り指標Siが“0”より正方向に増加することになり、電流指令補正部26で図10に示すように、電流指令補正値Aiが横滑り指標Siに基づいて急増することになる。
そして、電流指令補正値Aiが操舵補助電流指令値Irefに加算されることにより、補償後操舵補助電流指令値Iref′が急増することになるため、d−q軸電流指令値演算部27で算出されるd軸電流指令値Idref及びq軸電流指令値Iqrefが増加して、2相/3相変換部28で変換された3相電流指令値Iaref〜Icrefが増加する。これに応じて、電流偏差ΔIa〜ΔIcが増加することにより、PI電流制御部72から出力される電圧指令値Va〜Vcも増加し、インバータ74から出力されるモータ電流Ia〜Icが増加されて電動モータ12が通常の回転速度より速い回転速度で回転されて、大きな操舵補助力を発生する。この大きな操舵補助力が減速機11を介してステアリングシャフト2bに伝達されることにより、操舵が急に軽くなって、運転者に操舵力の抜け感を与える。
For this reason, the skid
Then, since the current command correction value Ai is added to the steering assist current command value Iref, the post-compensation steering assist current command value Iref ′ increases rapidly, and thus is calculated by the dq axis current command
その後、さらに横滑り指標Siが増加して所定値Si1を超えると、電流指令補正値Aiが急減して所定値Si2で“0”に復帰することにより、通常の操舵補助状態に復帰するが、その後にさらに横滑り指標Siが増加すると、電流指令補正値Aiが負方向に減少する。このため、操舵補助電流指令値演算部21で算出される操舵補助電流指令値Irefから電流指令補正値Aiが減算されることになり、補償後操舵補助電流指令値Iref′が減少して、電動モータ12で発生される操舵補助力が通常時の操舵補助力より減少されることにより操舵反力を増加させ、運転者にストッパ感を与えて操舵限界にあることを確実に認識させることができる。
Thereafter, when the skid index Si further increases and exceeds the predetermined value Si1, the current command correction value Ai rapidly decreases and returns to “0” at the predetermined value Si2, thereby returning to the normal steering assist state. When the skid index Si further increases, the current command correction value Ai decreases in the negative direction. Therefore, the current command correction value Ai is subtracted from the steering assist current command value Iref calculated by the steering assist current command
このように、横滑りが大きくなると、横滑り指標Siの増加に応じて、一旦操舵力の抜け感を与えた後に操舵力のストッパ感を与えるので、運転者に横滑りの限界状態を確実に認識させることができ、安全な運転支援を行うことができる。
一方、車両の走行状態で、運転者が先行車両の急制動により先行車両との衝突を避けたり、対向車の急接近による衝突を避けたりする場合に、運転者の意志で急操舵を行う場合には、急操舵検出部36bで急操舵状態が検出されると、ゲイン調整部36cのゲインが通常時のゲインKs1から小さい値の非常時ゲインKs2に変更される。このため、SAT補償部36で算出されるセルフアライニングトルク検出値SATdに基づくシミー、ブレーキジャッタ、路面振動を抑制するためのセルフアライニングトルク補償値SATcが減少補正されることになり、この分操舵補助電流指令値Irefに対する補償値が減少されるので、運転者の意志による急操舵を妨げることなく、高い操舵応答性を確保することができる。
As described above, when the side slip increases, the steering force is given a sense of slipping after giving a sense of slipping of the steering force once according to the increase of the side slip index Si, so that the driver can surely recognize the limit state of the side slip. Can provide safe driving support.
On the other hand, when the driver wants to steer suddenly at the driver's will when the driver avoids a collision with the preceding vehicle by sudden braking of the preceding vehicle or avoids a collision due to a sudden approach of an oncoming vehicle When the sudden steering state is detected by the sudden
この場合の、ゲイン変更による操舵補助トルク/操舵トルクの伝達関数は図12に示すようになり、通常時ゲインKs1である場合に比較して非常時ゲインKs2を選択した場合には応答特性を改善することができる。 In this case, the transfer function of the steering assist torque / steering torque by the gain change is as shown in FIG. 12, and the response characteristic is improved when the emergency gain Ks2 is selected as compared with the normal gain Ks1. can do.
ここで、操舵トルクセンサ14が操舵トルク検出手段に対応し、図11の処理が制御手段に対応し、このうちステップS2の処理が電流指令値演算部に対応し、ステップS4の処理がSAT検出部35(セルフアライニングトルク検出手段)に対応し、ステップS5の処理が急操舵検出部36c(急操舵検出手段)に対応し、ステップS6及びS7の処理がゲイン設定部36dに対応し、ステップS8の処理がSAT補償部36(セルフアライニングトルク補償手段)に対応し、ステップS9の処理がSAT推定部41に対応し、ステップS10の処理がグリップロス度検出部23(グリップロス度検出手段)に対応し、ステップS11の処理がグリップロス度変化率演算部24(グリップロス度変化分演算手段)に対応し、ステップS12及びS13の処理が横滑り指標演算部25(横滑り指標演算手段)に対応し、ステップS14の処理が電流指令補正値演算部26(指令値補正手段)に対応し、ステップS15〜S17の処理が指令値補償部22に対応し、ステップS18の処理がd−q軸電流指令値演算部25に対応し、ステップS19の処理が2相/3相変換部26に対応し、ステップS20の処理が減算器71a〜71cに対応し、ステップS21の処理がPI電流制御部72に対応し、ステップS22の処理がパルス幅変調部73に対応している。
Here, the
なお、上記実施形態においては、グリップロス度gとグリップロス度変化率Δgとの和で横滑り指標Siを演算する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図13に示すように、グリップロス度gにゲインKg1を乗算した値とグリップロス度変化率ΔgにゲインKg2を乗算した値とを乗算器80で乗算して、両者の積によって横滑り指標Siを演算するようにしてもよい。
In the above embodiment, the case where the skid index Si is calculated by the sum of the grip loss degree g and the grip loss degree change rate Δg has been described. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. Further, the value obtained by multiplying the grip loss degree g by the gain Kg1 and the value obtained by multiplying the grip loss degree change rate Δg by the gain Kg2 are multiplied by the
また、上記実施形態においては、グリップロス変化率Δgを演算する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、グリップロス変化率に代えてグリップロス変化量を適用するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、SAT補償部36で急操舵でないときに通常時ゲインKs1を選択し、急操舵状態で非常時ゲインKs2を選択する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、帯域通過フィルタのフィルタ特性を変更することにより、シミー、ブレーキジャッタ、路面振動などの制振制御を抑制するようにしてもよい。
In the above embodiment, the case of calculating the grip loss change rate Δg has been described. However, the present invention is not limited to this, and the grip loss change amount may be applied instead of the grip loss change rate. .
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the
なお、上記実施形態においては、電流指令補正部26で横滑り指標Siに基づいて電流指令補正値Aiを算出する図10の補正値算出マップの特性線が線形に設定されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、特性線を非線形に設定するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、車両の横加速度を横加速度センサ43で検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ステアリング機構SMの操舵角と車速Vxとに基づいて横加速度を推定するようにしてもよい。
In the above embodiment, the case has been described in which the characteristic line of the correction value calculation map of FIG. 10 in which the current
In the above embodiment, the case where the lateral acceleration of the vehicle is detected by the lateral acceleration sensor 43 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the lateral acceleration is based on the steering angle of the steering mechanism SM and the vehicle speed Vx. May be estimated.
さらに、上記実施形態においては、ヨーレートγ、横加速度Gy及び車両運動モデルに基づいて横力Fyを推定し、この横力Fyに基づいて実際に車両に作用するセルフアライニングトルクを推定する場合について説明したが、ハブ等に横力センサを設け、この横力センサで直接横力を検出し、これを用いてセルフアライニングトルク推定値SATpを算出してもよい。
また、横力Fyを用いずに、水平面における車両運動モデルと、車速Vx及び操舵角δとを用いてセルフアライニングトルクを推定してもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the lateral force Fy is estimated based on the yaw rate γ, the lateral acceleration Gy, and the vehicle motion model, and the self-aligning torque that actually acts on the vehicle is estimated based on the lateral force Fy. As described above, a lateral force sensor may be provided in a hub or the like, and the lateral force may be directly detected by the lateral force sensor, and the self-aligning torque estimated value SATp may be calculated using this.
Alternatively, the self-aligning torque may be estimated using the vehicle motion model in the horizontal plane, the vehicle speed Vx, and the steering angle δ without using the lateral force Fy.
つまり、ヨーレートγとスリップ角βと車速Vxと操舵角δとの関係は、次式(7)及び(8)で表すことができる。
mVx・(dβ/dt)
=−[mVx+[(Kf・Lf−Kr・Lr)/Vx]]・γ−(Kf+Kr)・β+Kf・δ/n
……(7)
I・(dγ/dt)
=−[(Kf・Lf2+Kr・Lr2)/Vx]・γ+(−Kf・Lf+Kr・Lr)・β
+Kf・Lf・δ/n
……(8)
That is, the relationship among the yaw rate γ, the slip angle β, the vehicle speed Vx, and the steering angle δ can be expressed by the following equations (7) and (8).
mVx · (dβ / dt)
= − [MVx + [(Kf · Lf−Kr · Lr) / Vx]] · γ− (Kf + Kr) · β + Kf · δ / n
...... (7)
I · (dγ / dt)
= − [(Kf · Lf 2 + Kr · Lr 2 ) / Vx] · γ + (− Kf · Lf + Kr · Lr) · β
+ Kf · Lf · δ / n
...... (8)
なお、(7)及び(8)式中の、mは車両重量、Iは車両重心を通るZ軸回りの慣性モーメント、Lはホイールベース(L=Lf+Lr)、Lf,Lrは、前,後車軸から重心までの水平距離、Kf,Krは、前,後タイヤのコーナリングパワー、nはオーバーオールステアリングギア比、δ/nは前輪実舵角、βは車体重心のスリップ角、Vxは車速、γはヨーレートである。 In the equations (7) and (8), m is the vehicle weight, I is the moment of inertia about the Z axis passing through the center of gravity of the vehicle, L is the wheel base (L = Lf + Lr), and Lf and Lr are the front and rear axles. The horizontal distance from the center of gravity to the center of gravity, Kf and Kr are the cornering power of the front and rear tires, n is the overall steering gear ratio, δ / n is the actual steering angle of the front wheels, β is the slip angle of the center of gravity of the vehicle body, Vx is the vehicle speed, and γ is Yaw rate.
セルフアライニングトルクはヨーレートγとスリップ角βの関数として表すことができることから、ヨーレートγとスリップ角βとを車速Vxと操舵角δとの関数として整理すれば、セルフアライニングトルク推定値SATpを求めることができる。車速Vxと操舵角δよりセルフアライニングトルク推定値SATpを求めると、図14に示すようになる。この特性は実験によって車両毎の特性値を測定してから、車両運動モデルを用いてシミュレーションによって作成してもよい。 Since the self-aligning torque can be expressed as a function of the yaw rate γ and the slip angle β, if the yaw rate γ and the slip angle β are arranged as a function of the vehicle speed Vx and the steering angle δ, the self-aligning torque estimated value SATp is obtained. Can be sought. When the self-aligning torque estimated value SATp is obtained from the vehicle speed Vx and the steering angle δ, it is as shown in FIG. This characteristic may be created by simulation using a vehicle motion model after measuring a characteristic value for each vehicle by experiment.
したがって、この場合には、図15に示すように、車速センサ(車速検出手段)21で検出した車速Vxと、図示しない操舵角センサ(操舵角検出手段)で検出した操舵角δとをSAT推定部41に入力し、このSAT推定部41で、図14の特性図にしたがってセルフアライニングトルク推定値SATpを算出すればよい。
Therefore, in this case, as shown in FIG. 15, the vehicle speed Vx detected by the vehicle speed sensor (vehicle speed detection means) 21 and the steering angle δ detected by a steering angle sensor (steering angle detection means) (not shown) are estimated by SAT. The
さらに、上記実施形態においては、モータ角速度ωm、モータ角加速度αm、操舵トルクT及び操舵補助電流指令値Irefに基づいてセルフアライニングトルクSATを演算する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、操舵補助電流指令値Irefに代えて、モータ電流検出部70で検出したモータ電流Ia〜Icを3相/2相変換してq軸電流Iqを算出し、このq軸電流Iqとモータ角加速度αmとに基づいて下記(9)式の演算を行って算出したモータアシストトルクTmaを適用するようにしてもよい。
Tma= Kt・Iq−Jm・αm ……(9)
ここで、Ktはモータのトルク定数、Jmはモータのロータ部の慣性モーメントである。
Furthermore, in the above embodiment, the case where the self-aligning torque SAT is calculated based on the motor angular velocity ωm, the motor angular acceleration αm, the steering torque T, and the steering auxiliary current command value Iref has been described, but the present invention is not limited to this. Instead, instead of the steering assist current command value Iref, the motor currents Ia to Ic detected by the motor
Tma = Kt · Iq−Jm · αm (9)
Here, Kt is the torque constant of the motor, and Jm is the moment of inertia of the rotor portion of the motor.
この他、電動モータ12の出力軸、減速機11の入出力軸等のトルク伝達軸に磁歪式トルクセンサなどのトルクセンサを配設し、このトルクセンサで検出したモータアシストトルクTmaを適用するようにしてもよい。
In addition, a torque sensor such as a magnetostrictive torque sensor is provided on the torque transmission shaft such as the output shaft of the
さらにまた、上記実施形態においては、ステアリングシャフト2に減速機11を介して電動モータ12を連結したコラム形式の電動パワーステアリング装置に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ステアリングギヤ機構8に減速機を介して電動モータを連結するピニオン形式の電動パワーステアリング装置やラック軸に減速機を介して電動モータを連結するラック形式の電動パワーステアリング装置にも本発明を適用することができる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a column-type electric power steering apparatus in which the
なおさらに、上記実施形態においては、本発明をブラシレスモータに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ブラシ付きモータに適用する場合には、図16に示すように、角速度演算部31でモータ電流検出部70から出力されるモータ電流検出値Im及び端子電圧検出部90から出力されるモータ端子電圧Vmに基づいて下記(10)式の演算を行ってモータ角速度ωmを算出すると共に、d−q軸電流指令値演算部25を省略して補償後操舵補助電流指令値Iref′を直接モータ電流制御部27に供給し、さらにモータ電流制御部27を夫々1つの減算部71、電流制御部72、パルス幅変調部73とインバータ74に代えたHブリッジ回路91で構成すればよい。
ωm=(Vm−Im・Rm)/K0 …………(10)
ここで、Rmはモータ巻線抵抗、K0はモータの起電力定数である。
Furthermore, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to a brushless motor has been described. However, the present invention is not limited to this, and when applied to a motor with a brush, as shown in FIG. Based on the motor current detection value Im output from the motor
ωm = (Vm−Im · Rm) / K 0 (10)
Here, Rm is the motor winding resistance, and K 0 is the electromotive force constant of the motor.
1 ステアリングホイール
2 ステアリングシャフト
12 電動モータ
14 操舵トルクセンサ
15 コントローラ
17 回転角センサ
19 車速センサ
21 操舵補助電流指令値演算部
22 指令値補償部
23 グリップロス検出部
24 グリップロス度変化率演算部
25 横滑り指標演算部
26 電流指令値補正部
27 d−q軸電流指令値演算部
28 モータ電流制御部
35 SAT検出部
36 SAT補償部
41 SAT推定部
42 ヨーレートセンサ
43 横加速度センサ
44 横力検出部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
タイヤのグリップが失われた度合を表すグリップロス度を検出するグリップロス度検出手段と、
該グリップロス度検出手段で検出したグリップロス度の変化分を演算するグリップロス度変化分演算手段と、
前記グリップロス度検出手段で検出したグリップロス度及び前記グリップロス度変化分演算手段で演算したグリップロス度変化分に基づいて横滑り指標を演算する横滑り指標演算手段と、
該横滑り指標演算手段で演算した横滑り指標の増加に応じて操舵力の抜け感を与えた後に操舵力のストッパ感を与えるように前記操舵補助指令値を補正する指令値補正手段と、
路面から前記ステアリング機構に入力されるセルフアライニングトルクを検出するセルフアライニングトルク検出手段と、
前記ステアリング機構の急操舵状態を検出する急操舵検出手段と、を有し、
前記指令値補正部は、前記セルフアライニングトルク検出手段で検出したセルフアライニングトルク検出値に基づいて前記操舵補助指令値に対してセルフアライニングトルク補償を行なうセルフアライニングトルク補償手段を有し、
該セルフアライニングトルク補償手段は、前記セルフアライニングトルク検出値に対して、帯域フィルタ処理する帯域通過フィルタ処理部と、ゲイン調整するゲイン調整部とを少なくとも有し、前記急操舵検出手段で急操舵状態を検出したときに、前記帯域通過フィルタ処理部及び前記ゲイン調整部の少なくとも一方を、セルフアライニングトルク補償値を低減する方向に調整する補償値補正手段を備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 Steering torque detecting means for detecting a steering torque input to a steering mechanism of the vehicle, steering assist command value calculating means for calculating a steering assist command value based on the steering torque, and the steering based on the steering assist command value A control device for an electric power steering apparatus comprising: a motor control means for driving an electric motor that applies a steering assist force to the mechanism;
A grip loss degree detecting means for detecting a grip loss degree indicating the degree of tire grip loss;
A grip loss degree change calculating means for calculating a change in the grip loss degree detected by the grip loss degree detecting means;
And sideslip index calculating means for calculating a lateral slip indicator based on the grip loss of variation calculated in the detected grip loss degree and the grip loss degree variation calculation means by the grip loss degree detecting means,
Command value correcting means for correcting the steering assist command value so as to give a feeling of stopper of the steering force after giving a feeling of loss of the steering force according to the increase of the side slip index calculated by the side slip index calculating means;
Self-aligning torque detecting means for detecting self-aligning torque input to the steering mechanism from the road surface;
Sudden steering detection means for detecting a sudden steering state of the steering mechanism,
The command value correction unit has self-aligning torque compensation means for performing self-aligning torque compensation for the steering assist command value based on the self-aligning torque detection value detected by the self-aligning torque detection means. ,
The self-aligning torque compensating means has at least a band-pass filter processing unit for performing band-filter processing and a gain adjusting unit for adjusting gain with respect to the self-aligning torque detection value. Compensation value correction means for adjusting at least one of the band-pass filter processing unit and the gain adjustment unit in a direction to reduce the self-aligning torque compensation value when a steering state is detected is provided. Electric power steering device.
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