JP7769862B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
この発明は、舵角制御用の電動モータを制御するモータ制御装置に関する。 This invention relates to a motor control device that controls an electric motor for steering angle control.
特許文献1には、次のような運転支援技術が開示されている。すなわち、操舵制御部は、前方注視距離における目標通過点のX座標xcと推定通過点のX座標xeとを算出する。そして、操舵制御部は、これらのX座標xc、xeの偏差(xc-xe)に第1の制御ゲインGlを乗算した演算項と、ヨー角θcaに第2の制御ゲインGyを乗算した演算項とを加算して、モータの制御量(トルク指令値)Tcを算出する。第1、第2の制御ゲインGl、Gyは、手放し時間が長いほど大きな値に設定され、手放し状態が検出されない場合には、覚醒度が低い、或いは、漫然度が高いほど小さな値に設定される。 Patent Document 1 discloses the following driving assistance technology. Specifically, the steering control unit calculates the X coordinate xc of a target passing point at the gaze-ahead distance and the X coordinate xe of an estimated passing point. The steering control unit then adds a calculation term obtained by multiplying the difference (xc-xe) between these X coordinates xc and xe by a first control gain Gl to a calculation term obtained by multiplying the yaw angle θca by a second control gain Gy to calculate the motor control variable (torque command value) Tc. The first and second control gains Gl and Gy are set to larger values the longer the hands-off time is, and if a hands-off state is not detected, the lower the level of alertness or the higher the level of absentmindedness is, the smaller the values are set.
レベル2相当での運転支援機能ではドライバがハンドルを把持していることが前提条件となっている。したがって、運転支援モードにおいて、手放し状態であるとの判定結果が所定時間以上継続すると警告が出力され、警告後も手放し状態がさらに継続すると、運転支援モードが解除される。 Level 2 equivalent driving assistance functions require the driver to keep their hands on the steering wheel. Therefore, in driving assistance mode, if the driver's hands are determined to be off the steering wheel for a predetermined period of time or longer, a warning is output, and if the hands remain off the steering wheel after the warning, the driving assistance mode is canceled.
このため、運転支援モードにおいては、把持状態であるか手放し状態であるかを正確に判定する必要がある。しかしながら、トルクセンサによって検出される操舵トルク(トーションバートルク)に基づいて把持状態であるか手放し状態であるかが判定される場合、直線走行などのドライバトルクの入力が少ない状況では、ドライバが把持しているにもかかわらず、手放し状態であると誤判定されるおそれがある。 For this reason, in driving assistance mode, it is necessary to accurately determine whether the vehicle is in a gripped state or a hands-off state. However, if the gripped state or hands-off state is determined based on the steering torque (torsion bar torque) detected by a torque sensor, in situations where there is little driver torque input, such as when driving in a straight line, there is a risk that the vehicle may be erroneously determined to be in a hands-off state even when the driver is gripping the vehicle.
この発明の一実施形態の目的は、運転支援モード時において、把持状態であるか手放し状態であるかを正確に判定できるようになる、モータ制御装置を提供することである。 The objective of one embodiment of this invention is to provide a motor control device that can accurately determine whether the device is in a gripped state or a hands-free state when in driving assistance mode.
本発明の一実施形態は、操舵トルクを検出するためのトルク検出部と、前記操舵トルクを用いて手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部と、運転支援モード時に与えられる自動操舵指令値に前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算する統合角度指令値演算部と、前記統合角度指令値に基づいて、舵角制御用の電動モータを角度制御する制御部と、ドライバがステアリングホイールを把持している把持状態であるか、ドライバが前記ステアリングホイールを把持していない手放し状態であるかを判定するハンズオンオフ判定部とを含み、前記手動操舵指令値生成部は、前記操舵トルクと、路面負荷トルクを生成するためのばね定数および粘性減衰係数とを用いて前記手動操舵指令値を生成するように構成されており、前記運転支援モード時において、前記ハンズオンオフ判定部による手放し状態であるとの判定結果が所定時間以上継続したときに、前記ばね定数および前記粘性減衰係数のうちの少なくとも一方の値を変更する、路面負荷特性変更部をさらに含む、モータ制御装置を提供する。 One embodiment of the present invention provides a motor control device that includes a torque detection unit for detecting steering torque, a manual steering command value generation unit that generates a manual steering command value using the steering torque, an integrated angle command value calculation unit that calculates an integrated angle command value by adding the manual steering command value to an automatic steering command value provided in driving assistance mode, a control unit that controls the angle of an electric motor for steering angle control based on the integrated angle command value, and a hands-on/off determination unit that determines whether the driver is in a gripped state where the driver is gripping the steering wheel or a hands-off state where the driver is not gripping the steering wheel, where the manual steering command value generation unit is configured to generate the manual steering command value using the steering torque and a spring constant and viscous damping coefficient for generating road load torque, and where the motor control device further includes a road load characteristic change unit that changes at least one of the spring constant and the viscous damping coefficient when the hands-on/off determination unit determines that the driver is in a hands-off state for a predetermined period of time or more in the driving assistance mode.
この構成では、運転支援モード時において、把持状態であるか手放し状態であるかを正確に判定できるようになる。 This configuration makes it possible to accurately determine whether the device is being held or let go when in driving assistance mode.
本発明の一実施形態は、操舵トルクを検出するためのトルク検出部と、実操舵角を検出するための操舵角検出部と、運転支援モード時に与えられる自動操舵指令値に基づいて自動操舵制御量を設定する自動操舵制御部と、前記操舵トルクを用いてアシスト制御量を設定するアシスト制御部と、前記自動操舵制御量と前記アシスト制御量とを加算することによって、統合制御量を演算する統合制御量演算部と、前記統合制御量に基づいて舵角制御用の電動モータを制御する制御部とを含むモータ制御装置であって、ドライバがステアリングホイールを把持している把持状態であるか、ドライバが前記ステアリングホイールを把持していない手放し状態であるかを判定するハンズオンオフ判定部と、前記操舵トルクと前記アシスト制御量とに基づく手動操舵分の操舵角である実手動操舵角を演算する実手動操舵角演算部と、前記実操舵角から前記実手動操舵角を減算することにより、前記自動操舵制御量に基づく自動操舵分の操舵角である実自動操舵角を演算する実自動操舵角演算部とを含み、前記自動操舵制御部は、前記自動操舵角指令値および前記実自動操舵角を用いて前記自動操舵制御量を設定し、前記実手動操舵角演算部は、前記操舵トルクと、前記アシスト制御量と、路面負荷トルクを生成するためのばね定数および粘性減衰係数とを用いて前記実手動操舵角を演算するように構成されており、前記運転支援モード時において、前記ハンズオンオフ判定部による手放し状態であるとの判定結果が所定時間以上継続したときに、前記ばね定数および前記粘性減衰係数のうちの少なくとも一方の値を変更する、路面負荷特性変更部をさらに含む、モータ制御装置を提供する。 One embodiment of the present invention is a motor control device that includes a torque detection unit for detecting steering torque, a steering angle detection unit for detecting actual steering angle, an automatic steering control unit that sets an automatic steering control amount based on an automatic steering command value given in a driving assistance mode, an assist control unit that sets an assist control amount using the steering torque, an integrated control amount calculation unit that calculates an integrated control amount by adding the automatic steering control amount and the assist control amount, and a control unit that controls an electric motor for steering angle control based on the integrated control amount, and a hands-on/off determination unit that determines whether the driver is in a gripped state where the driver is gripping the steering wheel or in a hands-off state where the driver is not gripping the steering wheel, and a hands-on/off determination unit that calculates an actual manual steering angle, which is the steering angle for manual steering based on the steering torque and the assist control amount. and an actual automatic steering angle calculation unit that calculates an actual automatic steering angle, which is the steering angle for automatic steering based on the automatic steering control amount, by subtracting the actual manual steering angle from the actual steering angle. The automatic steering control unit sets the automatic steering control amount using the automatic steering angle command value and the actual automatic steering angle, and the actual manual steering angle calculation unit calculates the actual manual steering angle using the steering torque, the assist control amount, and a spring constant and viscous damping coefficient for generating road load torque. The motor control device further includes a road load characteristic change unit that changes at least one of the spring constant and the viscous damping coefficient when the hands-on/off determination unit determines that the vehicle is in a hands-off state for a predetermined period of time or more in the driving assistance mode.
この構成では、運転支援モード時において、把持状態であるか手放し状態であるかを正確に判定できるようになる。 This configuration makes it possible to accurately determine whether the device is being held or let go when in driving assistance mode.
[本発明の実施形態の説明]
本発明の一実施形態は、操舵トルクを検出するためのトルク検出部と、前記操舵トルクを用いて手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部と、運転支援モード時に与えられる自動操舵指令値に前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算する統合角度指令値演算部と、前記統合角度指令値に基づいて、舵角制御用の電動モータを角度制御する制御部と、ドライバがステアリングホイールを把持している把持状態であるか、ドライバが前記ステアリングホイールを把持していない手放し状態であるかを判定するハンズオンオフ判定部とを含み、前記手動操舵指令値生成部は、前記操舵トルクと、路面負荷トルクを生成するためのばね定数および粘性減衰係数とを用いて前記手動操舵指令値を生成するように構成されており、前記運転支援モード時において、前記ハンズオンオフ判定部による手放し状態であるとの判定結果が所定時間以上継続したときに、前記ばね定数および前記粘性減衰係数のうちの少なくとも一方の値を変更する、路面負荷特性変更部をさらに含む、モータ制御装置を提供する。
[Description of the embodiment of the present invention]
One embodiment of the present invention provides a motor control device including: a torque detection unit for detecting steering torque; a manual steering command value generation unit for generating a manual steering command value using the steering torque; an integrated angle command value calculation unit for calculating an integrated angle command value by adding the manual steering command value to an automatic steering command value given in a driving assistance mode; a control unit for controlling the angle of an electric motor for steering angle control based on the integrated angle command value; and a hands-on/off determination unit for determining whether the driver is in a gripped state where the driver is gripping the steering wheel or in a hands-off state where the driver is not gripping the steering wheel, wherein the manual steering command value generation unit is configured to generate the manual steering command value using the steering torque and a spring constant and a viscous damping coefficient for generating a road load torque, and further including a road load characteristic change unit that changes the value of at least one of the spring constant and the viscous damping coefficient when the hands-on/off determination unit determines that the driver is in a hands-off state for a predetermined period of time or more in the driving assistance mode.
この構成では、運転支援モード時において、把持状態であるか手放し状態であるかを正確に判定できるようになる。 This configuration makes it possible to accurately determine whether the device is being held or let go when in driving assistance mode.
本発明の一実施形態は、操舵トルクを検出するためのトルク検出部と、実操舵角を検出するための操舵角検出部と、運転支援モード時に与えられる自動操舵指令値に基づいて自動操舵制御量を設定する自動操舵制御部と、前記操舵トルクを用いてアシスト制御量を設定するアシスト制御部と、前記自動操舵制御量と前記アシスト制御量とを加算することによって、統合制御量を演算する統合制御量演算部と、前記統合制御量に基づいて舵角制御用の電動モータを制御する制御部とを含むモータ制御装置であって、ドライバがステアリングホイールを把持している把持状態であるか、ドライバが前記ステアリングホイールを把持していない手放し状態であるかを判定するハンズオンオフ判定部と、前記操舵トルクと前記アシスト制御量とに基づく手動操舵分の操舵角である実手動操舵角を演算する実手動操舵角演算部と、前記実操舵角から前記実手動操舵角を減算することにより、前記自動操舵制御量に基づく自動操舵分の操舵角である実自動操舵角を演算する実自動操舵角演算部とを含み、前記自動操舵制御部は、前記自動操舵角指令値および前記実自動操舵角を用いて前記自動操舵制御量を設定し、前記実手動操舵角演算部は、前記操舵トルクと、前記アシスト制御量と、路面負荷トルクを生成するためのばね定数および粘性減衰係数とを用いて前記実手動操舵角を演算するように構成されており、前記運転支援モード時において、前記ハンズオンオフ判定部による手放し状態であるとの判定結果が所定時間以上継続したときに、前記ばね定数および前記粘性減衰係数のうちの少なくとも一方の値を変更する、路面負荷特性変更部をさらに含む、モータ制御装置を提供する。 One embodiment of the present invention is a motor control device that includes a torque detection unit for detecting steering torque, a steering angle detection unit for detecting actual steering angle, an automatic steering control unit that sets an automatic steering control amount based on an automatic steering command value given in a driving assistance mode, an assist control unit that sets an assist control amount using the steering torque, an integrated control amount calculation unit that calculates an integrated control amount by adding the automatic steering control amount and the assist control amount, and a control unit that controls an electric motor for steering angle control based on the integrated control amount, and a hands-on/off determination unit that determines whether the driver is in a gripped state where the driver is gripping the steering wheel or in a hands-off state where the driver is not gripping the steering wheel, and a hands-on/off determination unit that calculates an actual manual steering angle, which is the steering angle for manual steering based on the steering torque and the assist control amount. and an actual automatic steering angle calculation unit that calculates an actual automatic steering angle, which is the steering angle for automatic steering based on the automatic steering control amount, by subtracting the actual manual steering angle from the actual steering angle. The automatic steering control unit sets the automatic steering control amount using the automatic steering angle command value and the actual automatic steering angle, and the actual manual steering angle calculation unit calculates the actual manual steering angle using the steering torque, the assist control amount, and a spring constant and viscous damping coefficient for generating road load torque. The motor control device further includes a road load characteristic change unit that changes at least one of the spring constant and the viscous damping coefficient when the hands-on/off determination unit determines that the vehicle is in a hands-off state for a predetermined period of time or more in the driving assistance mode.
この構成では、運転支援モード時において、把持状態であるか手放し状態であるかを正確に判定できるようになる。 This configuration makes it possible to accurately determine whether the device is being held or let go when in driving assistance mode.
本発明の一実施形態では、前記ばね定数および前記粘性減衰係数のうち、前記路面負荷特性変更部によってその値が変更されるものを路面負荷変数とすると、前記路面負荷特性変更部は、前記運転支援モード時において、前記ハンズオンオフ判定部による手放し状態であるとの判定結果が所定時間継続したときには、その時点から手放し状態であるとの判定結果が継続している間は、前記路面負荷変数の値を徐々に増加させ、前記路面負荷変数が所定の上限値に達すると、前記路面負荷変数の値を前記上限値に保持する。 In one embodiment of the present invention, if the spring constant and the viscous damping coefficient whose value is changed by the road load characteristic change unit is defined as a road load variable, when, in the driving assistance mode, the hands-on/off determination unit determines that the vehicle is in a hands-off state for a predetermined period of time, the road load characteristic change unit gradually increases the value of the road load variable from that point on while the hands-off state determination continues, and when the road load variable reaches a predetermined upper limit, the unit maintains the value of the road load variable at the upper limit.
本発明の一実施形態では、前記路面負荷特性変更部は、前記運転支援モード時において、前記ハンズオンオフ判定部による手放し状態であるとの判定結果が所定時間以上継続した後に、前記ハンズオンオフ判定部による判定結果が把持状態に変化したときには、その時点から把持状態であるとの判定結果が継続している間は、前記路面負荷変数の値を徐々に減少させ、前記路面負荷変数が所定の下限値に達すると、前記路面負荷変数を前記下限値に保持する。 In one embodiment of the present invention, in the driving assistance mode, when the hands-on/off determination unit determines that the vehicle is in a hands-off state for a predetermined period of time or more and then changes its determination result to a gripped state, the road load characteristic change unit gradually decreases the value of the road load variable from that point onwards while the hands-on/hands-off determination result continues to be that the vehicle is in a gripped state, and when the road load variable reaches a predetermined lower limit, maintains the road load variable at the lower limit.
[本発明の実施形態の詳細な説明]
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
Detailed Description of the Embodiments of the Invention
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[1]電動パワーステアリングシステムの概略構成
図1は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す模式図である。
[1] General Configuration of Electric Power Steering System FIG. 1 is a schematic diagram showing the general configuration of an electric power steering system to which a motor control device according to an embodiment of the present invention is applied.
電動パワーステアリングシステム1は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール(ハンドル)2と、このステアリングホイール2の回転に連動して転舵輪3を転舵する転舵機構4と、ドライバの操舵を補助するための操舵補助機構5とを備えている。ステアリングホイール2と転舵機構4とは、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して機械的に連結されている。 The electric power steering system 1 includes a steering wheel (handle) 2 as a steering member for steering the vehicle, a steering mechanism 4 that steers steered wheels 3 in conjunction with the rotation of the steering wheel 2, and a steering assist mechanism 5 that assists the driver in steering. The steering wheel 2 and the steering mechanism 4 are mechanically connected via a steering shaft 6 and an intermediate shaft 7.
ステアリングシャフト6は、ステアリングホイール2に連結された入力軸8と、中間軸7に連結された出力軸9とを含む。入力軸8と出力軸9とは、トーションバー10を介して相対回転可能に連結されている。 The steering shaft 6 includes an input shaft 8 connected to the steering wheel 2 and an output shaft 9 connected to the intermediate shaft 7. The input shaft 8 and output shaft 9 are connected via a torsion bar 10 so as to be able to rotate relative to each other.
トーションバー10の近傍には、トルクセンサ12が配置されている。トルクセンサ12は、入力軸8および出力軸9の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール2に与えられた操舵トルク(トーションバートルク)Ttbを検出する。この実施形態では、トルクセンサ12によって検出される操舵トルクTtbは、例えば、左方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、右方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクTtbの大きさが大きくなるものとする。 A torque sensor 12 is disposed near the torsion bar 10. The torque sensor 12 detects the steering torque (torsion bar torque) Ttb applied to the steering wheel 2 based on the relative rotational displacement amount between the input shaft 8 and the output shaft 9. In this embodiment, the steering torque Ttb detected by the torque sensor 12 is detected as a positive value for torque for steering leftward, and a negative value for torque for steering rightward, and the magnitude of the steering torque Ttb increases as the absolute value increases.
転舵機構4は、ピニオン軸13と、転舵軸としてのラック軸14とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸14の各端部には、タイロッド15およびナックルアーム(図示略)を介して転舵輪3が連結されている。ピニオン軸13は、中間軸7に連結されている。ピニオン軸13は、ステアリングホイール2の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸13の先端には、ピニオン16が連結されている。 The steering mechanism 4 consists of a rack-and-pinion mechanism that includes a pinion shaft 13 and a rack shaft 14 as the steering shaft. The steered wheels 3 are connected to each end of the rack shaft 14 via tie rods 15 and knuckle arms (not shown). The pinion shaft 13 is connected to the intermediate shaft 7. The pinion shaft 13 rotates in conjunction with the steering of the steering wheel 2. A pinion 16 is connected to the tip of the pinion shaft 13.
ラック軸14は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸14の軸方向の中間部には、ピニオン16に噛み合うラック17が形成されている。このピニオン16およびラック17によって、ピニオン軸13の回転がラック軸14の軸方向移動に変換される。ラック軸14を軸方向に移動させることによって、転舵輪3を転舵することができる。 The rack shaft 14 extends linearly in the left-right direction of the vehicle. A rack 17 that meshes with the pinion 16 is formed in the axial middle of the rack shaft 14. The pinion 16 and rack 17 convert the rotation of the pinion shaft 13 into axial movement of the rack shaft 14. By moving the rack shaft 14 in the axial direction, the steered wheels 3 can be steered.
ステアリングホイール2が操舵(回転)されると、この回転が、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して、ピニオン軸13に伝達される。そして、ピニオン軸13の回転は、ピニオン16およびラック17によって、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。 When the steering wheel 2 is steered (rotated), this rotation is transmitted to the pinion shaft 13 via the steering shaft 6 and intermediate shaft 7. The rotation of the pinion shaft 13 is then converted into axial movement of the rack shaft 14 by the pinion 16 and rack 17. This causes the steered wheels 3 to turn.
操舵補助機構5は、操舵補助力(アシストトルク)を発生するための電動モータ18と、電動モータ18の出力トルクを増幅して転舵機構4に伝達するための減速機19とを含む。減速機19は、ウォームギヤ20と、このウォームギヤ20と噛み合うウォームホイール21とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機19は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング22内に収容されている。以下において、減速機19の減速比(ギヤ比)をNで表す場合がある。減速比Nは、ウォームホイール21の回転角θwwに対するウォームギヤ20の回転角θwgの比θwg/θwwとして定義される。 The steering assist mechanism 5 includes an electric motor 18 for generating a steering assist force (assist torque), and a reducer 19 for amplifying the output torque of the electric motor 18 and transmitting it to the steering mechanism 4. The reducer 19 is made up of a worm gear mechanism including a worm gear 20 and a worm wheel 21 that meshes with the worm gear 20. The reducer 19 is housed in a gear housing 22 that serves as a transmission mechanism housing. Hereinafter, the reduction ratio (gear ratio) of the reducer 19 may be represented by N. The reduction ratio N is defined as the ratio θ wg /θ ww of the rotation angle θ wg of the worm gear 20 to the rotation angle θ ww of the worm wheel 21.
ウォームギヤ20は、電動モータ18によって回転駆動される。また、ウォームホイール21は、出力軸9に一体回転可能に連結されている。 The worm gear 20 is driven to rotate by the electric motor 18. The worm wheel 21 is connected to the output shaft 9 so that it can rotate integrally with the output shaft 9.
電動モータ18によってウォームギヤ20が回転駆動されると、ウォームホイール21が回転駆動され、ステアリングシャフト6にモータトルクが付与されるとともにステアリングシャフト6(出力軸9)が回転する。そして、ステアリングシャフト6の回転は、中間軸7を介してピニオン軸13に伝達される。ピニオン軸13の回転は、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。すなわち、電動モータ18によってウォームギヤ20を回転駆動することによって、電動モータ18による操舵補助や転舵輪3の転舵が可能となる。電動モータ18には、電動モータ18のロータの回転角を検出するための回転角センサ23が設けられている。 When the worm gear 20 is driven to rotate by the electric motor 18, the worm wheel 21 is driven to rotate, applying motor torque to the steering shaft 6 and rotating the steering shaft 6 (output shaft 9). The rotation of the steering shaft 6 is then transmitted to the pinion shaft 13 via the intermediate shaft 7. The rotation of the pinion shaft 13 is converted into axial movement of the rack shaft 14, thereby turning the steered wheels 3. In other words, by driving the worm gear 20 to rotate by the electric motor 18, steering assistance by the electric motor 18 and steering of the steered wheels 3 become possible. The electric motor 18 is provided with a rotation angle sensor 23 for detecting the rotation angle of the rotor of the electric motor 18.
出力軸9(電動モータ18の駆動対象の一例)に加えられるトルクとしては、電動モータ18によるモータトルクと、モータトルク以外の外乱トルクとがある。モータトルク以外の外乱トルクTlcには、操舵トルクTtb、路面負荷トルク(路面反力トルク)Trl、摩擦トルクTf等が含まれる。 The torque applied to the output shaft 9 (one example of a drive target of the electric motor 18) includes motor torque from the electric motor 18 and disturbance torque other than the motor torque. The disturbance torque Tlc other than the motor torque includes steering torque Ttb , road load torque (road reaction torque) Trl , friction torque Tf, etc.
操舵トルクTtbは、ドライバによってステアリングホイール2に加えられる力(ドライバトルク)や、ステアリング慣性によって発生する力等によって、ステアリングホイール2側から出力軸9に加えられるトルクである。 The steering torque Ttb is a torque applied to the output shaft 9 from the steering wheel 2 side by a force applied to the steering wheel 2 by the driver (driver torque) or a force generated by steering inertia.
路面負荷トルクTrlは、タイヤに発生するセルフアライニングトルク、サスペンションやタイヤホイールアライメントによって発生する力、ラックアンドピニオン機構の摩擦力等によって、転舵輪3側からラック軸14を介して出力軸9に加えられるトルクである。 The road load torque T rl is a torque applied to the output shaft 9 from the steered wheels 3 via the rack shaft 14 due to the self-aligning torque generated in the tires, forces generated by the suspension and tire/wheel alignment, frictional forces of the rack and pinion mechanism, etc.
車両には、車両の進行方向前方の道路を撮影するCCD(Charge Coupled Device)カメラ25、自車位置を検出するためのGPS(Global Positioning System)26、道路形状や障害物を検出するためのレーダー27、地図情報を記憶した地図情報メモリ28および車速Vを検出するため車速センサ29が搭載されている。 The vehicle is equipped with a CCD (Charge Coupled Device) camera 25 that captures images of the road ahead in the vehicle's direction of travel, a GPS (Global Positioning System) 26 for detecting the vehicle's position, a radar 27 for detecting road shapes and obstacles, a map information memory 28 that stores map information, and a vehicle speed sensor 29 for detecting the vehicle speed V.
CCDカメラ25、GPS26、レーダー27、地図情報メモリ28および車速センサ29は、運転支援制御を行うための上位ECU(ECU:Electronic Control Unit)201に接続されている。上位ECU201は、CCDカメラ25、GPS26、レーダー27および車速センサ29によって得られる情報および地図情報を元に、周辺環境認識、自車位置推定、経路計画等を行い、操舵や駆動アクチュエータの制御目標値の決定を行う。 The CCD camera 25, GPS 26, radar 27, map information memory 28, and vehicle speed sensor 29 are connected to a host ECU (Electronic Control Unit) 201 that performs driving assistance control. Based on the information obtained from the CCD camera 25, GPS 26, radar 27, and vehicle speed sensor 29, as well as map information, the host ECU 201 performs surrounding environment recognition, vehicle position estimation, route planning, etc., and determines control target values for steering and drive actuators.
この実施形態では、運転モードとして、通常モードと運転支援モードとがある。上位ECU201は、運転支援モード時には、運転支援のための自動操舵指令値θ* c,adを設定する。この実施形態では、運転支援は、車両位置を車線中央(レーンセンタ)に維持するためのレーンセンタリングアシスト(LCA)である。自動操舵指令値θ* c,adは、車両を車線の中央に沿って走行させるための操舵角の目標値である。自動操舵指令値θ* c,adは、例えば、車速、目標走行ラインに対する横偏差および目標走行ラインに対する車両のヨー偏差に基づいて、設定される。このような自動操舵指令値θ* c,adを設定する処理は、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、通常モード時には、上位ECU201は、自動操舵指令値θ* c,adを零に設定する。 In this embodiment, the driving modes include a normal mode and a driving assistance mode. In the driving assistance mode, the host ECU 201 sets an automatic steering command value θ * c,ad for driving assistance. In this embodiment, the driving assistance is lane centering assist (LCA) for maintaining the vehicle position in the center of the lane. The automatic steering command value θ * c,ad is a target value of the steering angle for driving the vehicle along the center of the lane. The automatic steering command value θ * c,ad is set based on, for example, the vehicle speed, the lateral deviation from the target driving line, and the yaw deviation of the vehicle from the target driving line. The process of setting such an automatic steering command value θ * c,ad is well known, so a detailed description thereof will be omitted here. In the normal mode, the host ECU 201 sets the automatic steering command value θ * c,ad to zero.
また、上位ECU201は、運転モードが通常モードであるか運転支援モードであるかを示すモード信号Smodeを出力する。モード信号Smode、上位ECU201によって設定される自動操舵指令値θ* c,adおよび車速Vは、車載ネットワークを介して、モータ制御用ECU202に与えられる。トルクセンサ12によって検出される操舵トルクTtb、回転角センサ23の出力信号は、モータ制御用ECU202に入力される。モータ制御用ECU202は、これらの入力信号および上位ECU201から与えられる情報に基づいて、電動モータ18を制御する。 Furthermore, the host ECU 201 outputs a mode signal S mode indicating whether the driving mode is the normal mode or the driving assistance mode. The mode signal S mode , the automatic steering command value θ * c,ad , and the vehicle speed V set by the host ECU 201 are provided to the motor control ECU 202 via the in-vehicle network. The steering torque T tb detected by the torque sensor 12 and the output signal of the rotation angle sensor 23 are input to the motor control ECU 202. The motor control ECU 202 controls the electric motor 18 based on these input signals and information provided by the host ECU 201.
[2]モータ制御用ECU202
図2は、モータ制御用ECU202の電気的構成を説明するためのブロック図である。
[2] Motor control ECU 202
FIG. 2 is a block diagram for explaining the electrical configuration of the motor control ECU 202. As shown in FIG.
モータ制御用ECU202は、マイクロコンピュータ40と、マイクロコンピュータ40によって制御され、電動モータ18に電力を供給する駆動回路(インバータ回路)31と、電動モータ18に流れる電流(以下、「モータ電流Im,int」という)を検出するための電流検出回路32とを備えている。 The motor control ECU 202 includes a microcomputer 40, a drive circuit (inverter circuit) 31 controlled by the microcomputer 40 and supplying power to the electric motor 18, and a current detection circuit 32 for detecting the current flowing through the electric motor 18 (hereinafter referred to as "motor current I m,int ").
マイクロコンピュータ40は、CPUおよびメモリ(ROM、RAM、不揮発性メモリなど)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、回転角演算部41と、減速比除算部42と、ハンズオンオフ判定部43と、路面負荷特性設定部44と、手動操舵指令値生成部45と、統合角度指令値演算部46と、角度制御部47と、トルク制御部48とが含まれる。 The microcomputer 40 is equipped with a CPU and memory (ROM, RAM, non-volatile memory, etc.), and by executing a predetermined program, functions as multiple functional processing units. These multiple functional processing units include a rotation angle calculation unit 41, a reduction ratio division unit 42, a hands-on/off determination unit 43, a road load characteristic setting unit 44, a manual steering command value generation unit 45, an integrated angle command value calculation unit 46, an angle control unit 47, and a torque control unit 48.
回転角演算部41は、回転角センサ23の出力信号に基づいて、電動モータ18のロータ回転角θm,intを演算する。減速比除算部42は、ロータ回転角θm,intを減速比Nで除算することにより、ロータ回転角θm,intを出力軸9の回転角(実操舵角)θc,intに変換する。 The rotation angle calculation unit 41 calculates the rotor rotation angle θ m,int of the electric motor 18 based on the output signal of the rotation angle sensor 23. The reduction ratio division unit 42 converts the rotor rotation angle θ m,int into a rotation angle (actual steering angle) θ c, int of the output shaft 9 by dividing the rotor rotation angle θ m ,int by the reduction ratio N.
ハンズオンオフ判定部43は、ドライバがステアリングホイール2を把持している把持状態(ハンズオン)であるか、ドライバがステアリングホイール2を把持していない手放し状態(ハンズオフ)であるかを判定する。ハンズオンオフ判定部43は、例えば、操舵トルクTtbと、実操舵角θc,intまたはロータ回転角θm,intとに基づいて、ドライバがステアリングホイール2に加えたトルクであるドライバトルクを推定し、ドライバトルクが所定の閾値以上であれば把持状態と判定し、ドライバトルクが閾値未満である状態が所定時間以上継続しているときに手放し状態であると判定するものであってもよい。この場合、ドライバトルクが閾値以上の状態から閾値未満に変化した後、手放し状態であると判定されるまでの間は、把持状態と判定される。このようなハンズオンオフ判定部43としては、例えば、特開2017-114324号公報、特開2018-165156号公報、特開2020-142703号公報、特開2020-59361号公報、特開2020-59362号公報等に記載されている「ハンドル操作状態判定部」を用いることができる。 The hands-on/off determination unit 43 determines whether the driver is in a gripped state (hands-on) in which the driver is gripping the steering wheel 2, or a hands-off state (hands-off) in which the driver is not gripping the steering wheel 2. The hands-on/off determination unit 43 may estimate a driver torque, which is the torque applied by the driver to the steering wheel 2, based on, for example, the steering torque T tb and the actual steering angle θ c,int or the rotor rotation angle θ m,int , and determine the driver torque as being in a gripped state if the driver torque is equal to or greater than a predetermined threshold, and determine the driver torque as being in a hands-off state if the driver torque remains below the threshold for a predetermined time or more. In this case, the driver torque is determined to be in a gripped state until the driver torque is determined to be in a hands-off state after the driver torque changes from a state equal to or greater than the threshold to a state less than the threshold. As such a hands-on/off determination unit 43, for example, a "steering wheel operation state determination unit" described in Patent Publication No. 2017-114324, Patent Publication No. 2018-165156, Patent Publication No. 2020-142703, Patent Publication No. 2020-59361, Patent Publication No. 2020-59362, etc. can be used.
ハンズオンオフ判定部43は、例えば、操舵トルクTtbが所定の閾値以上であれば把持状態と判定し、操舵トルクTtbが閾値未満である状態が所定時間以上継続しているときに手放し状態であると判定するものであってもよい。この場合、操舵トルクTtbが閾値以上の状態から閾値未満に変化した後、手放し状態であると判定されるまでの間は、把持状態と判定される。 The hands-on/off determination unit 43 may determine, for example, that the vehicle is in a gripped state when the steering torque Ttb is equal to or greater than a predetermined threshold, and that the vehicle is in a hands-off state when the steering torque Ttb remains below the threshold for a predetermined period of time or longer. In this case, the vehicle is determined to be in a gripped state until the vehicle is determined to be in a hands-off state after the steering torque Ttb changes from a state equal to or greater than the threshold to a state below the threshold.
路面負荷特性設定部44は、運転支援モード時に、手動操舵指令値生成部45によって用いられるばね定数kおよび粘性減衰係数cを、ハンズオンオフ判定部43のハンズオンオフ判定結果に基づいて設定する。 The road load characteristic setting unit 44 sets the spring constant k and viscous damping coefficient c used by the manual steering command value generation unit 45 in driving assistance mode based on the hands-on/off determination result of the hands-on/off determination unit 43.
手動操舵指令値生成部45は、ドライバがステアリングホイール2を操作した場合に、当該ステアリングホイール操作に応じた操舵角を手動操舵指令値θ* c,mdとして設定するために設けられている。手動操舵指令値生成部45は、車速Vとトルクセンサ12によって検出される操舵トルクTtbを用いて手動操舵指令値θ* c,mdを生成する。手動操舵指令値生成部45の動作の詳細については、後述する。 The manual steering command value generating unit 45 is provided to set a steering angle corresponding to the steering wheel operation as a manual steering command value θ * c,md when the driver operates the steering wheel 2. The manual steering command value generating unit 45 generates the manual steering command value θ * c,md using the vehicle speed V and the steering torque Ttb detected by the torque sensor 12. Details of the operation of the manual steering command value generating unit 45 will be described later.
統合角度指令値演算部46は、上位ECU201によって設定される自動操舵指令値θθ* c,adに手動操舵指令値θ* c,mdを加算して、統合角度指令値θ* c,intを演算する。 The integrated angle command value calculation unit 46 adds the manual steering command value θ * c, md to the automatic steering command value θθ * c, ad set by the host ECU 201 to calculate an integrated angle command value θ * c,int .
角度制御部47は、統合角度指令値θ* c,intに基づいて、電動モータ18のモータトルクの目標値であるモータトルク指令値T* m,intを演算する。トルク制御部48は、電動モータ18のモータトルクがモータトルク指令値T* m,intに近づくように駆動回路31を駆動する。つまり、角度制御部47およびトルク制御部48からなる制御部は、実操舵角θc,int(出力軸9の回転角θc,int)が統合角度指令値θ* c,intに近づくように、駆動回路31を駆動制御する。角度制御部47およびトルク制御部48の動作の詳細については、後述する。 The angle control unit 47 calculates a motor torque command value T * m,int , which is a target value for the motor torque of the electric motor 18, based on the integrated angle command value θ * c,int . The torque control unit 48 drives the drive circuit 31 so that the motor torque of the electric motor 18 approaches the motor torque command value T * m,int . In other words, the control unit consisting of the angle control unit 47 and the torque control unit 48 drives and controls the drive circuit 31 so that the actual steering angle θc ,int (rotational angle θc ,int of the output shaft 9) approaches the integrated angle command value θ * c,int . Details of the operations of the angle control unit 47 and the torque control unit 48 will be described later.
図3は、手動操舵指令値生成部45の構成を示すブロック図である。 Figure 3 is a block diagram showing the configuration of the manual steering command value generation unit 45.
手動操舵指令値生成部45は、アシストトルク指令値設定部51と、指令値設定部52とを含む。 The manual steering command value generation unit 45 includes an assist torque command value setting unit 51 and a command value setting unit 52.
アシストトルク指令値設定部51は、手動操作に必要なアシストトルクの目標値であるアシストトルク指令値T* m,mdを設定する。アシストトルク指令値設定部51は、車速Vとトルクセンサ12によって検出される操舵トルクTtbに基づいて、アシストトルク指令値T* m,mdを設定する。操舵トルクTtbに対するアシストトルク指令値T* m,mdの設定例は、図4に示されている。 The assist torque command value setting unit 51 sets an assist torque command value T * m,md , which is a target value of the assist torque required for manual operation. The assist torque command value setting unit 51 sets the assist torque command value T * m,md based on the vehicle speed V and the steering torque Ttb detected by the torque sensor 12. An example of setting the assist torque command value T * m,md relative to the steering torque Ttb is shown in FIG. 4.
アシストトルク指令値T* m,mdは、電動モータ18から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ18から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。アシストトルク指令値T* m,mdは、操舵トルクTtbの正の値に対しては正をとり、操舵トルクTtbの負の値に対しては負をとる。そして、アシストトルク指令値T* m,mdは、操舵トルクTtbの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定される。アシストトルク指令値T* m,mdは、車速Vが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定される。 The assist torque command value T * m,md is set to a positive value when a steering assist force for steering leftward is to be generated from the electric motor 18, and is set to a negative value when a steering assist force for steering rightward is to be generated from the electric motor 18. The assist torque command value T * m,md is positive for a positive value of the steering torque Ttb , and negative for a negative value of the steering torque Ttb . The assist torque command value T * m,md is set so that its absolute value increases as the absolute value of the steering torque Ttb increases. The assist torque command value T * m,md is set so that its absolute value decreases as the vehicle speed V increases.
なお、アシストトルク指令値設定部51は、操舵トルクTtbに予め設定された定数を乗算することによって、アシストトルク指令値T* m,mdを演算してもよい。 The assist torque command value setting unit 51 may calculate the assist torque command value T * m,md by multiplying the steering torque Ttb by a preset constant.
指令値設定部52は、この実施形態では、リファレンスEPSモデルを用いて、手動操舵指令値θ* c.mdを設定する。 In this embodiment, the command value setting unit 52 sets the manual steering command value θ * c.md using a reference EPS model.
図5は、指令値設定部52で用いられるリファレンスEPSモデルの一例を示す模式図である。 Figure 5 is a schematic diagram showing an example of a reference EPS model used by the command value setting unit 52.
このリファレンスEPSモデルは、ロアコラムを含む単一慣性モデルである。ロアコラムは、出力軸9およびウォームホイール21に対応する。図5において、Jcは、ロアコラムの慣性であり、θcはロアコラムの回転角であり、Ttbは、操舵トルクである。このリファレンスEPSモデルは、操舵トルクTtbと、アシストトルク指令値T* m,mdに基づき電動モータ18から出力軸9に作用するトルクN・T* m,mdと、路面負荷トルクTrlとがロアコラムに与えられたときのロアコラムの回転角θcを生成(推定)するためのモデルである。路面負荷トルクTrlは、ばね定数kおよび粘性減衰係数cを用いて、次式(1)で表される。 This reference EPS model is a single-inertia model that includes the lower column. The lower column corresponds to the output shaft 9 and the worm wheel 21. In Fig. 5, Jc is the inertia of the lower column, θc is the rotation angle of the lower column, and Ttb is the steering torque. This reference EPS model is a model for generating (estimating) the rotation angle θc of the lower column when the steering torque Ttb , the torque N·T * m,md that acts on the output shaft 9 from the electric motor 18 based on the assist torque command value T * m,md , and the road load torque Trl are applied to the lower column. The road load torque Trl is expressed by the following equation (1) using a spring constant k and a viscous damping coefficient c.
Trl=-k・θc-c(dθc/dt) …(1)
ばね定数kおよび粘性減衰係数cは、路面負荷特性設定部44によって設定される。路面負荷特性設定部44の動作の詳細については、後述する。
T rl = -k・θ c -c (dθ c /dt) …(1)
The spring constant k and the viscous damping coefficient c are set by the road load characteristic setting unit 44. The operation of the road load characteristic setting unit 44 will be described in detail later.
リファレンスEPSモデルの運動方程式は、次式(2)で表される。 The equation of motion for the reference EPS model is expressed as follows:
Jc・d2θc/dt2=Ttb+N・T*
m,md-k・θc-c(dθc/dt) …(2)
指令値設定部52は、Ttbにトルクセンサ12によって検出される操舵トルクTtbを代入し、T*
m,mdにアシストトルク指令値設定部51によって設定されるアシストトルク指令値T*
m,mdを代入して、式(2)の微分方程式を解くことにより、ロアコラムの回転角θcを演算する。そして、指令値設定部52は、得られたロアコラムの回転角θcを手動操舵指令値θ*
c,mdとして設定する。
J c・d 2 θ c /dt 2 = T tb +N・T * m, md −k・θ c −c (dθ c /dt) …(2)
The command value setting unit 52 substitutes the steering torque Ttb detected by the torque sensor 12 into Ttb , and substitutes the assist torque command value T * m,md set by the assist torque command value setting unit 51 into T * m,md , and calculates the rotation angle θc of the lower column by solving the differential equation of formula (2).The command value setting unit 52 then sets the obtained rotation angle θc of the lower column as the manual steering command value θ * c,md .
図6は、角度制御部47の構成を示すブロック図である。 Figure 6 is a block diagram showing the configuration of the angle control unit 47.
角度制御部47は、統合角度指令値θ* c,intに基づいてモータトルク指令値T* m,intを演算する。角度制御部47は、ローパスフィルタ(LPF)61と、フィードバック制御部62と、フィードフォワード制御部63と、外乱トルク推定部64と、トルク加算部65と、外乱トルク補償部66と、減速比除算部67と、減速比乗算部68とを含む。 The angle control unit 47 calculates a motor torque command value T * m,int based on the integrated angle command value θ * c,int . The angle control unit 47 includes a low-pass filter (LPF) 61, a feedback control unit 62, a feedforward control unit 63, a disturbance torque estimating unit 64, a torque adding unit 65, a disturbance torque compensating unit 66, a reduction ratio dividing unit 67, and a reduction ratio multiplying unit 68.
減速比乗算部68は、減速比除算部67によって演算されるモータトルク指令値T* m,intに減速機19の減速比Nを乗算することにより、モータトルク指令値T* m,intを出力軸9に作用する出力軸トルク指令値T* c,int(=N・T* m,int)に換算する。 The reduction ratio multiplication unit 68 converts the motor torque command value T * m,int calculated by the reduction ratio division unit 67 into an output shaft torque command value T * c,int (=N·T * m,int ) acting on the output shaft 9 by multiplying the motor torque command value T * m,int by the reduction ratio N of the reducer 19.
ローパスフィルタ61は、統合角度指令値θ* c,intに対してローパスフィルタ処理を行う。ローパスフィルタ処理後の統合角度指令値θ* c,intfは、フィードバック制御部62およびフィードフォワード制御部63に与えられる。 The low-pass filter 61 performs low-pass filtering on the integrated angle command value θ * c,int . The integrated angle command value θ * c,intf after the low-pass filtering is provided to the feedback control unit 62 and the feedforward control unit 63.
フィードバック制御部62は、減速比除算部42によって演算される実操舵角θc,intを、ローパスフィルタ処理後の統合角度指令値θ* c,intfに近づけるために設けられている。フィードバック制御部62は、角度偏差演算部62Aと、PD制御部62Bとを含む。角度偏差演算部62Aは、統合角度指令値θ* c,intfと、減速比除算部42(図2参照)によって演算される実操舵角θc,intとの偏差Δθc,int(=θ* c,intf-θc,int)を演算する。なお、角度偏差演算部62Aは、統合角度指令値θ* c,intfと、外乱トルク推定部64によって演算される操舵角推定値^θc,intとの偏差(θ* c,intf-^θc,int)を、角度偏差Δθc,intとして演算するようにしてもよい。 The feedback control unit 62 is provided to bring the actual steering angle θ c,int calculated by the reduction ratio division unit 42 closer to the integrated angle command value θ * c,intf after low-pass filtering. The feedback control unit 62 includes an angle deviation calculation unit 62A and a PD control unit 62B. The angle deviation calculation unit 62A calculates the deviation Δθ c,int (= θ * c,intf - θ c,int ) between the integrated angle command value θ * c , intf and the actual steering angle θ c,int calculated by the reduction ratio division unit 42 (see FIG. 2 ). Note that the angle deviation calculation unit 62A may also calculate the deviation (θ * c ,intf - ^θ c,int ) between the integrated angle command value θ * c,intf and the steering angle estimation value ^θ c,int calculated by the disturbance torque estimator 64 as the angle deviation Δθ c,int .
PD制御部62Bは、角度偏差演算部62Aによって演算される角度偏差Δθc,intに対してPD演算(比例微分演算)を行うことにより、フィードバック制御トルクTfb,intを演算する。フィードバック制御トルクTfb,intは、トルク加算部65に与えられる。 The PD control unit 62B calculates a feedback control torque T fb, int by performing a PD calculation (proportional differential calculation) on the angle deviation Δθ c,int calculated by the angle deviation calculation unit 62A. The feedback control torque T fb,int is provided to a torque addition unit 65.
フィードフォワード制御部63は、電動パワーステアリングシステム1の慣性による応答性の遅れを補償して、制御の応答性を向上させるために設けられている。フィードフォワード制御部63は、角加速度演算部63Aと慣性乗算部63Bとを含む。角加速度演算部63Aは、統合角度指令値θ* c,intfを2階微分することにより、目標角加速度d2θ* c,intf/dt2を演算する。 The feedforward control unit 63 is provided to improve the control response by compensating for a delay in response due to the inertia of the electric power steering system 1. The feedforward control unit 63 includes an angular acceleration calculation unit 63A and an inertia multiplication unit 63B. The angular acceleration calculation unit 63A calculates the target angular acceleration d2θ * c,intf / dt2 by second-order differentiating the integrated angle command value θ * c,intf .
慣性乗算部63Bは、角加速度演算部63Aによって演算された目標角加速度d2θ* c,intf/dt2に、電動パワーステアリングシステム1の慣性Jを乗算することにより、フィードフォワード制御トルクTff,int(=J・d2θ* c,intf/dt2)を演算する。慣性Jは、例えば、後述する電動パワーステアリングシステム1の物理モデル(図7参照)から求められる。フィードフォワード制御トルクTff,intは、慣性補償値として、トルク加算部65に与えられる。 The inertia multiplication unit 63B calculates the feedforward control torque T ff,int (=J· d 2 θ * c,intf /dt 2 ) by multiplying the target angular acceleration d 2 θ * c,intf /dt 2 calculated by the angular acceleration calculation unit 63A by the inertia J of the electric power steering system 1. The inertia J can be determined, for example, from a physical model (see FIG. 7 ) of the electric power steering system 1, which will be described later. The feedforward control torque T ff,int is provided to the torque addition unit 65 as an inertia compensation value.
トルク加算部65は、フィードバック制御トルクTfb,intにフィードフォワード制御トルクTff,intを加算することにより、基本トルク指令値(Tfb,int+Tff,int)を演算する。 The torque adder 65 calculates a basic torque command value (T fb,int +T ff,int ) by adding the feedforward control torque T ff ,int to the feedback control torque T fb,int.
外乱トルク推定部64は、プラント(電動モータ18の制御対象)に外乱として発生する非線形なトルク(外乱トルク:モータトルク以外のトルク)を推定するために設けられている。外乱トルク推定部64は、プラントへの入力値である操舵トルク指令値T* c,int(=N・T* m,int)と、プラントの出力である実操舵角θc,intとに基づいて、外乱トルク(外乱負荷)Tlc、操舵角θc,intおよび操舵角微分値(角速度)dθc,int/dtを推定する。外乱トルクTlc、操舵角θc,intおよび操舵角微分値(角速度)dθc,int/dtの推定値を、それぞれ^Tlc、^θc,intおよびd^θc,int/dtで表す。外乱トルク推定部64の詳細については、後述する。 The disturbance torque estimator 64 is provided to estimate nonlinear torque (disturbance torque: torque other than motor torque) that occurs as a disturbance in the plant (the object controlled by the electric motor 18). The disturbance torque estimator 64 estimates the disturbance torque (disturbance load) T lc , the steering angle θ c,int, and the steering angle differential value (angular velocity) dθ c ,int /dt based on the steering torque command value T * c ,int (= N·T * m,int ), which is an input value to the plant, and the actual steering angle θ c, int, which is an output from the plant. The estimated values of the disturbance torque T lc , the steering angle θ c,int , and the steering angle differential value (angular velocity) dθ c,int /dt are represented by ^T lc , ^θ c,int , and d^θ c,int /dt, respectively. Details of the disturbance torque estimator 64 will be described later.
外乱トルク推定部64によって演算された外乱トルク推定値^Tlcは、外乱トルク補償値として外乱トルク補償部66に与えられる。 The disturbance torque estimated value ^T lc calculated by the disturbance torque estimating section 64 is given to the disturbance torque compensating section 66 as a disturbance torque compensation value.
外乱トルク補償部66は、基本トルク指令値(Tfb,int+Tff,int)から外乱トルク推定値^Tlcを減算することにより、出力軸トルク指令値T* c,int(=Tfb,int+Tff,int-^Tlc)を演算する。これにより、外乱トルクが補償された出力軸トルク指令値T* c,int(出力軸9に対するトルク指令値)が得られる。 The disturbance torque compensation unit 66 calculates the output shaft torque command value T * c,int (= Tfb,int +Tff ,int -^ Tlc ) by subtracting the disturbance torque estimated value ^ Tlc from the basic torque command value (Tfb ,int + Tff, int). This provides the output shaft torque command value T * c,int (torque command value for the output shaft 9) compensated for the disturbance torque.
出力軸トルク指令値T* c,intは、減速比除算部67に与えられる。減速比除算部67は、出力軸トルク指令値T* c,intを減速比Nで除算することにより、モータトルク指令値T* m,intを演算する。このモータトルク指令値T* m,intが、トルク制御部48(図2参照)に与えられる。 The output shaft torque command value T * c,int is given to a reduction ratio division unit 67. The reduction ratio division unit 67 calculates a motor torque command value T * m,int by dividing the output shaft torque command value T * c,int by the reduction ratio N. This motor torque command value T * m,int is given to the torque control unit 48 (see FIG. 2).
外乱トルク推定部64について詳しく説明する。外乱トルク推定部64は、例えば、図7に示す電動パワーステアリングシステム1の物理モデル101を使用して、外乱トルクTlc、操舵角θc,intおよび角速度dθc,int/dtを推定する外乱オブザーバから構成されている。 The disturbance torque estimation unit 64 will be described in detail. The disturbance torque estimation unit 64 is configured by a disturbance observer that estimates the disturbance torque T lc , the steering angle θ c,int , and the angular velocity dθ c,int /dt using, for example, a physical model 101 of the electric power steering system 1 shown in FIG.
この物理モデル101は、出力軸9および出力軸9に固定されたウォームホイール21を含むプラント(モータ駆動対象の一例)102を含む。プラント102には、ステアリングホイール2からトーションバー10を介して操舵トルクTtbが与えられるとともに、転舵輪3側から路面負荷トルクTrlが与えられる。 This physical model 101 includes a plant (an example of a motor-driven object) 102 that includes an output shaft 9 and a worm wheel 21 fixed to the output shaft 9. A steering torque Ttb is applied to the plant 102 from the steering wheel 2 via the torsion bar 10, and a road load torque Trl is also applied from the steered wheels 3 side.
さらに、プラント102には、ウォームギヤ20を介して出力軸トルク指令値T* c,int(=N・T* m,int)が与えられるとともに、ウォームホイール21とウォームギヤ20との間の摩擦によって摩擦トルクTfが与えられる。 Furthermore, the plant 102 is given an output shaft torque command value T * c,int (=N·T * m,int ) via the worm gear 20, and is given a friction torque Tf due to friction between the worm wheel 21 and the worm gear 20.
プラント102の慣性をJとすると、物理モデル101の慣性についての運動方程式は、次式(3)で表される。 If the inertia of the plant 102 is J, the equation of motion for the inertia of the physical model 101 is expressed by the following equation (3):
図7の物理モデル101に対する状態方程式は、次式(4)で表わされる。 The state equation for the physical model 101 in Figure 7 is expressed by the following equation (4):
前記状態方程式を、未知入力ベクトルu2を状態の1つとして含めた系に拡張する。拡張系の状態方程式(拡張状態方程式)は、次式(5)で表される。 The state equation is expanded to a system including the unknown input vector u2 as one of the states. The state equation of the expanded system (expanded state equation) is expressed by the following equation (5).
前記式(5)の拡張状態方程式から、次式(7)の方程式で表される外乱オブザーバ(拡張状態オブザーバ)が構築される。 From the extended state equation (5) above, a disturbance observer (extended state observer) expressed by the following equation (7) is constructed.
外乱トルク推定部64は、前記式(7)の方程式に基づいて状態変数ベクトル^xeを演算する。 The disturbance torque estimation unit 64 calculates the state variable vector ^x e based on the equation (7) above.
図8は、外乱トルク推定部64の構成を示すブロック図である。 Figure 8 is a block diagram showing the configuration of the disturbance torque estimation unit 64.
外乱トルク推定部64は、入力ベクトル入力部81と、出力行列乗算部82と、第1加算部83と、ゲイン乗算部84と、入力行列乗算部85と、システム行列乗算部86と、第2加算部87と、積分部88と、状態変数ベクトル出力部89とを含む。 The disturbance torque estimation unit 64 includes an input vector input unit 81, an output matrix multiplication unit 82, a first addition unit 83, a gain multiplication unit 84, an input matrix multiplication unit 85, a system matrix multiplication unit 86, a second addition unit 87, an integration unit 88, and a state variable vector output unit 89.
減速比乗算部68(図6参照)によって演算される操舵トルク指令値T* c,int(=N・T* m,int)は、入力ベクトル入力部81に与えられる。入力ベクトル入力部81は、入力ベクトルu1を出力する。 The steering torque command value T * c,int (=N·T * m,int ) calculated by the reduction ratio multiplication unit 68 (see FIG. 6) is given to the input vector input unit 81. The input vector input unit 81 outputs an input vector u1 .
積分部88の出力が状態変数ベクトル^xe(前記式(8)参照)となる。演算開始時には、状態変数ベクトル^xeとして初期値が与えられる。状態変数ベクトル^xeの初期値は、たとえば0である。 The output of the integrator 88 is the state variable vector ^x e (see equation (8) above). At the start of the calculation, an initial value is given as the state variable vector ^x e . The initial value of the state variable vector ^x e is, for example, 0.
システム行列乗算部86は、状態変数ベクトル^xeにシステム行列Aeを乗算する。出力行列乗算部82は、状態変数ベクトル^xeに出力行列Ceを乗算する。 The system matrix multiplication unit 86 multiplies the state variable vector ^x e by the system matrix A e . The output matrix multiplication unit 82 multiplies the state variable vector ^x e by the output matrix C e .
第1加算部83は、減速比除算部42(図2参照)によって演算された実操舵角θc,intである出力ベクトル(測定値)yから、出力行列乗算部82の出力(Ce・^xe)を減算する。つまり、第1加算部83は、出力ベクトルyと出力ベクトル推定値^y(=Ce・^xe)との差(y-^y)を演算する。ゲイン乗算部84は、第1加算部83の出力(y-^y)にオブザーバゲインL(前記式(7)参照)を乗算する。 The first adder 83 subtracts the output (C e · ^x e ) of the output matrix multiplier 82 from the output vector (measured value) y, which is the actual steering angle θ c,int calculated by the reduction ratio divider 42 (see FIG. 2 ). In other words, the first adder 83 calculates the difference ( y - ^y) between the output vector y and the output vector estimated value ^y (=C e · ^x e ). The gain multiplier 84 multiplies the output (y - ^y) of the first adder 83 by the observer gain L (see equation (7) above).
入力行列乗算部85は、入力ベクトル入力部81から出力される入力ベクトルu1に入力行列Beを乗算する。第2加算部87は、入力行列乗算部85の出力(Be・u1)と、システム行列乗算部86の出力(Ae・^xe)と、ゲイン乗算部84の出力(L(y-^y))とを加算することにより、状態変数ベクトルの微分値d^xe/dtを演算する。積分部88は、第2加算部87の出力(d^xe/dt)を積分することにより、状態変数ベクトル^xeを演算する。状態変数ベクトル出力部89は、状態変数ベクトル^xeに基づいて、外乱トルク推定値^Tlc、操舵角推定値^θc,intおよび角速度推定値d^θc,int/dtを演算する。 The input matrix multiplication unit 85 multiplies the input vector u1 output from the input vector input unit 81 by the input matrix B e . The second addition unit 87 adds the output (B e · u1 ) of the input matrix multiplication unit 85, the output (A e · ^x e ) of the system matrix multiplication unit 86, and the output (L(y - ^y)) of the gain multiplication unit 84 to calculate the differential value d^x e /dt of the state variable vector. The integrator 88 integrates the output (d^x e /dt) of the second addition unit 87 to calculate the state variable vector ^x e . The state variable vector output unit 89 calculates the disturbance torque estimate ^T lc , the steering angle estimate ^θ c,int, and the angular velocity estimate d^θ c,int /dt based on the state variable vector ^x e .
一般的な外乱オブザーバは、前述の拡張状態オブザーバとは異なり、プラントの逆モデルとローパスフィルタとから構成される。プラントの運動方程式は、前述のように式(3)で表される。したがって、プラントの逆モデルは、次式(9)となる。 Unlike the extended state observer described above, a typical disturbance observer consists of an inverse model of the plant and a low-pass filter. The plant's equation of motion is expressed by equation (3) as described above. Therefore, the inverse model of the plant is expressed by equation (9) below.
なお、外乱トルク推定部64として、プラントの逆モデルとローパスフィルタとから構成される一般的な外乱オブザーバを用いてもよい。 In addition, the disturbance torque estimation unit 64 may be a general disturbance observer consisting of an inverse model of the plant and a low-pass filter.
図9は、トルク制御部48の電気的構成を示すブロック図である。トルク制御部48は、モータ電流指令値演算部91と、電流偏差演算部92と、PI制御部93と、PWM(Pulse Width Modulation)制御部94とを含む。 Figure 9 is a block diagram showing the electrical configuration of the torque control unit 48. The torque control unit 48 includes a motor current command value calculation unit 91, a current deviation calculation unit 92, a PI control unit 93, and a PWM (Pulse Width Modulation) control unit 94.
モータ電流指令値演算部91は、角度制御部47によって演算されたモータトルク指令値T* m,intを電動モータ18のトルク定数Ktで除算することにより、モータ電流指令値I* m,intを演算する。 The motor current command value calculation unit 91 calculates the motor current command value I * m ,int by dividing the motor torque command value T * m,int calculated by the angle control unit 47 by the torque constant Kt of the electric motor 18 .
電流偏差演算部92は、モータ電流指令値演算部91によって得られたモータ電流指令値I* m,intと電流検出回路32によって検出されたモータ電流Im,intとの偏差ΔIm,int(=I* m,int-Im,int)を演算する。 The current deviation calculation unit 92 calculates the deviation ΔI m , int (=I * m,int -I m,int) between the motor current command value I * m,int obtained by the motor current command value calculation unit 91 and the motor current I m , int detected by the current detection circuit 32.
PI制御部93は、電流偏差演算部92によって演算された電流偏差ΔIm,intに対するPI演算(比例積分演算)を行うことにより、電動モータ18に流れるモータ電流Im,intをモータ電流指令値I* m,intに導くための駆動指令値を生成する。PWM制御部94は、前記駆動指令値に対応するデューティ比のPWM制御信号を生成して、駆動回路31に供給する。これにより、駆動指令値に対応した電力が電動モータ18に供給されることになる。 The PI control unit 93 performs a PI calculation (proportional-plus-integral calculation) on the current deviation ΔI m,int calculated by the current deviation calculation unit 92, to generate a drive command value for guiding the motor current I m,int flowing through the electric motor 18 to the motor current command value I * m,int . The PWM control unit 94 generates a PWM control signal with a duty ratio corresponding to the drive command value, and supplies it to the drive circuit 31. As a result, power corresponding to the drive command value is supplied to the electric motor 18.
次に、路面負荷特性設定部44の動作について詳しく説明する。路面負荷特性設定部44は、運転支援モード時に、ばね定数kを設定するためのばね定数設定処理と、粘性減衰係数cを設定するための粘性減衰係数設定処理とを行う。以下、これらの処理について説明する。 Next, the operation of the road load characteristic setting unit 44 will be described in detail. In driving assistance mode, the road load characteristic setting unit 44 performs a spring constant setting process to set the spring constant k, and a viscous damping coefficient setting process to set the viscous damping coefficient c. These processes will be described below.
図10は、路面負荷特性設定部44によって行われるばね定数設定処理の手順を示すフローチャートである。図10に示されるばね定数設定処理は、運転支援モードが開始される毎に開始され、運転支援モードが解除されるまで、所定の演算周期毎に繰り返し行われる。 Figure 10 is a flowchart showing the steps of the spring constant setting process performed by the road surface load characteristic setting unit 44. The spring constant setting process shown in Figure 10 is started each time the driving assistance mode is started, and is repeated at predetermined calculation intervals until the driving assistance mode is canceled.
以下において、ΔTは、1演算周期に相当する時間(サンプリングタイム)である。Toffは、手放し状態の継続時間である。kminは、予め設定されたばね定数最小値である。ばね定数kの通常値が、ばね定数最小値kminとして設定される。kmaxは、予め設定されたばね定数最大値である。kdecreaseは、予め設定された1演算周期でのばね定数減少量である。kincreaseは、予め設定された1演算周期でのばね定数増加量である。kの初期値は、kminである。Toffの初期値は、0である。 In the following, ΔT is the time equivalent to one calculation cycle (sampling time). T off is the duration of the hands-off state. k min is the preset minimum spring constant. The normal value of the spring constant k is set as the minimum spring constant k min . k max is the preset maximum spring constant. k decrease is the preset amount of decrease in the spring constant in one calculation cycle. k increase is the preset amount of increase in the spring constant in one calculation cycle. The initial value of k is k min . The initial value of T off is 0.
路面負荷特性設定部44は、ハンズオンオフ判定部43の判定結果が手放し状態であるか否かを判別する(ステップS1)。 The road load characteristic setting unit 44 determines whether the hands-on/off determination unit 43 determines whether the hands-off state is present (step S1).
ハンズオンオフ判定部43の判定結果が把持状態であれば(ステップS1:NO)、路面負荷特性設定部44は、手放し状態の継続時間Toffを零に設定する(ステップS2)。そして、路面負荷特性設定部44は、ばね定数kがばね定数最小値kminよりも大きいか否か判別する(ステップS3)。 If the hands-on/off determination unit 43 determines that the vehicle is in a gripped state (step S1: NO), the road load characteristic setting unit 44 sets the duration Toff of the hands-off state to zero (step S2).Then, the road load characteristic setting unit 44 determines whether the spring constant k is greater than the minimum spring constant kmin (step S3).
ばね定数kがばね定数最小値kminよりも大きい場合には(ステップS3:YES)、路面負荷特性設定部44は、ばね定数kからばね定数減少量kdecreaseを減算した値を、ばね定数kとして設定する(ステップS4)。ただし、ばね定数kからばね定数減少量kdecreaseを減算した値が、ばね定数最小値kminよりも小さい場合には、路面負荷特性設定部44は、ばね定数最小値kminをばね定数kとして設定する。そして、路面負荷特性設定部44は、今回の演算周期での処理を終了する。 If the spring constant k is greater than the minimum spring constant kmin (step S3: YES), the road load characteristic setting unit 44 sets the spring constant k to a value obtained by subtracting the spring constant decrease amount kdecrease from the spring constant k (step S4). However, if the value obtained by subtracting the spring constant decrease amount kdecrease from the spring constant k is smaller than the minimum spring constant kmin , the road load characteristic setting unit 44 sets the minimum spring constant kmin as the spring constant k. Then, the road load characteristic setting unit 44 ends the processing for the current calculation cycle.
ステップS3において、ばね定数kがばね定数最小値kmin以下であると判別された場合には(ステップS3:NO)、路面負荷特性設定部44は、ばね定数最小値kminをばね定数kとして設定する(ステップS5)。そして、路面負荷特性設定部44は、今回の演算周期での処理を終了する。 If it is determined in step S3 that the spring constant k is equal to or less than the minimum spring constant kmin (step S3: NO), the road load characteristic setting unit 44 sets the minimum spring constant kmin as the spring constant k (step S5), and then ends the processing for the current calculation cycle.
ステップS1において、ハンズオンオフ判定部55の判定結果が手放し状態であると判別された場合には(ステップS1:YES)、路面負荷特性設定部44は、手放し状態の継続時間ToffにΔTを加算した値を、Toffに設定する(ステップS6)。つまり、手放し状態の継続時間Toffが更新される。 In step S1, if the hands-on/off determining unit 55 determines that the driver is in the hands-off state (step S1: YES), the road load characteristic setting unit 44 sets Toff to a value obtained by adding ΔT to the duration Toff of the hands- off state (step S6). That is, the duration Toff of the hands-off state is updated.
次に、路面負荷特性設定部44は、手放し状態の継続時間Toffが所定時間TLCAよりも長いか否かを判別する(ステップS7)。手放し状態の継続時間Toffが所定時間TLCA以下であれば、つまり、Toff≦TLCAであれば(ステップS7:NO)、路面負荷特性設定部44は、ステップS3に移行する。 Next, the road load characteristic setting unit 44 determines whether the duration Toff of the hands-off state is longer than a predetermined time TLCA (step S7). If the duration Toff of the hands-off state is shorter than the predetermined time TLCA , that is, if Toff ≦ TLCA (step S7: NO), the road load characteristic setting unit 44 proceeds to step S3.
ステップS7において、手放し状態の継続時間Toffが所定時間TLCAよりも長いと判別された場合、つまり、Toff>TLCAであると判別された場合には(ステップS7:YES)、路面負荷特性設定部44は、ばね定数kがばね定数最大値kmaxよりも小さいか否かを判別する(ステップS8)。ばね定数kがばね定数最大値kmaxよりも小さい場合には(ステップS8:YES)、路面負荷特性設定部44は、ばね定数kにばね定数増加量kincreaseを加算した値を、ばね定数kとして設定する(ステップS9)。ただし、ばね定数kにばね定数増加量kincreaseを加算した値が、ばね定数最大値kmaxよりも大きい場合には、路面負荷特性設定部44は、ばね定数最大値kmaxをばね定数kとして設定する。そして、路面負荷特性設定部44は、今回の演算周期での処理を終了する。 In step S7, if it is determined that the duration Toff of the hands-off state is longer than the predetermined time TLCA , that is, if it is determined that Toff > TLCA (step S7: YES), the road load characteristic setting unit 44 determines whether the spring constant k is smaller than the maximum spring constant kmax (step S8). If the spring constant k is smaller than the maximum spring constant kmax (step S8: YES), the road load characteristic setting unit 44 sets the spring constant k to a value obtained by adding the spring constant increase amount kincrease to the spring constant k (step S9). However, if the value obtained by adding the spring constant increase amount kincrease to the spring constant k is greater than the maximum spring constant kmax , the road load characteristic setting unit 44 sets the spring constant k to the maximum spring constant kmax. Then, the road load characteristic setting unit 44 ends the processing for the current calculation cycle.
ステップS8において、ばね定数kがばね定数最大値kmax以上であると判別された場合には(ステップS8:NO)、路面負荷特性設定部44は、ばね定数最大値kmaxをばね定数kとして設定する(ステップS10:NO)。そして、ゲイン設定部73は、今回の演算周期での処理を終了する。 If it is determined in step S8 that the spring constant k is equal to or greater than the maximum spring constant kmax (step S8: NO), the road load characteristic setting unit 44 sets the maximum spring constant kmax as the spring constant k (step S10: NO), and the gain setting unit 73 ends the processing for the current calculation cycle.
粘性減衰係数設定処理は、図10のばね定数設定処理と同様である。ただし、粘性減衰係数設定処理においては、図10のばね定数k、ばね定数最小値kmin、ばね定数最大値kmax、ばね定数減少量kdecreaseおよびばね定数増加量kincreaseは、それぞれ、粘性減衰係数c、粘性減衰係数最小値cmin、粘性減衰係数最大値cmax、粘性減衰係数減少量cdecreaseおよび粘性減衰係数増加量cincreaseに置き換えられる。 The viscous damping coefficient setting process is similar to the spring constant setting process of Fig. 10. However, in the viscous damping coefficient setting process, the spring constant k, spring constant minimum value kmin , spring constant maximum value kmax , spring constant decrease amount kdecrease , and spring constant increase amount kincrease of Fig. 10 are replaced with the viscous damping coefficient c, viscous damping coefficient minimum value cmin , viscous damping coefficient maximum value cmax , viscous damping coefficient decrease amount cdecrease , and viscous damping coefficient increase amount cincrease , respectively.
運転モードが通常モードである場合には、路面負荷特性設定部44は、ばね定数最小値kminをばね定数kとして設定するとともに、粘性減衰係数最小値cminを粘性減衰係数cとして設定する。つまり、通常モード時には、ばね定数kおよび粘性減衰係数cは変更されない。 When the driving mode is the normal mode, the road load characteristic setting unit 44 sets the spring constant k to the minimum spring constant kmin and sets the viscous damping coefficient c to the minimum viscous damping coefficient c. In other words, in the normal mode, the spring constant k and the viscous damping coefficient c are not changed.
前述の実施形態では、運転支援モードにおいて、ハンズオンオフ判定部55による手放し状態であるとの判定結果が所定時間以上継続したときに、指令値設定部52で用いられる路面負荷特性(ばね定数kおよび粘性減衰係数c)が大きくされる。路面負荷特性k,cが大きくされると、ドライバトルク(ドライバ入力)に対する手動操舵指令値θ* c,mdが小さくなる。これにより、ドライバトルクに基づく出力軸9の回転量が小さくなるので、ドライバ操作によるステアリングホイール2の比較的小さな回転によっても、トーションバー10が捻じれやすくなる。これにより、操舵トルクTtbおよびドライバトルクが大きくなるので、ハンズオンオフ判定部55によるハンズオンオフ判定の精度が高くなる。これにより、直線走行などのドライバトルクの入力が少ない状況において、ドライバがステアリングホイール2を把持しているにもかかわらず手放し状態であるとの誤判定を防止または抑制することができる。 In the above-described embodiment, in the driving assistance mode, when the hands-on/off determination unit 55 determines that the driver is in a hands-off state for a predetermined period of time or more, the road load characteristics (spring constant k and viscous damping coefficient c) used by the command value setting unit 52 are increased. When the road load characteristics k, c are increased, the manual steering command value θ * c,md relative to the driver torque (driver input) is reduced. This reduces the amount of rotation of the output shaft 9 based on the driver torque, making it easier for the torsion bar 10 to twist even with a relatively small rotation of the steering wheel 2 operated by the driver. This increases the steering torque Ttb and the driver torque, improving the accuracy of the hands-on/off determination by the hands-on/off determination unit 55. This makes it possible to prevent or suppress erroneous determination that the driver is in a hands-off state despite the driver gripping the steering wheel 2 in situations where the driver torque input is low, such as when driving in a straight line.
[3]モータ制御用ECU202の変形例
図11は、モータ制御用ECU202の変形例の電気的構成を説明するためのブロック図である。
[3] Modification of Motor Control ECU 202 FIG. 11 is a block diagram for explaining the electrical configuration of a modification of the motor control ECU 202. As shown in FIG.
モータ制御用ECU202は、マイクロコンピュータ40Aと、マイクロコンピュータ40Aによって制御され、電動モータ18に電力を供給する駆動回路(インバータ回路)31と、電動モータ18に流れる電流(以下、「モータ電流Im,int」という)を検出するための電流検出回路32とを備えている。 The motor control ECU 202 includes a microcomputer 40A, a drive circuit (inverter circuit) 31 controlled by the microcomputer 40A and supplying power to the electric motor 18, and a current detection circuit 32 for detecting the current flowing through the electric motor 18 (hereinafter referred to as "motor current I m,int ").
マイクロコンピュータ40Aは、CPUおよびメモリ(ROM、RAM、不揮発性メモリなど)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、アシスト制御部111と、自動操舵制御部112と、統合トルク演算部(統合制御量演算部)113と、トルク制御部(制御部)114と、実操舵角演算部115と、ハンズオンオフ判定部116と、実自動操舵角演算部117と、路面負荷特性設定部118とを含む。 The microcomputer 40A is equipped with a CPU and memory (ROM, RAM, non-volatile memory, etc.), and by executing predetermined programs, functions as multiple function processing units. These multiple function processing units include an assist control unit 111, an automatic steering control unit 112, an integrated torque calculation unit (integrated control amount calculation unit) 113, a torque control unit (control unit) 114, an actual steering angle calculation unit 115, a hands-on/off determination unit 116, an actual automatic steering angle calculation unit 117, and a road load characteristic setting unit 118.
アシスト制御部111は、手動操舵に必要なアシストトルクの目標値であるアシストトルク指令値(アシスト制御量)T* m,mdを設定する。アシスト制御部11は、車速Vとトルクセンサ12によって検出される操舵トルクTtbに基づいて、アシストトルク指令値T* m,mdを設定する。アシスト制御部111は、図2のアシストトルク指令値設定部51と同様な方法で、アシストトルク指令値T* m,mdを設定する。 The assist control unit 111 sets an assist torque command value (assist control amount) T * m,md , which is a target value of the assist torque required for manual steering. The assist control unit 11 sets the assist torque command value T * m,md based on the vehicle speed V and the steering torque Ttb detected by the torque sensor 12. The assist control unit 111 sets the assist torque command value T * m,md in a similar manner to that of the assist torque command value setting unit 51 in FIG. 2 .
自動操舵制御部112は、上位ECU201から与えられる自動操舵角指令値θ* c,adと後述する実自動操舵角θc,adとを用いて、自動操舵に必要な自動操舵トルク指令値(自動操舵制御量)T* m,adを設定する。自動操舵制御部112の詳細については後述する。 The automatic steering control unit 112 sets an automatic steering torque command value (automatic steering control amount) T * m,ad required for automatic steering, using the automatic steering angle command value θ * c,ad given by the host ECU 201 and an actual automatic steering angle θc,ad described later. Details of the automatic steering control unit 112 will be described later.
統合トルク演算部113は、アシストトルク指令値T* m,mdに自動操舵トルク指令値T* m,adを加算することによって、統合トルク指令値(統合制御量)T* m,intを演算する。 The integrated torque calculation unit 113 calculates an integrated torque command value (integrated control amount) T * m,int by adding the automatic steering torque command value T * m,ad to the assist torque command value T * m,md .
トルク制御部114は、電動モータ18のモータトルクが統合トルク指令値T* m,intに近づくように駆動回路31を駆動する。トルク制御部114の構成は、前述の図9に示されるトルク制御部48の構成と同じなので、その説明を省略する。 The torque control unit 114 drives the drive circuit 31 so that the motor torque of the electric motor 18 approaches the integrated torque command value T * m,int . The configuration of the torque control unit 114 is the same as the configuration of the torque control unit 48 shown in Figure 9 above, so a description thereof will be omitted.
実操舵角演算部115は、回転角センサ23の出力信号に基づいて、出力軸9の回転角θc,intを演算する。具体的には、実操舵角演算部115は、回転角演算部115Aと減速比除算部115Bとを含む。回転角演算部115Aは、回転角センサ23の出力信号に基づいて、電動モータ18のロータ回転角θm,intを演算する。減速比除算部115Bは、回転角演算部115Aによって演算されるロータ回転角θm,intを減速機19の減速比Nで除算することにより、ロータ回転角θm,intを出力軸9の回転角(実操舵角)θc,intに換算する。 The actual steering angle calculation unit 115 calculates the rotation angle θ c,int of the output shaft 9 based on the output signal of the rotation angle sensor 23. Specifically, the actual steering angle calculation unit 115 includes a rotation angle calculation unit 115A and a reduction ratio division unit 115B. The rotation angle calculation unit 115A calculates the rotor rotation angle θ m,int of the electric motor 18 based on the output signal of the rotation angle sensor 23. The reduction ratio division unit 115B converts the rotor rotation angle θ m,int to the rotation angle (actual steering angle) θ c,int of the output shaft 9 by dividing the rotor rotation angle θ m, int calculated by the rotation angle calculation unit 115A by the reduction ratio N of the reducer 19.
実操舵角θc,intは、操舵トルクTtbおよびアシストトルク指令値T* m,mdに基づく手動操舵分の操舵角(以下、「実手動操舵角θc,md」という。)と、自動操舵トルク指令値T* m,adに基づく自動操舵分の操舵角(以下、「実自動操舵角θc,ad」という。)とを含んでいる。 The actual steering angle θ c,int includes the steering angle for manual steering based on the steering torque T tb and the assist torque command value T * m,md (hereinafter referred to as the "actual manual steering angle θ c,md "), and the steering angle for automatic steering based on the automatic steering torque command value T * m,ad (hereinafter referred to as the "actual automatic steering angle θ c,ad ").
ハンズオンオフ判定部116は、図2のハンズオンオフ判定部42と同様な方法により、把持状態であるか、手放し状態であるかを判定する。 The hands-on/off determination unit 116 determines whether the device is in a gripped state or a hands-off state using a method similar to that used by the hands-on/off determination unit 42 in Figure 2.
実自動操舵角演算部117は、実操舵角θc,intに含まれている実自動操舵角θc,adを演算する。具体的には、実自動操舵角演算部117は、実手動操舵角演算部117Aと減算部117Bとを含む。実手動操舵角演算部117Aは、操舵トルクTtb、アシストトルク指令値T* m,mdならびに路面負荷特性設定部118によって設定されるばね定数kおよび粘性減衰係数cに基づいて、実手動操舵角θc,mdを演算する。減算部117Bは、実操舵角演算部115によって演算される実操舵角θc,intから実手動操舵角演算部117Aによって演算される実手動操舵角θc,mdを減算することによって、実自動操舵角θc,adを演算する。この実自動操舵角θc,adが、自動操舵制御部112に与えられる。 The actual automatic steering angle calculation unit 117 calculates the actual automatic steering angle θ c, ad included in the actual steering angle θ c, int. Specifically, the actual automatic steering angle calculation unit 117 includes an actual manual steering angle calculation unit 117A and a subtraction unit 117B. The actual manual steering angle calculation unit 117A calculates the actual manual steering angle θ c,md based on the steering torque T tb , the assist torque command value T * m,md, and the spring constant k and viscous damping coefficient c set by the road surface load characteristic setting unit 118. The subtraction unit 117B calculates the actual automatic steering angle θ c,ad by subtracting the actual manual steering angle θ c,md calculated by the actual manual steering angle calculation unit 117A from the actual steering angle θ c,int calculated by the actual steering angle calculation unit 115. This actual automatic steering angle θ c,ad is given to the automatic steering control unit 112 .
実手動操舵角演算部117Aは、この実施形態では、電動パワーステアリングシステム1のリファレンスモデル(リファレンスEPSモデル)を用いて、実手動操舵角θc,mdを演算する。 In this embodiment, the actual manual steering angle calculation unit 117A calculates the actual manual steering angle θ c,md using a reference model of the electric power steering system 1 (reference EPS model).
実手動操舵角演算部117Aは、例えば、前述の図5で示されるリファレンスEPSモデルを用いて、実手動操舵角θc,mdを演算する。 The actual manual steering angle calculation unit 117A calculates the actual manual steering angle θ c,md using, for example, the reference EPS model shown in FIG. 5 described above.
図5を参照して、路面負荷トルクTrlは、ばね定数kおよび粘性減衰係数cを用いて、前述の式(1)で表される。 Referring to FIG. 5, the road load torque T rl is expressed by the above-mentioned equation (1) using the spring constant k and the viscous damping coefficient c.
ばね定数kおよび粘性減衰係数cは、路面負荷特性設定部118によって設定される。路面負荷特性設定部118は、運転支援モード時に、ハンズオンオフ判定部116のハンズオンオフ判定結果に基づいて、ばね定数kおよび粘性減衰係数cを設定する。路面負荷特性設定部118によるばね定数kおよび粘性減衰係数cの設定方法は、前述の図2の路面負荷特性設定部44によるばね定数kおよび粘性減衰係数cの設定方法と同じなので、その説明を省略する。 The spring constant k and viscous damping coefficient c are set by the road load characteristic setting unit 118. In driving assistance mode, the road load characteristic setting unit 118 sets the spring constant k and viscous damping coefficient c based on the hands-on/off determination result of the hands-on/off determination unit 116. The method for setting the spring constant k and viscous damping coefficient c by the road load characteristic setting unit 118 is the same as the method for setting the spring constant k and viscous damping coefficient c by the road load characteristic setting unit 44 in Figure 2 described above, and therefore a description thereof will be omitted.
図5のリファレンスEPSモデルの運動方程式は、前述の式(2)で表される。実手動操舵角演算部116Aは、式(2)の微分方程式を解くことにより、ロアコラムの回転角θcを演算し、得られた回転角θcを実手動操舵角θc,mdとして設定する。 The equation of motion of the reference EPS model in Fig. 5 is expressed by the above-mentioned equation (2). The actual manual steering angle calculation unit 116A calculates the rotation angle θc of the lower column by solving the differential equation of equation (2), and sets the obtained rotation angle θc as the actual manual steering angle θc ,md .
以下、自動操舵制御部112について詳しく説明する。 The automatic steering control unit 112 is described in detail below.
図12は、自動操舵制御部112の構成を示すブロック図である。 Figure 12 is a block diagram showing the configuration of the automatic steering control unit 112.
自動操舵制御部112は、自動操舵角指令値θ* c,adと実自動操舵角θc,adとを用いて、自動操舵トルク指令値T* m,adを演算する。自動操舵制御部112は、ローパスフィルタ(LPF)161と、フィードバック制御部162と、フィードフォワード制御部163と、外乱トルク推定部164と、トルク加算部165と、外乱トルク補償部166と、減速比除算部167と、減速比乗算部168とを含む。 The automatic steering control unit 112 calculates an automatic steering torque command value T * m ,ad using the automatic steering angle command value θ * c, ad and the actual automatic steering angle θc,ad. The automatic steering control unit 112 includes a low-pass filter (LPF) 161, a feedback control unit 162, a feedforward control unit 163, a disturbance torque estimating unit 164, a torque adding unit 165, a disturbance torque compensating unit 166, a reduction ratio dividing unit 167, and a reduction ratio multiplying unit 168.
減速比乗算部168は、減速比除算部167によって演算される自動操舵トルク指令値T* m,adに減速機19の減速比Nを乗算することにより、自動操舵トルク指令値T* m,adを、出力軸9(ウォームホイール21)に作用する自動出力軸トルク指令値N・T* m,ad(=T* c,ad)に換算する。 The reduction ratio multiplication unit 168 converts the automatic steering torque command value T * m,ad calculated by the reduction ratio division unit 167 into an automatic output shaft torque command value N·T * m,ad (=T*c,ad) acting on the output shaft 9 (worm wheel 21) by multiplying the automatic steering torque command value T * m,ad calculated by the reduction ratio division unit 167 by the reduction ratio N of the reducer 19 .
ローパスフィルタ161は、自動操舵角指令値θ* c,adに対してローパスフィルタ処理を行う。ローパスフィルタ処理後の自動操舵角指令値θ* c,adfは、フィードバック制御部162およびフィードフォワード制御部163に与えられる。 The low-pass filter 161 performs low-pass filtering on the automatic steering angle command value θ * c,ad . The automatic steering angle command value θ * c,adf after the low-pass filtering is provided to the feedback control unit 162 and the feedforward control unit 163.
フィードバック制御部162は、実自動操舵角演算部117(図11参照)によって演算される実自動操舵角θc,adを、ローパスフィルタ処理後の自動操舵角指令値θ* c,adfに近づけるために設けられている。フィードバック制御部162は、角度偏差演算部162AとPD制御部162Bとを含む。角度偏差演算部162Aは、自動操舵角指令値θ* c,adfと実自動操舵角θc,adとの偏差Δθc,ad(=θ* c,adfd-θc,ad)を演算する。なお、角度偏差演算部162Aは、自動操舵角指令値θ* c,adfと、外乱トルク推定部164によって演算される実自動操舵角推定値^θc,adとの偏差(θ* c,adfd-^θc,ad)を、角度偏差Δθc,adとして演算してもよい。 The feedback control unit 162 is provided to bring the actual automatic steering angle θ c,ad calculated by the actual automatic steering angle calculation unit 117 (see FIG. 11) closer to the automatic steering angle command value θ * c,adf after low-pass filter processing. The feedback control unit 162 includes an angle deviation calculation unit 162A and a PD control unit 162B. The angle deviation calculation unit 162A calculates the deviation Δθ c,ad (= θ * c,adfd - θ c,ad ) between the automatic steering angle command value θ * c,adf and the actual automatic steering angle θ c , ad. In addition, the angle deviation calculation unit 162A may calculate the deviation (θ * c,adfd - ^θc , ad) between the automatic steering angle command value θ * c,adf and the actual automatic steering angle estimated value ^θc ,ad calculated by the disturbance torque estimation unit 164 as the angle deviation Δθc ,ad .
PD制御部162Bは、角度偏差演算部162Aによって演算される角度偏差Δθc,adに対してPD演算(比例微分演算)を行うことにより、フィードバック制御トルクTfb,adを演算する。フィードバック制御トルクTfb,adは、トルク加算部165に与えられる。 The PD control unit 162B calculates a feedback control torque T fb, ad by performing a PD calculation (proportional differential calculation) on the angle deviation Δθ c,ad calculated by the angle deviation calculation unit 162A. The feedback control torque T fb,ad is provided to a torque addition unit 165.
フィードフォワード制御部163は、電動パワーステアリングシステム1の慣性による応答性の遅れを補償して、制御の応答性を向上させるために設けられている。フィードフォワード制御部163は、角加速度演算部163Aと慣性乗算部163Bとを含む。角加速度演算部163Aは、自動操舵角指令値θ* c,adfを2階微分することにより、目標角加速度d2θ* c,adf/dt2を演算する。 The feedforward control unit 163 is provided to improve the control response by compensating for a delay in response due to the inertia of the electric power steering system 1. The feedforward control unit 163 includes an angular acceleration calculation unit 163A and an inertia multiplication unit 163B. The angular acceleration calculation unit 163A calculates the target angular acceleration d2θ * c,adf / dt2 by second-order differentiating the automatic steering angle command value θ * c,adf .
慣性乗算部163Bは、角加速度演算部163Aによって演算された目標角加速度d2θ* c,adf/dt2に、電動パワーステアリングシステム1の慣性Jを乗算することにより、フィードフォワード制御トルクTff,ad(=J・d2θ* c,adf/dt2)を演算する。慣性Jは、例えば、後述する電動パワーステアリングシステム1の物理モデル(図13参照)から求められる。フィードフォワード制御トルクTff,adは、慣性補償値として、トルク加算部165に与えられる。 The inertia multiplication unit 163B calculates the feedforward control torque T ff,ad (=J ·d 2 θ * c,adf /dt 2 ) by multiplying the target angular acceleration d 2 θ * c,adf /dt 2 calculated by the angular acceleration calculation unit 163A by the inertia J of the electric power steering system 1. The inertia J can be determined, for example, from a physical model (see FIG. 13 ) of the electric power steering system 1, which will be described later. The feedforward control torque T ff,ad is provided to the torque addition unit 165 as an inertia compensation value.
トルク加算部165は、フィードバック制御トルクTfb,adにフィードフォワード制御トルクTff,adを加算することにより、基本トルク指令値(Tfb,ad+Tff,ad)を演算する。 The torque adder 165 calculates a basic torque command value (T fb,ad +T ff,ad ) by adding the feedforward control torque T ff, ad to the feedback control torque T fb,ad .
外乱トルク推定部164は、主として、電動モータ18の駆動対象に作用するモータトルク以外の外乱トルクTlcに含まれる自動操舵分の外乱トルクTlc,adの推定値である自動外乱トルク推定値^Tlc,adを演算するために設けられている。自動操舵分の外乱トルクTlc,adとは、自動操舵トルク指令値T* m,adに基づく自動操舵制御のみが行われていると仮定した場合に、電動モータ18の駆動対象(プラント)に外乱として発生するモータトルク以外のトルクをいう。 The disturbance torque estimation unit 164 is provided mainly to calculate an automatic disturbance torque estimated value ^T lc ,ad, which is an estimate of the disturbance torque T lc,ad for automatic steering included in the disturbance torque T lc other than the motor torque acting on the driven object of the electric motor 18. The disturbance torque T lc,ad for automatic steering refers to torque other than the motor torque that occurs as a disturbance in the driven object (plant) of the electric motor 18, assuming that only automatic steering control based on the automatic steering torque command value T * m,ad is being performed.
自動操舵トルク指令値T* m,adに基づく自動操舵制御のみが行われていると仮定した場合には、プラントの目標値は自動出力軸トルク指令値N・T* m,ad(=T* c,ad)となり、プラントの出力は実自動操舵角θc,adとなる。そこで、外乱トルク推定部164は、自動出力軸トルク指令値N・T* m,ad(=T* c,ad)と実自動操舵角θc,adとに基づいて、自動外乱トルクTlc,adと、実自動操舵角θc,adと、実自動操舵角θc,adの微分値(実自動角速度)dθc,ad/dtとを推定する。以下において、Tlc,ad、θc,adおよびdθc,ad/dtの推定値を、それぞれ^Tlc,ad、^θc,adおよび^dθc,ad/dtで表すことにする。外乱トルク推定部164の詳細については、後述する。 Assuming that only automatic steering control based on the automatic steering torque command value T * m,ad is being performed, the target value of the plant becomes the automatic output shaft torque command value N·T * m,ad (=T * c,ad ), and the output of the plant becomes the actual automatic steering angle θc ,ad . Therefore, the disturbance torque estimator 164 estimates the automatic disturbance torque Tlc ,ad , the actual automatic steering angle θc , ad, and the derivative of the actual automatic steering angle θc ,ad ( actual automatic angular velocity) dθc ,ad /dt based on the automatic output shaft torque command value N· T*m,ad (= T*c,ad) and the actual automatic steering angle θc,ad . Hereinafter, the estimated values of T lc,ad , θ c,ad and dθ c,ad /dt will be represented as ^T lc,ad , ^θ c,ad and ^dθ c,ad /dt, respectively. Details of the disturbance torque estimating unit 164 will be described later.
外乱トルク推定部164によって演算された自動外乱トルク推定値^Tlc,adは、自動外乱トルク補償値として外乱トルク補償部166に与えられる。 The automatic disturbance torque estimated value ^T lc,ad calculated by the disturbance torque estimating section 164 is given to the disturbance torque compensating section 166 as an automatic disturbance torque compensation value.
外乱トルク補償部166は、基本トルク指令値(Tfb,ad+Tff,ad)から自動外乱トルク推定値^Tlc,adを減算することにより、自動出力軸トルク指令値T* c,ad(=Tfb,ad+Tff,ad-^Tlc,ad)を演算する。これにより、自動外乱トルクが補償された自動出力軸トルク指令値T* c,ad(出力軸9に対する目標トルク)が得られる。 The disturbance torque compensator 166 calculates an automatic output shaft torque command value T * c, ad (= Tfb,ad +Tff,ad-^ Tlc,ad ) by subtracting the automatic disturbance torque estimated value ^ Tlc,ad from the basic torque command value ( Tfb,ad + Tff,ad ). This provides an automatic output shaft torque command value T * c,ad (target torque for the output shaft 9) with the automatic disturbance torque compensated for.
自動出力軸トルク指令値T* c,adは、減速比除算部167に与えられる。減速比除算部167は、自動出力軸トルク指令値T* c,adを減速比Nで除算することにより、自動操舵トルク指令値T* m,ad(電動モータ18に対する目標トルク)を演算する。この自動操舵トルク指令値T* m,adが、統合トルク演算部113(図11参照)に与えられる。 The automatic output shaft torque command value T * c,ad is given to a reduction ratio division unit 167. The reduction ratio division unit 167 calculates an automatic steering torque command value T * m ,ad (target torque for the electric motor 18) by dividing the automatic output shaft torque command value T * c, ad by the reduction ratio N. This automatic steering torque command value T * m,ad is given to an integrated torque calculation unit 113 (see FIG. 11).
外乱トルク推定部164について詳しく説明する。外乱トルク推定部164は、例えば、図13に示す電動パワーステアリングシステム1の物理モデル101Aを使用して、自動外乱トルク推定値^Tlc,ad、実自動操舵角推定値^θc,adおよび実自動角速度推定値^dθc,ad/dtを演算する、外乱オブザーバから構成されている。ただし、図13は、自動操舵トルク指令値T* m,adに基づく自動操舵制御のみが行われていると仮定した場合の物理モデルを示している。 The disturbance torque estimation unit 164 will be described in detail. The disturbance torque estimation unit 164 is configured from a disturbance observer that calculates the automatic disturbance torque estimated value ^T lc,ad , the actual automatic steering angle estimated value ^θ c,ad and the actual automatic angular velocity estimated value ^dθ c,ad /dt using, for example, a physical model 101A of the electric power steering system 1 shown in Fig. 13. However, Fig. 13 shows a physical model when it is assumed that only automatic steering control based on the automatic steering torque command value T * m,ad is being performed.
この物理モデル101Aは、出力軸9および出力軸9に固定されたウォームホイール21を含むプラント(モータ駆動対象の一例)102Aを含む。プラント102Aには、トーションバー10の捩じれトルクである操舵トルク(トーションバートルク)Ttbが与えられるとともに、転舵輪3側から路面負荷トルクTrl,adが与えられる。さらに、プラント102Aには、ウォームギヤ20を介してモータから自動出力軸トルク指令値N・T* m,adが与えられるとともに、ウォームホイール21とウォームギヤ20との間の摩擦によって摩擦トルクTf,adが与えられる。 This physical model 101A includes a plant (an example of a motor-driven object) 102A that includes an output shaft 9 and a worm wheel 21 fixed to the output shaft 9. The plant 102A is supplied with a steering torque (torsion bar torque) Ttb , which is the torsional torque of the torsion bar 10, and is also supplied with a road load torque Trl,ad from the steered wheels 3. Furthermore, the plant 102A is supplied with an automatic output shaft torque command value N·T * m,ad from the motor via the worm gear 20, and is also supplied with a friction torque Tf,ad due to friction between the worm wheel 21 and the worm gear 20.
プラント102Aの慣性をJとすると、物理モデル101Aの慣性についての運動方程式は、次式(10)で表される。 If the inertia of plant 102A is J, the equation of motion for the inertia of physical model 101A is expressed by the following equation (10):
図13の物理モデル101Aに対する状態方程式は、次式(11)で表わされる。 The state equation for the physical model 101A in Figure 13 is expressed by the following equation (11):
前記状態方程式を、未知入力ベクトルu2を状態の1つとして含めた系に拡張する。拡張系の状態方程式(拡張状態方程式)は、次式(12)で表される。 The above state equation is expanded to a system that includes the unknown input vector u2 as one of its states. The state equation of the expanded system (expanded state equation) is expressed as follows:
前記式(12)の拡張状態方程式から、次式(14)の方程式で表される外乱オブザーバ(拡張状態オブザーバ)が構築される。 From the extended state equation (12) above, a disturbance observer (extended state observer) expressed by the following equation (14) is constructed.
外乱トルク推定部164は、前記式(14)の方程式に基づいて状態変数ベクトル^xeを演算する。 The disturbance torque estimation unit 164 calculates the state variable vector ^x e based on the equation (14) above.
図14は、外乱トルク推定部164の構成を示すブロック図である。 Figure 14 is a block diagram showing the configuration of the disturbance torque estimation unit 164.
外乱トルク推定部164は、入力ベクトル入力部181と、出力行列乗算部182と、第1加算部183と、ゲイン乗算部184と、入力行列乗算部185と、システム行列乗算部186と、第2加算部187と、積分部188と、状態変数ベクトル出力部189とを含む。 The disturbance torque estimation unit 164 includes an input vector input unit 181, an output matrix multiplication unit 182, a first addition unit 183, a gain multiplication unit 184, an input matrix multiplication unit 185, a system matrix multiplication unit 186, a second addition unit 187, an integration unit 188, and a state variable vector output unit 189.
減速比乗算部168(図12参照)によって演算される自動出力軸トルク指令値N・T* m,ad(=T* c,ad)は、入力ベクトル入力部181に与えられる。入力ベクトル入力部181は、入力ベクトルu1を出力する。 The automatic output shaft torque command value N·T * m,ad (=T * c,ad ) calculated by the reduction ratio multiplication unit 168 (see FIG. 12) is given to the input vector input unit 181. The input vector input unit 181 outputs an input vector u1 .
積分部188の出力が状態変数ベクトル^xe(前記式(15)参照)となる。演算開始時には、状態変数ベクトル^xeとして初期値が与えられる。状態変数ベクトル^xeの初期値は、たとえば0である。 The output of the integrator 188 is the state variable vector ^x e (see equation (15) above). At the start of the calculation, an initial value is given as the state variable vector ^x e . The initial value of the state variable vector ^x e is, for example, 0.
システム行列乗算部186は、状態変数ベクトル^xeにシステム行列Aeを乗算する。出力行列乗算部182は、状態変数ベクトル^xeに出力行列Ceを乗算する。 The system matrix multiplication unit 186 multiplies the state variable vector ^x e by the system matrix A e . The output matrix multiplication unit 182 multiplies the state variable vector ^x e by the output matrix C e .
第1加算部183は、実自動操舵角θc,adである出力ベクトルyから、出力行列乗算部182の出力(Ce・^xe)を減算する。つまり、第1加算部183は、出力ベクトルyと出力ベクトル推定値^y(=Ce・^xe)との差(y-^y)を演算する。ゲイン乗算部184は、第1加算部183の出力(y-^y)にオブザーバゲインL(前記式(14)参照)を乗算する。 The first adder 183 subtracts the output (C e · ^x e ) of the output matrix multiplier 182 from the output vector y, which is the actual automatic steering angle θ c,ad . In other words, the first adder 183 calculates the difference (y - ^y) between the output vector y and the output vector estimate value ^y (=C e · ^x e ). The gain multiplier 184 multiplies the output (y - ^y) of the first adder 183 by the observer gain L (see equation (14) above).
入力行列乗算部185は、入力ベクトル入力部181から出力される入力ベクトルu1に入力行列Beを乗算する。第2加算部187は、入力行列乗算部185の出力(Be・u1)と、システム行列乗算部186の出力(Ae・^xe)と、ゲイン乗算部184の出力(L(y-^y))とを加算することにより、状態変数ベクトルの微分値d^xe/dtを演算する。積分部188は、第2加算部187の出力(d^xe/dt)を積分することにより、状態変数ベクトル^xeを演算する。状態変数ベクトル出力部189は、状態変数ベクトル^xeに基づいて、自動外乱トルク推定値^Tlc,ad、実自動操舵角推定値^θc,adおよび実自動角速度推定値d^θc,ad/dtを演算する。 The input matrix multiplication unit 185 multiplies the input vector u1 output from the input vector input unit 181 by the input matrix B e . The second addition unit 187 adds the output (B e · u 1 ) of the input matrix multiplication unit 185, the output (A e · ^x e ) of the system matrix multiplication unit 186, and the output (L(y - ^y)) of the gain multiplication unit 184 to calculate a differential value d^x e /dt of the state variable vector. The integrator 188 integrates the output (d^x e /dt) of the second addition unit 187 to calculate the state variable vector ^x e . The state variable vector output unit 189 calculates the automatic disturbance torque estimate ^T lc,ad , the actual automatic steering angle estimate ^θ c,ad, and the actual automatic angular velocity estimate d^θ c,ad /dt based on the state variable vector ^x e .
前述の拡張状態オブザーバの代わりに、プラントの逆モデルとローパスフィルタとから構成される外乱オブザーバを用いてもよい。この場合、プラントの運動方程式は、前述のように式(10)で表される。 Instead of the aforementioned extended state observer, a disturbance observer consisting of an inverse model of the plant and a low-pass filter can be used. In this case, the plant's equation of motion is expressed as equation (10) as described above.
したがって、プラントの逆モデルは、次式(16)となる。 Therefore, the inverse model of the plant is given by the following equation (16).
この変形例では、フィードバック制御トルクTfb,ad等に基づいて演算される自動操舵トルク指令値T* m,adと、アシストトルク指令値T* m,mdとの和である統合トルク指令値T* m,intに基づいて電動モータ18が駆動される。したがって、運転支援モード時において、通常時は、自動操舵トルク指令値T* m,adに基づいて出力軸9が回転されるとともに、ドライバトルクに基づき発生する、操舵トルクTtbおよびアシストトルク指令値T* m,mdに基づいて出力軸9が回転される。 In this modification, the electric motor 18 is driven based on an integrated torque command value T * m, int which is the sum of an automatic steering torque command value T * m,ad calculated based on the feedback control torque Tfb,ad , etc. and an assist torque command value T * m, md . Therefore, in the driving assistance mode, normally, the output shaft 9 is rotated based on the automatic steering torque command value T * m,ad , and also based on the steering torque Ttb and assist torque command value T * m,md which are generated based on the driver torque.
運転支援モード時において、ハンズオンオフ判定部116による手放し状態であるとの判定結果が所定時間以上継続したときに、実手動操舵角演算部117Aで用いられる路面負荷特性(ばね定数kおよび粘性減衰係数c)が大きくされる。路面負荷特性k,cが大きくされると、ドライバトルクに対する実手動操舵角θc,md、すなわち、運転支援に対してドライバの操舵が許容される角度、の絶対値が通常時よりも小さくなる。 In the driving assistance mode, when the hands-on/off determination unit 116 determines that the vehicle is in a hands-off state for a predetermined period of time or longer, the road load characteristics (spring constant k and viscous damping coefficient c) used in the actual manual steering angle calculation unit 117A are increased. When the road load characteristics k and c are increased, the absolute value of the actual manual steering angle θ c,md relative to the driver torque, i.e., the angle at which the driver is allowed to steer in response to driving assistance, becomes smaller than normal.
その結果、フィードバック制御に用いられる実自動操舵角θc,adの値が通常時より大きくなり、フィードバック制御トルクTfb,ad、自動操舵トルク指令値T* m,adを順に介して、モータのトルク指示値に反映される。 As a result, the value of the actual automatic steering angle θ c,ad used in feedback control becomes larger than normal, and is reflected in the torque command value of the motor via the feedback control torque T fb,ad and automatic steering torque command value T * m,ad in that order.
その結果、図2の実施形態と同様に、ドライバトルクに基づく出力軸9の回転量が小さくなる。これにより、ステアリングホイール2を回転させてもその回転が伝わりにくくなるため、トーションバー10が捻じれやすくなる。これにより、操舵トルクTtbおよびドライバトルクが大きくなるので、ハンズオンオフ判定部116によるハンズオンオフ判定の精度が高くなる。これにより、直線走行などのドライバトルクの入力が少ない状況において、ドライバがステアリングホイール2を把持しているにもかかわらず手放し状態であるとの誤判定を防止または抑制することができる。 As a result, similar to the embodiment in FIG. 2 , the amount of rotation of the output shaft 9 based on the driver torque is reduced. As a result, even if the steering wheel 2 is rotated, the rotation is less likely to be transmitted, and the torsion bar 10 is more likely to twist. As a result, the steering torque Ttb and the driver torque increase, and the accuracy of the hands-on/off determination by the hands-on/off determination unit 116 increases. This makes it possible to prevent or suppress erroneous determination that the driver is not holding the steering wheel 2 even though the driver is holding it, in situations where the driver torque input is small, such as when driving in a straight line.
なお、通常モード時においては、アシスト制御部111によって設定されるアシストトルク指令値T* m,mdが、統合トルク指令値T* m,intとしてトルク制御部114に与えられる。したがって、通常モード時においては、アシストトルク指令値T* m,mdのみに基づいて、駆動回路31が駆動される。 In the normal mode, the assist torque command value T * m,md set by the assist control unit 111 is given as the integrated torque command value T * m,int to the torque control unit 114. Therefore, in the normal mode, the drive circuit 31 is driven based only on the assist torque command value T * m,md .
前述の実施形態では、運転支援モード時において、路面負荷特性設定部44,118は、ハンズオンオフ判定結果に基づいて、ばね係数kおよび粘性減衰係数cの両方を変更しているが、ばね係数kおよび粘性減衰係数cの内のいずれか一方のみを変更するようにしてもよい。 In the above-described embodiment, in driving assistance mode, the road load characteristic setting unit 44, 118 changes both the spring coefficient k and the viscous damping coefficient c based on the hands-on/off determination result, but it may also be configured to change only one of the spring coefficient k and the viscous damping coefficient c.
前述の実施形態では、この発明をコラムタイプEPSのモータ制御に適用した場合の例を示したが、この発明は、コラムタイプ以外のEPSのモータ制御にも適用することができる。 In the above-described embodiment, an example was shown in which this invention was applied to motor control of a column-type EPS, but this invention can also be applied to motor control of EPS other than column types.
本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。 Although embodiments of the present invention have been described in detail, these are merely examples used to clarify the technical content of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to these examples. The scope of the present invention is limited only by the appended claims.
1…電動パワーステアリング装置、3…転舵輪、4…転舵機構、18…電動モータ、43…ハンズオンオフ判定部、44…路面負荷特性設定部、45…手動操舵指令値生成部、46…統合角度指令値演算部、47…角度制御部、48…トルク制御部、51…アシストトルク指令値設定部、52…指令値設定部、111…アシスト制御部、112…自動操舵制御部、113…統合トルク演算部(統合制御量演算部)、114…トルク制御部(制御部)、115…実操舵角演算部、116…ハンズオンオフ判定部、117…実自動操舵角演算部
117A…実手動操舵角演算部、117B…減算部、118…路面負荷特性設定部、201…上位ECU201、202…モータ制御用ECU
1...electric power steering device, 3...steered wheels, 4...steering mechanism, 18...electric motor, 43...hands on/off determination unit, 44...road surface load characteristic setting unit, 45...manual steering command value generation unit, 46...integrated angle command value calculation unit, 47...angle control unit, 48...torque control unit, 51...assist torque command value setting unit, 52...command value setting unit, 111...assist control unit, 112...automatic steering control unit, 113...integrated torque calculation unit (integrated control amount calculation unit), 114...torque control unit (control unit), 115...actual steering angle calculation unit, 116...hands on/off determination unit, 117...actual automatic steering angle calculation unit, 117A...actual manual steering angle calculation unit, 117B...subtraction unit, 118...road surface load characteristic setting unit, 201...host ECU 201, 202...motor control ECU
Claims (4)
前記操舵トルクを用いて手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部と、
運転支援モード時に与えられる自動操舵指令値に前記手動操舵指令値を加算して、統合角度指令値を演算する統合角度指令値演算部と、
前記統合角度指令値に基づいて、舵角制御用の電動モータを角度制御する制御部と、
ドライバがステアリングホイールを把持している把持状態であるか、ドライバが前記ステアリングホイールを把持していない手放し状態であるかを判定するハンズオンオフ判定部とを含み、
前記手動操舵指令値生成部は、前記操舵トルクと、路面負荷トルクを生成するためのばね定数および粘性減衰係数とを用いて前記手動操舵指令値を生成するように構成されており、
前記運転支援モード時において、前記ハンズオンオフ判定部による手放し状態であるとの判定結果が所定時間以上継続したときに、前記ばね定数および前記粘性減衰係数のうちの少なくとも一方の値を大きくする、路面負荷特性変更部をさらに含む、モータ制御装置。 a torque detection unit for detecting a steering torque;
a manual steering command value generating unit that generates a manual steering command value using the steering torque;
an integrated angle command value calculation unit that calculates an integrated angle command value by adding the manual steering command value to an automatic steering command value given in a driving assistance mode;
a control unit that controls the angle of an electric motor for steering angle control based on the integrated angle command value;
a hands-on/off determination unit that determines whether the driver is in a gripped state where the driver is gripping the steering wheel or in a hands-off state where the driver is not gripping the steering wheel,
the manual steering command value generation unit is configured to generate the manual steering command value by using the steering torque, and a spring constant and a viscous damping coefficient for generating a road surface load torque,
The motor control device further includes a road surface load characteristic change unit that increases the value of at least one of the spring constant and the viscous damping coefficient when, in the driving assistance mode, the hands-on/off determination unit determines that the vehicle is in a hands-off state for a predetermined period of time or more.
ドライバがステアリングホイールを把持している把持状態であるか、ドライバが前記ステアリングホイールを把持していない手放し状態であるかを判定するハンズオンオフ判定部と、
前記操舵トルクと前記アシスト制御量とに基づく手動操舵分の操舵角である実手動操舵角を演算する実手動操舵角演算部と、
前記実操舵角から前記実手動操舵角を減算することにより、前記自動操舵制御量に基づく自動操舵分の操舵角である実自動操舵角を演算する実自動操舵角演算部とを含み、
前記自動操舵制御部は、前記自動操舵指令値および前記実自動操舵角を用いて前記自動操舵制御量を設定し、
前記実手動操舵角演算部は、前記操舵トルクと、前記アシスト制御量と、路面負荷トルクを生成するためのばね定数および粘性減衰係数とを用いて前記実手動操舵角を演算するように構成されており、
前記運転支援モード時において、前記ハンズオンオフ判定部による手放し状態であるとの判定結果が所定時間以上継続したときに、前記ばね定数および前記粘性減衰係数のうちの少なくとも一方の値を大きくする、路面負荷特性変更部をさらに含む、モータ制御装置。 A motor control device including: a torque detection unit for detecting steering torque; a steering angle detection unit for detecting an actual steering angle; an automatic steering control unit for setting an automatic steering control amount based on an automatic steering command value given in a driving assistance mode; an assist control unit for setting an assist control amount using the steering torque; an integrated control amount calculation unit for calculating an integrated control amount by adding the automatic steering control amount and the assist control amount; and a control unit for controlling an electric motor for steering angle control based on the integrated control amount,
a hands-on/off determination unit that determines whether the driver is in a gripped state where the driver is gripping the steering wheel or in a hands-off state where the driver is not gripping the steering wheel;
an actual manual steering angle calculation unit that calculates an actual manual steering angle, which is a steering angle for manual steering based on the steering torque and the assist control amount;
an actual automatic steering angle calculation unit that calculates an actual automatic steering angle, which is a steering angle for automatic steering based on the automatic steering control amount, by subtracting the actual manual steering angle from the actual steering angle,
the automatic steering control unit sets the automatic steering control amount using the automatic steering command value and the actual automatic steering angle,
the actual manual steering angle calculation unit is configured to calculate the actual manual steering angle by using the steering torque, the assist control amount, and a spring constant and a viscous damping coefficient for generating a road surface load torque,
The motor control device further includes a road surface load characteristic change unit that increases the value of at least one of the spring constant and the viscous damping coefficient when, in the driving assistance mode, the hands-on/off determination unit determines that the vehicle is in a hands-off state for a predetermined period of time or more.
前記路面負荷特性変更部は、前記運転支援モード時において、前記ハンズオンオフ判定部による手放し状態であるとの判定結果が所定時間継続したときには、その時点から手放し状態であるとの判定結果が継続している間は、前記路面負荷変数の値を徐々に増加させ、前記路面負荷変数が所定の上限値に達すると、前記路面負荷変数の値を前記上限値に保持する、請求項1または2に記載のモータ制御装置。 If the spring constant and the viscous damping coefficient, the values of which are changed by the road load characteristic changing unit, are defined as road load variables, then
3. The motor control device according to claim 1, wherein, when the hands-on/off determination unit determines that the vehicle is in a hands-off state for a predetermined period of time in the driving assistance mode, the road load characteristic change unit gradually increases the value of the road load variable from that point on while the hands-on/off determination unit determines that the vehicle is in a hands-off state, and when the road load variable reaches a predetermined upper limit value, the road load characteristic change unit maintains the value of the road load variable at the upper limit value.
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