JP4470283B2 - Electric power steering device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動式パワーステアリング装置に関し、特に、低速度走行時におけるステアリング機構の戻り特性を改善した電動式パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電動式パワーステアリング装置は、トルクセンサにより検出された操舵トルクと車速センサにより検出された車両速度とに基づいて操舵機構に結合された操舵補助モータを駆動制御し、操舵補助力をステアリング機構に与えるもので、一般的には、低速度走行時には操舵補助モータによる操舵補助力を大きく設定してステアリングホイールの操作を軽く行えるようにし、高速走行時には操舵補助モータによる操舵補助力を小さく、或いは零に設定してステアリングホイールの操作を重くし、安全に走行できるように操舵補助モータを制御している。
【0003】
運転者が操向ハンドルを操作して車両がカーブを通過するとき、ステアリング装置はタイヤが路面から受ける反力により中立点、即ち直線走行位置に戻るような力を受ける。このため、車両がカーブを通過し終えたとき、運転者が操向ハンドルから手を離すと、ステアリング装置は路面から受ける反力により自然に中立点に復帰し、操向ハンドルは逆方向に回転する。このような動作は一般に「ハンドル戻し」と呼ばれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動式パワーステアリング装置では、操舵補助モータの回転を減速ギア機構を介して舵取り機構に伝達しているため、操舵補助モータの慣性モーメントや減速ギア機構の摩擦等が影響し、特に低速度走行時における「ハンドル戻し」即ちステアリング機構の戻りが悪いという不都合があつた。
【0005】
この対応としては、ステアリングシャフトに設けられた舵角センサを使用して舵角を検出し、操舵補助モータを駆動してステアリング機構を中立点、即ち車両が直線走行する位置に戻すように制御する必要があるが、舵角センサの取付誤差やステアリング機構の組立誤差等のため、舵角センサで検出された舵角が零の位置とステアリング機構が直線走行する位置(中立点)とは必ずしも一致しない。この発明は上記した種々の課題を解決することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決するもので、請求項1の発明は、少なくとも操舵トルク検出手段を備え、検出された操舵トルクに基づいて演算された電流指令値に基づいてステアリング機構に結合された操舵補助モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置において、ステアリングシャフトに入力された舵角を検出し、舵角速度を出力する舵角センサと、車速を検出する車速センサと、前記ステアリング機構の中立点を推定する中立点推定手段と、前記推定された中立点にステアリング機構を戻すように操舵補助モータの電流指令値を演算し、操舵補助モータを駆動制御する制御手段とを備え、前記中立点推定手段は、検出された舵角速度を入力とするファジー推論により推定した第1の中立点推定度と、検出された操舵トルクを入力とするファジー推論により推定した第2の中立点推定度と、第1の中立点推定度と第2の中立点推定度との積が零でない状態の継続時間と検出された車速を入力とするファジー推論により推定した第3の中立点推定度とに基づいてステアリング機構の中立点を推定する中立点推定手段であることを特徴とする。
【0007】
そして、前記制御手段は、前記中立点推定手段により推定された中立点情報を入力とするファジー推論により推定したハンドル戻し時の操舵補助モータの電流を規定する第1のパラメータ、ハンドル戻し時のデッドバンドの幅を規定する第2のパラメータ、及び車速に対応したゲインとに基づいて演算されたハンドル戻し時の補正電流指令値により操舵補助モータの電流指令値を補正する
【0009】
さらに、前記ステアリング機構は転がり式ラック・ピニオン機構を採用してもよい。
【0010】
また、ラック・ピニオン機構を採用する場合はピニオン軸から操舵補助モータ軸までの伝動機構中に弾性体を介在させる構成としてもよく、転がり式ラック・ピニオン機構を採用する場合はピニオン軸から操舵補助モータ軸までの伝動機構中に弾性体を介在させる構成としてもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】
[電動パワーステアリング装置の構成の概略]
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、この発明のハンドル戻し制御を実施するに適した電動パワーステアリング装置10の構成の概略を説明する図である。
【0012】
操向ハンドル11が取り付けられた舵輪軸12は、減速ギア27、ユニバーサルジョイント16a、16b、転がり式ラック・ピニオン機構17を経て操向車輪のタイロッド18に結合されている。舵輪軸12には、舵角を検出する舵角センサ13、及び操舵トルクを検出するトルクセンサ14が設けられており、また、操舵力を補助する操舵補助モータ25がクラッチ26、減速ギア27を介して操舵軸12に結合している。
【0013】
電動パワーステアリング装置を制御する電子制御回路20は、バッテリ21からイグニッションキー22を経て給電される。電子制御回路20はCPUで構成され、トルクセンサ14で検出された操舵トルクと車速センサ23で検出された車速に基づいて電流指令値を演算し、演算された電流指令値に基づいて操舵補助モータ25に供給する電流を制御する。なお、電子制御回路20のCPUは、このほか、以下に説明するハンドル戻しに関連する中立点の演算、ハンドル戻しの制御、その他の演算制御も行う。
【0014】
クラッチ26は電子制御回路20により制御されるもので、クラッチ26は通常の動作状態では結合しており、電子制御回路20により電動パワーステアリング装置の故障が判定されたとき、及び電源がOFFの場合に切り離される。
【0015】
図2は、上記した転がり式ラック・ピニオン機構17の要部の構成を示す断面図である。図2において、31は入力軸で、舵輪軸12の回転はユニバーサルジョイント16a、16bを経て入力軸31に伝達される。入力軸31の下部には回動可能にピニオン軸32が同軸的に装着されている。
【0016】
ピニオン軸32は、ギヤボックス30の内部に配置された軸受33a、33bにより支承される。ピニオン軸32の外周にはピニオン歯32aが形成され、ピニオン歯32aにラック軸34のラック歯34aが噛合し、ラック軸34を軸長方向(図2の表裏方向)に変位させてタイロッド18 (図1参照) を介して操舵輪(図示せず)に所望の舵角を付与するように構成されている。
【0017】
ラック軸34のラック歯34aとピニオン軸32のピニオン歯32aとの噛合関係を適切に保つために、以下説明するプレッシャーパッド部35が設けられ、ラック軸34をピニオン軸32に向けて所定の押圧力で押圧している。プレッシャーパッド部35は、ギヤボックス30からピニオン軸32の軸線方向と直交する方向に突出する略円筒形のハウジング30a内に設けられている。
【0018】
プレッシャーパッド部35は、ローラ36、ニードル軸受37、ピン軸38、軸受ホルダ39、パッド40、コイルスプリング41、アジャストスクリュウ42から構成されている。ハウジング30a内に配置された軸受ホルダ39にピン軸38が保持されており、このピン軸38にローラ36がニードル軸受37を介して回転自在に支持されている。
【0019】
ローラ36は、ラック軸34のラック歯34aが形成されている側と反対側の外周面34cに転がり接触するとともに、その反対側はパッド40に転がり接触している。コイルスプリング41がパッド40とアジャストスクリュウ42との間に配置されており、パッド40はコイルスプリング41の弾撥力によりローラ36をラック軸34に向けて押圧する。
【0020】
以上の構成により、アジヤストスクリュウ42を回転して軸方向に移動させることにより、コイルスプリング41によるパッド40及びローラ36を介してラック軸34に向かう押圧力を調整し、ラック歯34aとピニオン歯32aとの噛合状態を適切に設定することができる。このような転がり式ピニオン・ラック機構によれば、ピニオンとラックとの間に高い負荷が掛かる場合でも、適切な噛合状態が維持され、伝導効率を大幅に向上させることができる。
【0021】
図3は、操舵補助モータ25とウォームギヤ減速機構の構成を示す部分断面図である。この構成の特徴は、モータ25の減速機構に使用されるウォームホイール51とウォーム52とから構成されるウォームギヤ機構において、操舵補助モータ25の回転軸25aとウォーム軸52aとは、図示を省略してあるがスプライン結合されており、ウォーム軸52aは軸方向に移動可能に構成されている。なお、50はウォームギヤ機構のケーシングを示す。
【0022】
この構成において、ウォーム軸52aの両端のフランジ部52cとウォーム軸受53との間に弾性体であるゴムパッド54を配置してある。なお、55はウォーム軸受53とゴムパッド54との間に挿入されたブッシュを示す。
【0023】
この構成によれば、ウォーム軸52aに大きな軸方向の力、例えばキックバック力が作用した場合、ウォーム軸52aは軸方向に移動して過大な負荷を逃すことができる。即ち、路面からキックバックを受けてウォームホイール51が回転したとき、ゴムパッド54の弾性域(移動可能範囲)では、ウォームホイール51の回転はウォームホイール51に噛合するウォーム52のウォーム軸52aに発生するトルクが操舵補助モータ25の摩擦力及び慣性力に打ち勝つまではウォーム軸52aは軸方向に変位し、操舵補助モータ25に伝達されない。
【0024】
即ち、路面からのキックバックをウォームホイール51が受け、ウォームホイール51が回転力を受けても、ゴムパッド54が弾性変形してウォーム軸52aは軸方向に移動し、キックバックの衝撃がゴムパッド54に吸収される。
【0025】
このような構造によれば、ゴムパッド54によるウォーム軸52aの移動可能範囲では、キックバック力が操舵補助モータ25に作用せず、また、ラック・ピニオン機構に負荷が集中することを防ぐことができる。また、このような構造によれば、ゴムパッド54の制振作用により、転がり式ラック・ピニオン機構の欠点である制振作用の不足を補うので、ラトル音の発生を防ぐことができる。
【0026】
[ハンドル戻し制御]
次に、本発明の特徴部分であるハンドル戻し制御について説明する。運転者が操向ハンドルを操作して車両がカーブを通過するとき、ステアリング装置はタイヤが路面から受ける抵抗により中立点、即ち直線走行位置に戻るような力を受ける。このため、車両がカーブを通過し終えたとき、運転者が操向ハンドルから手を離すと、ステアリング装置は路面から受ける抵抗により自然に中立点に復帰し、操向ハンドルは逆方向に回転する。このような動作を一般に「ハンドル戻し」と呼ばれている。
【0027】
電動パワーステアリング装置では、操舵補助モータと操舵軸との間に減速機構が設けられているから、減速機構の摩擦等によりステアリング装置の中立点への復帰が悪くなる。このため、操舵補助モータを駆動してステアリング装置を中立点へ復帰させるように制御する必要がある。
【0028】
この場合、前記したように中立点と実際に車両が直線走行する位置とはずれている場合があるので、実際に車両が直線走行する中立点を推定する必要がある。また、推定した中立点には誤差が含まれるから、推定中立点を挟んで所定の舵角範囲では操舵補助モータを駆動する電流値を零に設定するデッドバンドを設けることで、推定中立点の誤差に基づく操舵の際の違和感を解消できる。
【0029】
さらに、中立点の推定の際の誤差が小さくなつたときは、それに応じてデッドバンドの幅を小さく設定することで、デッドバンドの幅が固定値の場合よりも操舵の際の違和感なしに、良好なハンドル戻しが得られる。
【0030】
次に、中立点の推定の手法について説明する。中立点の推定はファジー推論の手法によるもので、図4はファジー推論により中立点の推定を行う中立点推定部200の構成を説明する図である。なお、図4に示す中立点推定部200は電子制御回路20のCPUで実行される機能を示したものである。
【0031】
図4において、210は舵角速度ωを入力として舵角速度ωに関連する中立点推定度C1 を出力する第1のファジー推論器である。車両が直進している状態では操向ハンドルは操作されてなく、舵角速度ω=0のはずである。従つて第1のファジー推論器210では、舵角速度ω=0(零)のときC1 =1を出力し、舵角速度ωが零以外ではωの絶対値が大きくなる程小さい値C1 (C1 <1)を出力するようにメンバーシップ関数が設定されている。
【0032】
220は操舵トルクTを入力として操舵トルクTに関連する中立点推定度C2 を出力する第2のファジー推論器である。車両が直進している状態では操向ハンドルは操作されてなく、操舵トルクT=0のはずである。従つて、第2のファジー推論器220では、操舵トルクT=0(零)のときC2 =1を出力し、操舵トルクTが零以外ではTの絶対値が大きくなる程小さい値C2 (C2 <1)を出力するようにメンバーシップ関数が設定されている。
【0033】
240は車速Vと前記C1 とC2 との積が零でない(C1 ×C2 ≠0)状態の経過時間tを入力とし、車速Vと前記C1 とC2 との積が零でない(C1 ×C2 ≠0)状態の経過時間tに関連する中立点推定度C4 を出力する第3のファジー推論器である。車両が直進している状態は車速Vが高い程その状態が維持される確立が高く、また、操向ハンドルが中立点にある確立が高い。そこで、第3のファジー推論器240では、車速Vが高速であるほどC4 の値が高くなるように、また、その状態が継続する経過時間tが長い程C4 の値が高くなるようにメンバーシップ関数が設定されている。
【0034】
停車中或いは車速Vが時速30km程度までの低速領域では、パーキングのための操舵が行なわれている可能性が高いので、操向ハンドルが中立点にある状態が少なく、またパーキングの際に、操向ハンドルを切つた状態でパーキングする場合もあるから、低速領域で中立点の推定を行うと中立点を誤る可能性が高い。このため、時速30km以下では中立点推定度C4 を、C4 =0(零)に設定しておく。
【0035】
中立点推定部200は、上記した第1のファジー推論器210の中立点推定度C1 と第2のファジー推論器220の中立点推定度C2 とを入力として乗算し、出力C3 を出力する乗算器230と、乗算器230の出力C3 と上記した第3のファジー推論器240の中立点推定度C4 とを入力として乗算し、中立点推定度C5 を出力する乗算器250とを備え、中立点の推定を行う。
【0036】
中立点推定度C5 はメモリに格納されている前回中立点推定度Cm と比較され、C5 ≧Cm 、即ち今回の中立点推定度C5 の方が高い場合は、メモリに格納されている中立点推定度Cm をC5 で更新し、今回演算された中立点推定度が決定された中立点推定度C5 を中立点推定度Cm として出力される。
【0037】
このように、今回の中立点推定度C5 の方が高い場合には、前回中立点推定度Cm を更新することで、中立点の推定精度を高めることができる。以下、中立点の推定処理を図5のフローチヤートを参照して説明する。
【0038】
まず、舵輪軸12に設けられた舵角センサ13で検出された舵角θrを読取り、1回目の検出か否かを判定する(ステップP1、P2)。1回目の検出であれば、不揮発性メモリに書き込まれてある前回の中立点の値θmを初期推定中立点θcとし、中立点推定度メモリに格納されている推定度Cm を0にクリヤする(ステップP3)。ステップP2の判定で1回目の検出でない場合はステップP3の処理は省かれる。
【0039】
舵角センサ13から出力される舵角速度ωを読み取り(ステップP4)、検出舵角θrと推定中立点θcとの差(θ=θr−θc)を、推定中立点θcを基準とした舵角θとして演算する(ステップP5)。
【0040】
前記した第1のファジー推論器210の処理、即ち舵角速度ωを入力として中立点推定度C1 を演算し(ステップP6)、前記した第2のファジー推論器220の処理、即ち操舵トルクTを入力として中立点推定度C2 を演算する(ステップP7)。さらに、乗算器230により中立点推定度C1 とC2 を乗算して中立点推定度C3 を求め(ステップP8)、中立点推定の精度を高める。
【0041】
中立点推定度C3 が零か否かを判定し(ステップP9)、零でない値であれば操向ハンドルは中立点付近にあると推定し、その状態の継続時間tをカウントし(ステップP10)、零のときは操向ハンドルは中立点以外にあると推定し、その状態の継続時間tをカウントするカウンタをリセットする(ステップP11)。
【0042】
前記した第3のファジー推論器240の処理を行う。即ち、車速V及び前記継続時間tを入力とし、中立点推定度C4 を演算する(ステップP12)。さらに、乗算器250により中立点推定度C3 とC4 を乗算して中立点推定度C5 を求め(ステップP13)、中立点推定の精度を高める。
【0043】
メモリに格納されている前回中立点推定度Cm と今回演算して得られた中立点推定度C5 とを比較し(ステップP14)、C5 ≧Cm 、即ち今回の中立点推定度C5 のほうが高い場合は、その時の舵角θrを推定中立点θcとし(θc←θr)、不揮発性メモリに格納されている中立点の舵角θmを舵角θrで更新し(θm←θr)、前回中立点推定度メモリに格納されている推定度Cm をC5 で更新(Cm ←C5 )する(ステップP15)。
【0044】
ステップP14の判定で、C5 ≧Cm でない場合は、ステップP15の更新処理は行なわない。以上で中立点推定処理を終了し、主ルーチンに戻る。
【0045】
次に、中立点の推定処理の結果を使用して実行されるハンドル戻し制御部について説明する。図6はハンドル戻し制御部400の構成を説明する図である。
【0046】
図6において、310は先に決定された中立点推定度Cm を入力として、ハンドル戻し時の操舵補助モータの電流を規定する電流指令値の大きさを決定するパラメータKを出力するファジー推論器である。中立点推定度Cm の推定精度が高まれば、パラメータKは次第に大きくなり最終的には1となるように設定されている。
【0047】
また、320は先に決定された中立点推定度Cm を入力として、ハンドル戻し時の操舵補助モータへ供給する電流値を零に設定するデッドバンドの幅を決定するパラメータDを出力するファジー推論器である。中立点推定度Cm の推定精度が高まれば、パラメータDは次第に小さくなり最終的には零になるように設定されている。
【0048】
また、340はハンドル戻し時における車速に対応する電流指令値IrのゲインGを決定する演算器で、低車速では高ゲインのパラメータが出力され、高車速になるほど低ゲインのパラメータが出力されるように設定されている。
【0049】
330は、ハンドル戻し時の操舵補助モータへ供給する電流指令値を決定する演算器で、舵角θに対して電流指令値Irを図示の特性ように設定する。即ち、デッドバンドの幅DDは、舵角θに対して予め設定されている設定値θd1にファジー推論部から出力されたパラメータDを乗算した値(D×θd1)に、舵角θに対して予め設定されている設定値θd2を加算した値{(D×θd1)+θd2}に設定する。中立点推定度Cm の推定精度が高まれば、デッドバンドの幅DDは次第に狭くなり、最終的には設定値θd2の幅となる。
【0050】
これにより、中立点推定度Cm が低い場合、即ち推定誤差が大きい場合は、パラメータDの値が大きくなるから、デッドバンドの幅DDは広く設定されると共に、パラメータKの値が小さくなるため、ハンドル戻しのための電流指令値Irは小さく設定され、推定誤差が大きくても安全にハンドルを中立点に戻すことができる。
【0051】
また、中立点推定度Cm が高い場合、即ち推定誤差が小さい場合は、パラメータDの値が小さくなるから、デッドバンドの幅DDは狭く設定されると共に、パラメータKの値が大きくなるため、ハンドル戻しのための電流指令値Irは大きく設定され、迅速にハンドルを中立点に戻すことができる。
【0052】
ハンドル戻し時の電流指令値Irは、ファジー推論器から出力されたパラメータKに係数Mを乗算した値(K×M)で決定される。係数Mは電流指令値Irの勾配を決定するもので、舵角が大きくなる程電流指令値Irが大きくなるように設定されている。
【0053】
図7は、上記した中立点推定度Cm が低い場合と高い場合とについて、舵角θとハンドル戻し時の電流指令値Irの関係を示すもので、線▲1▼は中立点推定度Cm が低い場合を、線▲2▼は中立点推定度Cm が高い場合を示している。図7から明らかなように、中立点推定度Cm が低い場合は舵角θが大きくともハンドル戻し時の電流指令値Irは小さく設定され、推定誤差があつても安全にハンドルを中立点に戻すことができることを示し、また、中立点推定度Cm が高い場合は、舵角θが小さくともハンドル戻し時の電流指令値Irは大きく設定され、迅速にハンドルを中立点に戻すことができることを示している。
【0054】
ハンドル戻し時の電流指令値Irと、演算器340から出力される車速に対応したゲインGとは、乗算器350で乗算され、操舵補助モータに供給される電流指令値Iを補正する補正電流指令値Irhが出力される。
【0055】
ハンドル戻し時の電流指令値Irと車速に対応したゲインGとを乗算することにより、車速が高速の場合は補正電流指令値Irhは小さく設定されるから安全にハンドルを中立点に戻すことができる。また、車速が低速の場合は補正電流指令値Irhは大きく設定されるから軽いハンドル操作によりハンドル中立点に戻すことができる。以下、上記したハンドル戻し制御部の処理を図8のフローチヤートを参照して説明する。
【0056】
まず、中立点推定処理で使用された舵角θrと、舵角θrと推定中立点θcとの差(θ=θr−θc)を読み出す(ステップP21、P22)。ファジー推論部310に先に求めた中立点推定度Cm を入力し、パラメータKを演算し、ファジー推論部320に先に求めた中立点推定度Cm を入力し、パラメータDを演算する(ステップP23、P24)。
【0057】
演算部330において、ハンドル戻し時の操舵補助モータへ供給する電流指令値Irを演算し(ステップP25)、ゲインGを演算する演算部340において車速に対するゲインGを演算する(ステップP26)。さらに電流指令値IrとゲインGを乗算してハンドル戻し時における補正電流指令値Irhを演算し(ステップP27)、処理を終了して主ルーチンに戻る。
【0058】
[電子制御回路]
図9は、電子制御回路20の構成を示すブロック図である。電子制御回路20はCPUで構成されており、図9はその機能を示すブロック図である。
【0059】
操舵トルクTは操舵補助モータへ供給する電流指令値を演算する操舵補助指令値演算部100及びセンタ応答性改善部101に入力され、各出力は加算器102において加算され、加算結果はトルク制御演算部103に入力される。
【0060】
トルク制御演算部103の出力はモータロス電流補償部104に入力され、その出力は、加算器105を経て最大電流制限部106に入力され、最大電流値が制限されて電流制御部110に入力される。電流制御部110の出力は、Hブリッジ特性補償部111を経て電流ドライブ回路112に入力され、操舵補助モータ25を駆動する。
【0061】
操舵補助モータ25の電流値iは、モータ電流オフセット補正部120を経てモータ角速度推定部121、電流ドライブ切換部122及び電流制御部110に入力され、モータ端子電圧Vmはモータ角速度推定部121に入力される。
【0062】
また、電流ディザ信号発生部130が設けられており、電流ディザ信号発生部130からの出力とモータ角加速度推定部・慣性補償部123の出力は加算器131で加算され、その加算結果は加算器105でモータロス電流補償部104の出力と加算される。
【0063】
モータ角速度推定部121で推定された角速度ωmはモータ角加速度推定部・慣性補償部123、モータロストルク補償部124及びヨーレート推定部125に入力される。ヨーレート推定部125の出力は収れん制御部126に入力され、収れん制御部126の出力及びモータロストルク補償部124は加算器127で加算される。なお、以上説明した電子制御回路20の構成と機能の詳細は、本出願人が先に出願した特願2000−154284号明細書に開示されている。
【0064】
さらに、電子制御回路20には、先に説明したハンドル戻し時の制御を行うために、中立点推定部200とハンドル戻し制御部400が付加されている。
【0065】
即ち、操舵トルクT、車速V、舵角θr及び舵角速度ωを入力とする中立点推定部200から出力された中立点推定度Cm はハンドル戻し制御部400に入力される。
【0066】
ハンドル戻し制御部400から出力されたハンドル戻し時の電流指令値を補正する補正電流指令値Irhと加算器127の出力とは、加算器150で加算され、その加算結果は、操舵補助指令値演算部100及びセンタ応答性改善部101の出力と加算器102において加算され、ハンドル戻し時に適した操舵補助のための電流指令値Iの補正が行なわれる。
【0067】
以上説明したこの発明の実施の形態では、電動パワーステアリング装置に転がり式ピニオン・ラック機構を採用しているが、これは従来のピニオン・ラック機構よりも機構部の摩擦を低減することができるので、この発明によるハンドル戻し制御と組み合わせることでステアリング機構の中立点への戻りを一層良くすることができる。このほか、中立点への戻りが良くなるので、ハンドル戻し制御における中立点の推定精度を高めることができる等の効果が得られる。
【0068】
【発明の効果】
以上詳細に説明したとおり、この発明によれば、ステアリング機構の中立点を推定するに際して、検出された舵角、舵角速度、操舵トルクに基づいて中立点を推定し、推定した中立点にステアリング機構を戻すように操舵補助モータの電流指令値を演算し、操舵補助モータを駆動制御するものである。
【0069】
舵角、舵角速度、操舵トルク等の多数のパラメータを使用して中立点を推定し、繰り返し演算により推定値を更新するから、精度の高い中立点の推定を行うことができる。
【0070】
また、推定した中立点情報を入力とするファジー推論によりハンドル戻し時の操舵補助モータの電流を規定するパラメータ、ハンドル戻し時のデッドバンドの幅を規定するパラメータ、車速に対応した操舵補助モータの電流を規定するパラメータなど多数のパラメータを使用して操舵補助モータの電流指令値を補正するから中立点推定値の精度が高く、ハンドル戻し時に精度よくステアリング機構を戻すことができ、良好な操舵感覚の電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【0071】
さらに、ハンドル戻し制御と転がり式ピニオン・ラック機構を組み合わせるときはステアリング機構の中立点への戻りを一層改善することができ、さらに良好な操舵感覚の電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ハンドル戻し制御を実施するに適した電動パワーステアリング装置の構成の概略を説明する図。
【図2】転がり式ピニオン・ラック機構の要部の構成を示す断面図。
【図3】操舵補助モータとそのモータの減速機構の構成を示す部分断面図。
【図4】中立点の推定を行うファジー推論部の構成を説明する図。
【図5】中立点の推定処理を説明するフローチヤート。
【図6】ハンドル戻し制御部の構成を説明する図。
【図7】中立点推定度が低い場合と高い場合とについて、舵角θとハンドル戻し時の電流指令値Irの関係を示す図。
【図8】ハンドル戻し制御部におけるハンドル戻し処理を説明するフローチヤート。
【図9】電子制御回路の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
10 電動パワーステアリング装置
11 操向ハンドル
12 舵輪軸
13 舵角センサ
14 トルクセンサ
16a、16b ユニバーサルジョイント
17 転がり式ラック・ピニオン機構
18 タイロッド
20 電子制御回路
23 車速センサ
25 操舵補助モータ
26 クラッチ
27 減速ギア
30 ギヤボックス
31 入力軸
32 ピニオン軸
34 ラック軸
35 プレッシャーパッド部
36 ローラ
37 ニードル軸受
38 ピン軸
39 軸受ホルダ
41 コイルスプリング
51 ウォームホイール
52 ウォーム
52a ウォーム軸
54 ゴムパッド
200 中立点推定部
210 第1のファジー推論器
220 第2のファジー推論器
230 乗算器
240 第3のファジー推論器
250 乗算器
310 パラメータKを出力するファジー推論器
320 パラメータDを出力するファジー推論器
340 ゲインGを決定する演算器
350 乗算器
400 ハンドル戻し制御部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering device, and more particularly to an electric power steering device that improves the return characteristics of a steering mechanism during low-speed traveling.
[0002]
[Prior art]
The electric power steering device drives and controls a steering assist motor coupled to the steering mechanism based on the steering torque detected by the torque sensor and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor, and gives the steering assist force to the steering mechanism. In general, when the vehicle is traveling at low speed, the steering assist force by the steering assist motor is set to be large so that the steering wheel can be operated lightly. At high speeds, the steering assist force by the steering assist motor is reduced or reduced to zero. The steering assist motor is controlled so that the steering wheel operation is set to be heavy and the vehicle can travel safely.
[0003]
When the driver operates the steering wheel and the vehicle passes a curve, the steering device receives a force that causes the tire to return to the neutral point, that is, the linear traveling position, by a reaction force that the tire receives from the road surface. For this reason, when the driver finishes passing the curve, if the driver releases his hand from the steering wheel, the steering device will naturally return to the neutral point due to the reaction force received from the road surface, and the steering wheel will rotate in the opposite direction. To do. Such an operation is generally called “handle return”.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional electric power steering device, the rotation of the steering assist motor is transmitted to the steering mechanism via the reduction gear mechanism. There is a disadvantage that the steering wheel is not properly returned during driving, that is, the steering mechanism does not return properly.
[0005]
As a countermeasure, the steering angle is detected by using a steering angle sensor provided on the steering shaft, and the steering assist motor is driven to control the steering mechanism to return to the neutral point, that is, the position where the vehicle travels linearly. Although it is necessary, due to the steering angle sensor mounting error and the steering mechanism assembly error, the position where the steering angle detected by the steering angle sensor is zero and the position where the steering mechanism runs straight (neutral point) are not necessarily the same. do not do. The object of the present invention is to solve the various problems described above.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above problems, and the invention of claim 1 includes at least a steering torque detecting means, and is coupled to the steering mechanism based on a current command value calculated based on the detected steering torque. Detects the steering angle input to the steering shaft in an electric power steering device that drives and controls the steering assist motor Output rudder angular velocity A rudder angle sensor to A vehicle speed sensor for detecting the vehicle speed; Neutral point estimating means for estimating a neutral point of the steering mechanism, and control means for calculating a current command value of the steering auxiliary motor so as to return the steering mechanism to the estimated neutral point, and driving and controlling the steering auxiliary motor; The neutral point estimation means includes a first neutral point estimation degree estimated by fuzzy inference using the detected rudder angular velocity as input, and a second estimated by fuzzy inference using the detected steering torque as input. The third neutral point estimated by fuzzy inference using the duration of the state where the product of the neutral point estimate, the first neutral point estimate and the second neutral point estimate is not zero, and the detected vehicle speed as inputs. It is a neutral point estimation means that estimates the neutral point of the steering mechanism based on the estimation degree It is characterized by.
[0007]
And The control means is a first parameter that defines the current of the steering assist motor at the time of returning the steering wheel estimated by fuzzy inference using the neutral point information estimated by the neutral point estimating means, and a dead band at the time of returning the steering wheel. The current command value of the steering assist motor is corrected by the correction current command value at the time of returning the steering wheel calculated based on the second parameter that defines the width and the gain corresponding to the vehicle speed. .
[0009]
Furthermore, the steering mechanism may employ a rolling rack and pinion mechanism.
[0010]
If a rack and pinion mechanism is used, an elastic body may be interposed in the transmission mechanism from the pinion shaft to the steering assist motor shaft. If a rolling rack and pinion mechanism is used, steering assistance is provided from the pinion shaft. An elastic body may be interposed in the transmission mechanism up to the motor shaft.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Outline of configuration of electric power steering apparatus]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining the outline of the configuration of an electric power steering apparatus 10 suitable for carrying out the steering wheel return control of the present invention.
[0012]
The steering wheel shaft 12 to which the steering handle 11 is attached is coupled to a tie rod 18 of a steering wheel via a reduction gear 27, universal joints 16a and 16b, and a rolling rack and pinion mechanism 17. The steering wheel shaft 12 is provided with a steering angle sensor 13 for detecting a steering angle and a torque sensor 14 for detecting a steering torque. A steering assist motor 25 for assisting a steering force is provided with a clutch 26 and a reduction gear 27. Via the steering shaft 12.
[0013]
The electronic control circuit 20 that controls the electric power steering device is supplied with power from the battery 21 via the ignition key 22. The electronic control circuit 20 is composed of a CPU, calculates a current command value based on the steering torque detected by the torque sensor 14 and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 23, and the steering assist motor based on the calculated current command value. The electric current supplied to 25 is controlled. In addition, the CPU of the electronic control circuit 20 also performs neutral point calculation, handle return control, and other calculation control related to the handle return described below.
[0014]
The clutch 26 is controlled by the electronic control circuit 20, and the clutch 26 is engaged in a normal operation state. When the electronic control circuit 20 determines that the electric power steering device has failed and the power is OFF. Separated.
[0015]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of the rolling rack and pinion mechanism 17 described above. In FIG. 2, 31 is an input shaft, and the rotation of the steering wheel shaft 12 is transmitted to the input shaft 31 via the universal joints 16a and 16b. A pinion shaft 32 is coaxially attached to the lower portion of the input shaft 31 so as to be rotatable.
[0016]
The pinion shaft 32 is supported by bearings 33 a and 33 b arranged inside the gear box 30. Pinion teeth 32a are formed on the outer periphery of the pinion shaft 32, the rack teeth 34a of the rack shaft 34 mesh with the pinion teeth 32a, and the rack shaft 34 is displaced in the axial length direction (front and back direction in FIG. 2) to tie rod 18 ( 1), a desired steering angle is given to a steered wheel (not shown).
[0017]
In order to properly maintain the meshing relationship between the rack teeth 34 a of the rack shaft 34 and the pinion teeth 32 a of the pinion shaft 32, a pressure pad portion 35 described below is provided, and the rack shaft 34 is directed toward the pinion shaft 32 with a predetermined pushing force. Pressing with pressure. The pressure pad portion 35 is provided in a substantially cylindrical housing 30 a that protrudes from the gear box 30 in a direction orthogonal to the axial direction of the pinion shaft 32.
[0018]
The pressure pad portion 35 includes a roller 36, a needle bearing 37, a pin shaft 38, a bearing holder 39, a pad 40, a coil spring 41, and an adjusting screw 42. A pin shaft 38 is held by a bearing holder 39 disposed in the housing 30 a, and a roller 36 is rotatably supported by the pin shaft 38 via a needle bearing 37.
[0019]
The roller 36 is in rolling contact with the outer peripheral surface 34 c of the rack shaft 34 opposite to the side where the rack teeth 34 a are formed, and the opposite side is in rolling contact with the pad 40. A coil spring 41 is disposed between the pad 40 and the adjustment screw 42, and the pad 40 presses the roller 36 toward the rack shaft 34 by the elastic force of the coil spring 41.
[0020]
With the above configuration, the thrust screw 42 is rotated and moved in the axial direction, thereby adjusting the pressing force of the coil spring 41 toward the rack shaft 34 via the pad 40 and the roller 36, and the rack teeth 34a and the pinion teeth. The meshing state with 32a can be set appropriately. According to such a rolling pinion rack mechanism, even when a high load is applied between the pinion and the rack, an appropriate meshing state is maintained, and the conduction efficiency can be greatly improved.
[0021]
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing configurations of the steering assist motor 25 and the worm gear reduction mechanism. The feature of this configuration is that in the worm gear mechanism including the worm wheel 51 and the worm 52 used for the speed reduction mechanism of the motor 25, the rotation shaft 25a and the worm shaft 52a of the steering assist motor 25 are not shown. However, the worm shaft 52a is configured to be movable in the axial direction. Reference numeral 50 denotes a casing of the worm gear mechanism.
[0022]
In this configuration, rubber pads 54, which are elastic bodies, are disposed between the flange portions 52c at both ends of the worm shaft 52a and the worm bearing 53. Reference numeral 55 denotes a bush inserted between the worm bearing 53 and the rubber pad 54.
[0023]
According to this configuration, when a large axial force such as a kickback force is applied to the worm shaft 52a, the worm shaft 52a can move in the axial direction to release an excessive load. That is, when the worm wheel 51 is rotated by receiving a kickback from the road surface, the rotation of the worm wheel 51 is generated in the worm shaft 52 a of the worm 52 meshing with the worm wheel 51 in the elastic region (movable range) of the rubber pad 54. Until the torque overcomes the frictional force and inertial force of the steering assist motor 25, the worm shaft 52a is displaced in the axial direction and is not transmitted to the steering assist motor 25.
[0024]
That is, even when the worm wheel 51 receives kickback from the road surface and the worm wheel 51 receives rotational force, the rubber pad 54 is elastically deformed and the worm shaft 52a moves in the axial direction, and the kickback impact is applied to the rubber pad 54. Absorbed.
[0025]
According to such a structure, the kickback force does not act on the steering assist motor 25 in the movable range of the worm shaft 52a by the rubber pad 54, and it is possible to prevent the load from being concentrated on the rack and pinion mechanism. . Further, according to such a structure, the vibration damping action of the rubber pad 54 compensates for the lack of the vibration damping action, which is a drawback of the rolling rack and pinion mechanism, so that the generation of rattle noise can be prevented.
[0026]
[Handle return control]
Next, handle return control, which is a feature of the present invention, will be described. When the driver operates the steering wheel and the vehicle passes the curve, the steering device receives a force that returns the tire to the neutral point, that is, the straight running position, due to the resistance that the tire receives from the road surface. For this reason, when the driver finishes passing the curve, if the driver releases his hand from the steering handle, the steering device naturally returns to the neutral point due to the resistance received from the road surface, and the steering handle rotates in the reverse direction. . Such an operation is generally called “handle return”.
[0027]
In the electric power steering device, since the speed reduction mechanism is provided between the steering assist motor and the steering shaft, the return to the neutral point of the steering device becomes worse due to friction of the speed reduction mechanism. For this reason, it is necessary to drive the steering assist motor to control the steering device to return to the neutral point.
[0028]
In this case, as described above, the neutral point may be displaced from the position where the vehicle actually travels in a straight line, so it is necessary to estimate the neutral point where the vehicle actually travels in a straight line. In addition, since the estimated neutral point includes an error, by providing a dead band that sets the current value for driving the steering assist motor to zero within a predetermined steering angle range across the estimated neutral point, the estimated neutral point is The uncomfortable feeling during steering based on the error can be eliminated.
[0029]
Furthermore, when the error in estimating the neutral point becomes small, by setting the width of the dead band accordingly, there is no sense of incongruity during steering than when the dead band width is a fixed value. Good handle return is obtained.
[0030]
Next, a neutral point estimation method will be described. The estimation of the neutral point is based on a fuzzy reasoning method, and FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the neutral point estimation unit 200 that estimates the neutral point by fuzzy reasoning. The neutral point estimation unit 200 shown in FIG. 4 shows a function executed by the CPU of the electronic control circuit 20.
[0031]
In FIG. 4, reference numeral 210 denotes a first fuzzy inference device that receives the steering angular velocity ω and outputs a neutral point estimation degree C1 related to the steering angular velocity ω. When the vehicle is traveling straight, the steering handle is not operated and the steering angular velocity ω should be zero. Therefore, the first fuzzy inference unit 210 outputs C1 = 1 when the steering angular velocity ω = 0 (zero), and the smaller value C1 (C1 <1 as the absolute value of ω increases when the steering angular velocity ω is not zero. ) Is set to output the membership function.
[0032]
Reference numeral 220 denotes a second fuzzy inference device which receives the steering torque T and outputs a neutral point estimation degree C2 related to the steering torque T. When the vehicle is traveling straight, the steering handle is not operated and the steering torque T should be zero. Therefore, the second fuzzy inference unit 220 outputs C2 = 1 when the steering torque T = 0 (zero), and the smaller value C2 (C2 <C2 <C2 <C) when the steering torque T is not zero. The membership function is set to output 1).
[0033]
In 240, an elapsed time t in which the product of the vehicle speed V and the C1 and C2 is not zero (C1 × C2 ≠ 0) is input, and the product of the vehicle speed V and the C1 and C2 is not zero (C1 × C2 ≠ 0). ) A third fuzzy inference unit that outputs a neutral point estimation degree C4 related to the elapsed time t of the state. When the vehicle is traveling straight, the higher the vehicle speed V, the higher the probability that the state is maintained, and the higher the probability that the steering handle is at the neutral point. Therefore, in the third fuzzy inference device 240, the membership is such that the higher the vehicle speed V, the higher the value of C4, and the longer the elapsed time t during which the state continues, the higher the value of C4. A function is set.
[0034]
When the vehicle is stopped or in a low speed region where the vehicle speed V is up to about 30 km / h, there is a high possibility that steering for parking is being performed, so the steering handle is less likely to be at the neutral point. Since parking may be performed with the direction handle turned off, if the neutral point is estimated in the low speed region, there is a high possibility that the neutral point will be mistaken. For this reason, the neutral point estimation degree C4 is set to C4 = 0 (zero) at a speed of 30 km / h or less.
[0035]
The neutral point estimation unit 200 multiplies the neutral point estimation C1 of the first fuzzy inference unit 210 and the neutral point estimation C2 of the second fuzzy inference unit 220 as inputs, and outputs an output C3. 230 and a multiplier 250 that multiplies the output C3 of the multiplier 230 and the neutral point estimate C4 of the third fuzzy inference unit 240 described above as inputs and outputs a neutral point estimate C5. Make an estimate.
[0036]
The neutral point estimation degree C5 is compared with the previous neutral point estimation degree Cm stored in the memory. When C5 ≧ Cm, that is, when the current neutral point estimation degree C5 is higher, the neutral point estimation degree C5 is stored in the memory. The degree Cm is updated with C5, and the neutral point estimation degree C5 for which the neutral point estimation degree calculated this time is determined is output as the neutral point estimation degree Cm.
[0037]
Thus, when the current neutral point estimation degree C5 is higher, the neutral point estimation accuracy can be increased by updating the previous neutral point estimation degree Cm. Hereinafter, the neutral point estimation process will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0038]
First, the rudder angle θr detected by the rudder angle sensor 13 provided on the rudder wheel shaft 12 is read to determine whether or not it is the first detection (steps P1, P2). In the case of the first detection, the previous neutral point value θm written in the nonvolatile memory is set as the initial estimated neutral point θc, and the estimated degree Cm stored in the neutral point estimated degree memory is cleared to 0 ( Step P3). If it is not the first detection in step P2, the process of step P3 is omitted.
[0039]
The steering angular velocity ω output from the steering angle sensor 13 is read (step P4), and the difference (θ = θr−θc) between the detected steering angle θr and the estimated neutral point θc is the steering angle θ based on the estimated neutral point θc. (Step P5).
[0040]
The processing of the first fuzzy inference unit 210, that is, the neutral point estimation degree C1 is calculated with the steering angular speed ω as an input (step P6), and the processing of the second fuzzy inference unit 220, that is, the steering torque T is input. The neutral point estimation degree C2 is calculated as follows (step P7). Further, the multiplier 230 multiplies the neutral point estimation degrees C1 and C2 to obtain the neutral point estimation degree C3 (step P8), thereby improving the accuracy of the neutral point estimation.
[0041]
It is determined whether or not the neutral point estimation degree C3 is zero (step P9). If the neutral point estimation degree C3 is not zero, it is estimated that the steering handle is near the neutral point, and the duration t of the state is counted (step P10). When zero, the steering handle is presumed to be at a position other than the neutral point, and the counter for counting the duration t of the state is reset (step P11).
[0042]
The third fuzzy inference unit 240 described above is processed. That is, the vehicle speed V and the duration t are input, and the neutral point estimation degree C4 is calculated (step P12). Further, the multiplier 250 multiplies the neutral point estimation degrees C3 and C4 to obtain the neutral point estimation degree C5 (step P13), thereby improving the accuracy of the neutral point estimation.
[0043]
The previous neutral point estimate Cm stored in the memory is compared with the neutral point estimate C5 obtained by this calculation (step P14), and C5 ≧ Cm, that is, the current neutral point estimate C5 is higher. Sets the steering angle θr at that time as the estimated neutral point θc (θc ← θr), updates the steering angle θm of the neutral point stored in the nonvolatile memory with the steering angle θr (θm ← θr), and estimates the previous neutral point The estimated degree Cm stored in the degree memory is updated with C5 (Cm ← C5) (step P15).
[0044]
If C5 ≧ Cm is not satisfied in step P14, the updating process in step P15 is not performed. The neutral point estimation process is thus completed, and the process returns to the main routine.
[0045]
Next, the steering wheel return control unit executed using the result of the neutral point estimation process will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the handle return control unit 400.
[0046]
In FIG. 6, 310 is a fuzzy inference device that receives the previously determined neutral point estimation degree Cm and outputs a parameter K that determines the magnitude of a current command value that defines the current of the steering assist motor when the steering wheel is returned. is there. If the estimation accuracy of the neutral point estimation degree Cm increases, the parameter K is gradually increased and finally set to 1.
[0047]
Further, 320 is a fuzzy inference device that outputs the parameter D for determining the width of the dead band for setting the current value supplied to the steering assist motor at the time of returning the steering wheel to zero by using the previously determined neutral point estimation degree Cm as an input. It is. If the estimation accuracy of the neutral point estimation degree Cm is increased, the parameter D is set to gradually decrease and finally become zero.
[0048]
Reference numeral 340 denotes an arithmetic unit that determines the gain G of the current command value Ir corresponding to the vehicle speed when the steering wheel is returned. A high gain parameter is output at a low vehicle speed, and a low gain parameter is output as the vehicle speed increases. Is set to
[0049]
Reference numeral 330 denotes an arithmetic unit that determines a current command value to be supplied to the steering assist motor when the steering wheel is returned, and sets the current command value Ir to the steering angle θ as shown in the illustrated characteristic. That is, the dead band width DD is obtained by multiplying the steering angle θ by a value (D × θd1) obtained by multiplying the setting value θd1 preset with respect to the steering angle θ by the parameter D output from the fuzzy inference unit. A value {(D × θd1) + θd2} obtained by adding a preset setting value θd2 is set. If the estimation accuracy of the neutral point estimation degree Cm increases, the dead band width DD gradually becomes narrower and finally becomes the width of the set value θd2.
[0050]
As a result, when the neutral point estimation degree Cm is low, that is, when the estimation error is large, the value of the parameter D increases, so the deadband width DD is set wide and the value of the parameter K decreases. The current command value Ir for returning the steering wheel is set small, and the steering wheel can be safely returned to the neutral point even if the estimation error is large.
[0051]
Further, when the neutral point estimation degree Cm is high, that is, when the estimation error is small, the value of the parameter D becomes small. Therefore, the deadband width DD is set narrow and the value of the parameter K becomes large. The current command value Ir for return is set large, and the handle can be quickly returned to the neutral point.
[0052]
The current command value Ir when the handle is returned is determined by a value (K × M) obtained by multiplying the parameter K output from the fuzzy inference unit by the coefficient M. The coefficient M determines the gradient of the current command value Ir, and is set so that the current command value Ir increases as the steering angle increases.
[0053]
FIG. 7 shows the relationship between the steering angle θ and the current command value Ir when the steering wheel is returned when the neutral point estimation degree Cm is low and high. The line (1) shows the neutral point estimation degree Cm. When the value is low, the line (2) shows the case where the neutral point estimation degree Cm is high. As is clear from FIG. 7, when the neutral point estimation degree Cm is low, the current command value Ir when returning the steering wheel is set small even if the steering angle θ is large, and even if there is an estimation error, the steering wheel is safely returned to the neutral point. When the neutral point estimation degree Cm is high, the current command value Ir at the time of returning the steering wheel is set large even if the steering angle θ is small, indicating that the steering wheel can be quickly returned to the neutral point. ing.
[0054]
The current command value Ir when the steering wheel is returned and the gain G corresponding to the vehicle speed output from the computing unit 340 are multiplied by the multiplier 350, and the corrected current command for correcting the current command value I supplied to the steering assist motor. The value Irh is output.
[0055]
By multiplying the steering wheel return current command value Ir by the gain G corresponding to the vehicle speed, the corrected current command value Irh is set small when the vehicle speed is high, so that the steering wheel can be safely returned to the neutral point. . Further, when the vehicle speed is low, the correction current command value Irh is set to be large, so that it can be returned to the steering wheel neutral point by a light steering wheel operation. Hereinafter, the processing of the above-described handle return control unit will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0056]
First, the steering angle θr used in the neutral point estimation process and the difference (θ = θr−θc) between the steering angle θr and the estimated neutral point θc are read (steps P21 and P22). The neutral point estimation degree Cm previously obtained is input to the fuzzy inference unit 310, the parameter K is calculated, the neutral point estimation degree Cm previously obtained is input to the fuzzy inference unit 320, and the parameter D is calculated (step P23). , P24).
[0057]
The calculation unit 330 calculates the current command value Ir supplied to the steering assist motor when the steering wheel is returned (step P25), and the calculation unit 340 that calculates the gain G calculates the gain G with respect to the vehicle speed (step P26). Further, the current command value Ir is multiplied by the gain G to calculate a corrected current command value Irh at the time of returning the handle (step P27), the process is terminated, and the process returns to the main routine.
[0058]
[Electronic control circuit]
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of the electronic control circuit 20. The electronic control circuit 20 is composed of a CPU, and FIG. 9 is a block diagram showing its function.
[0059]
The steering torque T is input to a steering assist command value calculation unit 100 and a center response improvement unit 101 that calculate a current command value to be supplied to the steering assist motor. Each output is added by an adder 102, and the addition result is a torque control calculation. Input to the unit 103.
[0060]
The output of the torque control calculation unit 103 is input to the motor loss current compensation unit 104, and the output is input to the maximum current limiting unit 106 via the adder 105, and the maximum current value is limited and input to the current control unit 110. . The output of the current control unit 110 is input to the current drive circuit 112 via the H-bridge characteristic compensation unit 111 and drives the steering assist motor 25.
[0061]
The current value i of the steering assist motor 25 is input to the motor angular speed estimation unit 121, the current drive switching unit 122 and the current control unit 110 via the motor current offset correction unit 120, and the motor terminal voltage Vm is input to the motor angular speed estimation unit 121. Is done.
[0062]
Also, a current dither signal generation unit 130 is provided, and the output from the current dither signal generation unit 130 and the output of the motor angular acceleration estimation unit / inertia compensation unit 123 are added by an adder 131, and the addition result is an adder. In 105, the output is added to the output of the motor loss current compensator 104.
[0063]
The angular velocity ωm estimated by the motor angular velocity estimation unit 121 is input to the motor angular acceleration estimation unit / inertia compensation unit 123, the motor loss torque compensation unit 124, and the yaw rate estimation unit 125. The output of the yaw rate estimation unit 125 is input to the convergence control unit 126, and the output of the convergence control unit 126 and the motor loss torque compensation unit 124 are added by the adder 127. The details of the configuration and functions of the electronic control circuit 20 described above are disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-154284 filed earlier by the present applicant.
[0064]
Further, a neutral point estimation unit 200 and a handle return control unit 400 are added to the electronic control circuit 20 in order to perform the control at the time of returning the handle described above.
[0065]
That is, the neutral point estimation degree Cm output from the neutral point estimation unit 200 that receives the steering torque T, the vehicle speed V, the steering angle θr, and the steering angular velocity ω is input to the steering wheel return control unit 400.
[0066]
The correction current command value Irh for correcting the current command value at the time of returning the steering wheel outputted from the steering wheel returning control unit 400 and the output of the adder 127 are added by the adder 150, and the addition result is calculated as a steering assist command value calculation. The outputs of the unit 100 and the center response improvement unit 101 are added by the adder 102, and the current command value I for assisting steering suitable for returning the steering wheel is corrected.
[0067]
In the embodiment of the present invention described above, a rolling pinion rack mechanism is employed in the electric power steering device, but this can reduce the friction of the mechanism portion as compared with the conventional pinion rack mechanism. In combination with the steering wheel return control according to the present invention, the return to the neutral point of the steering mechanism can be further improved. In addition, since the return to the neutral point is improved, it is possible to obtain an effect that the estimation accuracy of the neutral point in the steering wheel return control can be increased.
[0068]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, when the neutral point of the steering mechanism is estimated, the neutral point is estimated based on the detected steering angle, steering angular speed, and steering torque, and the steering mechanism is set to the estimated neutral point. The current command value of the steering assist motor is calculated so that the steering assist motor is returned to drive the steering assist motor.
[0069]
Since the neutral point is estimated using many parameters such as the rudder angle, rudder angular speed, and steering torque, and the estimated value is updated by repeated calculation, the neutral point can be estimated with high accuracy.
[0070]
In addition, a parameter that defines the current of the steering assist motor when returning the steering wheel by fuzzy inference using the estimated neutral point information as input, a parameter that defines the width of the dead band when returning the steering wheel, and the current of the steering assist motor corresponding to the vehicle speed Since the current command value of the steering assist motor is corrected using a number of parameters such as the parameter that defines the steering wheel, the accuracy of the neutral point estimate is high, and the steering mechanism can be returned with high accuracy when the steering wheel is returned. An electric power steering apparatus can be provided.
[0071]
Further, when the steering wheel return control and the rolling pinion / rack mechanism are combined, the return to the neutral point of the steering mechanism can be further improved, and an electric power steering device with a better steering feel can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of a configuration of an electric power steering apparatus suitable for carrying out steering wheel return control.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of a rolling pinion rack mechanism.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a configuration of a steering assist motor and a reduction mechanism of the motor.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a fuzzy inference unit that performs neutral point estimation.
FIG. 5 is a flowchart for explaining a neutral point estimation process;
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a handle return control unit.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a steering angle θ and a current command value Ir when the steering wheel is returned when the neutral point estimation degree is low and high.
FIG. 8 is a flowchart for explaining handle return processing in a handle return control unit;
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an electronic control circuit.
[Explanation of symbols]
10 Electric power steering device
11 Steering handle
12 Rudder axle
13 Rudder angle sensor
14 Torque sensor
16a, 16b Universal joint
17 Rolling rack and pinion mechanism
18 Tie Rod
20 Electronic control circuit
23 Vehicle speed sensor
25 Steering assist motor
26 Clutch
27 Reduction gear
30 Gearbox
31 Input shaft
32 pinion shaft
34 Rack shaft
35 Pressure pad
36 Laura
37 Needle bearing
38 pin shaft
39 Bearing holder
41 Coil spring
51 Worm wheel
52 Warm
52a Worm shaft
54 Rubber pad
200 Neutral point estimation unit
210 First fuzzy inference
220 second fuzzy inference
230 Multiplier
240 Third Fuzzy Reasoner
250 multiplier
310 Fuzzy Reasoner Outputting Parameter K
320 Fuzzy inference unit that outputs parameter D
340 Calculator for determining gain G
350 multiplier
400 Handle return control unit

Claims (5)

少なくとも操舵トルク検出手段を備え、検出された操舵トルクに基づいて演算された電流指令値に基づいてステアリング機構に結合された操舵補助モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置において、
ステアリングシャフトに入力された舵角を検出し、舵角速度を出力する舵角センサと、
車速を検出する車速センサと、
前記ステアリング機構の中立点を推定する中立点推定手段と、
前記推定された中立点にステアリング機構を戻すように操舵補助モータの電流指令値を演算し、操舵補助モータを駆動制御する制御手段と
を備え、
前記中立点推定手段は、検出された舵角速度を入力とするファジー推論により推定した第1の中立点推定度と、検出された操舵トルクを入力とするファジー推論により推定した第2の中立点推定度と、第1の中立点推定度と第2の中立点推定度との積が零でない状態の継続時間と検出された車速を入力とするファジー推論により推定した第3の中立点推定度とに基づいてステアリング機構の中立点を推定する中立点推定手段であること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。
In an electric power steering apparatus that includes at least a steering torque detection unit and that drives and controls a steering auxiliary motor coupled to a steering mechanism based on a current command value calculated based on the detected steering torque,
A steering angle sensor that detects a steering angle input to the steering shaft and outputs a steering angular velocity ;
A vehicle speed sensor for detecting the vehicle speed;
A neutral point estimating means for estimating a neutral point of the steering mechanism,
A control means for calculating a current command value of the steering assist motor so as to return the steering mechanism to the estimated neutral point, and driving the steering assist motor;
With
The neutral point estimation means includes a first neutral point estimation degree estimated by fuzzy reasoning using the detected steering angular velocity as input, and a second neutral point estimation estimated by fuzzy reasoning using the detected steering torque as input. And a third neutral point estimate estimated by fuzzy inference with the duration of the product of the first neutral point estimate and the second neutral point estimate being non-zero and the detected vehicle speed as input. An electric power steering device characterized by being a neutral point estimating means for estimating a neutral point of a steering mechanism based on the above .
前記制御手段は、前記中立点推定手段により推定された中立点情報を入力とするファジー推論により推定したハンドル戻し時の操舵補助モータの電流を規定する第1のパラメータ、ハンドル戻し時のデッドバンドの幅を規定する第2のパラメータ、及び車速に対応したゲインとに基づいて演算されたハンドル戻し時の補正電流指令値により操舵補助モータの電流指令値を補正すること
を特徴とする請求項に記載の電動パワーステアリング装置。
The control means is a first parameter that defines the current of the steering assist motor at the time of returning the steering wheel estimated by fuzzy inference using the neutral point information estimated by the neutral point estimating means, and a dead band at the time of returning the steering wheel. second parameter defines the width, and the correction current command value at the time of return computed handle based on the gain corresponding to the vehicle speed to claim 1, characterized in that for correcting the current command value of the steering assist motor The electric power steering apparatus as described.
前記ステアリング機構は転がり式ラック・ピニオン機構であることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。The electric power steering apparatus according to claim 1 or claim 2, wherein the steering mechanism is a rolling type rack and pinion mechanism. 前記ステアリング機構はラック・ピニオン機構であり、ピニオン軸から操舵補助モータ軸までの伝動機構中に弾性体を介在させたことを特徴とする請求項1または請求項のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。The steering mechanism is a rack and pinion mechanism, an electric power according to claim 1 or claim 2, characterized in that an elastic body is interposed in the transmission mechanism from the pinion axis to the steering assist motor shaft Steering device. 前記ステアリング機構は転がり式ラック・ピニオン機構であり、ピニオン軸から操舵補助モータ軸までの伝動機構中に弾性体を介在させたことを特徴とする請求項1または請求項のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。The steering mechanism is rolling rack and pinion mechanism, according to claim 1 or claim 2, characterized in that is interposed an elastic body during transmission mechanism from the pinion axis to the steering assist motor shaft Electric power steering device.
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