JP2003285753A - Electric power steering device of automobile - Google Patents
Electric power steering device of automobileInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の電動パワ
ーステアリング装置に係わり、特に、電動モータにより
ハンドルの操舵をアシストする自動車の電動パワーステ
アリング装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric power steering apparatus for an automobile, and more particularly to an electric power steering apparatus for an automobile in which steering of a steering wheel is assisted by an electric motor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】最近、例えば、特開平８−３３２９６４
号公報等に示されているような、電動機の動力をステア
リング系に作用させて操作力の低減を図るようにした電
動パワーステアリング装置が使用されるようになってき
ている。この電動パワーステアリング装置は、操舵力検
出手段を備え、この操舵力検出手段により運転者の操舵
力（操舵トルク）を検出すると共に、同時に車速に基づ
き所定補正トルクを発生させるように電動機への駆動電
流を制御し、運転者の操舵力の軽減を図っている。2. Description of the Related Art Recently, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-332964.
2. Description of the Related Art An electric power steering apparatus such as that disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication, in which the power of an electric motor is applied to a steering system to reduce an operating force, has been used. This electric power steering apparatus is provided with a steering force detecting means, and the steering force detecting means detects the steering force (steering torque) of the driver and at the same time drives the electric motor so as to generate a predetermined correction torque based on the vehicle speed. The current is controlled to reduce the driver's steering force.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このような電動パワー
ステアリング装置を設計する場合、良好な操舵フィーリ
ングと高い操安性能を得るためには、操舵角に対する操
舵力の特性（以下「操舵力特性」という）を所望の操舵
力特性（目標操舵力特性）となるように設定する必要が
ある。従来は、電動パワーステアリングを構成するトー
ションバーやパワーアシストなどの特性をチューニング
することにより、所望の操舵力特性（目標操舵力特性）
となるように設定していた。しかし、これら特性のチュ
ーニングには多くの工数を要し、また、構成部品の特性
ばらつきが原因で精度良く目標操舵力特性を設定するこ
とも難しい。When designing such an electric power steering apparatus, in order to obtain a good steering feeling and high steering performance, the steering force characteristic with respect to the steering angle (hereinafter referred to as "steering force characteristic") is required. It is necessary to set so that it has a desired steering force characteristic (target steering force characteristic). Conventionally, the desired steering force characteristic (target steering force characteristic) is tuned by tuning the characteristics of the torsion bar and power assist that make up the electric power steering.
Was set so that However, it takes a lot of man-hours to tune these characteristics, and it is difficult to set the target steering force characteristics with high accuracy due to the characteristic variations of the components.
【０００４】そこで、本発明は、このような従来からの
課題を解決するためになされたものであり、操舵力を操
舵角の関数モデルとして表現した操舵力特性モデルを設
定し制御することにより、簡便かつ精度良く目標操舵力
特性を設定可能とし、操舵フィールと操安性能を向上さ
せた自動車の電動パワーステアリング装置を提供するこ
とを目的としている。Therefore, the present invention has been made in order to solve such a conventional problem, and by setting and controlling a steering force characteristic model expressing the steering force as a function model of the steering angle, It is an object of the present invention to provide an electric power steering device for a vehicle, which can easily and accurately set a target steering force characteristic, and which has improved steering feel and steering performance.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、電動モータによりハンドルの操舵をアシ
ストする自動車の電動パワーステアリング装置であっ
て、操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルク
センサの値を小さくするように電動モータの制御量を設
定する第１制御部と、予め設定した目標操舵力となるよ
うに電動モータの制御量を設定する第２制御部と、これ
らの第１制御部と第２制御部によるそれぞれの制御量を
加算した制御量により電動モータを制御する電動モータ
制御部と、を有することを特徴としている。In order to achieve the above object, the present invention is an electric power steering apparatus for a vehicle, in which steering of a steering wheel is assisted by an electric motor, and a torque sensor for detecting steering torque, and A first control unit that sets a control amount of the electric motor so as to reduce the value of the torque sensor, a second control unit that sets a control amount of the electric motor so as to obtain a preset target steering force, and a second control unit of these. The electric motor control unit controls the electric motor by a control amount obtained by adding the respective control amounts of the first control unit and the second control unit.
【０００６】このように構成された本発明においては、
第１制御部によりトルクセンサの値を小さくするように
電動モータの制御量を設定し、第２制御部により予め設
定した目標操舵力となるように電動モータの制御量を設
定し、さらに、電動モータ制御部により第１制御部と第
２制御部によるそれぞれの制御量を加算した制御量によ
り電動モータを制御するようにしている。本発明によれ
ば、本来のアシスト制御を行なうと共に目標操舵力を得
ることができ、操安性能を向上させることができる。In the present invention thus constructed,
The first control unit sets the control amount of the electric motor so as to reduce the value of the torque sensor, and the second control unit sets the control amount of the electric motor so as to achieve the preset target steering force. The electric motor is controlled by the motor control unit by the control amount obtained by adding the respective control amounts by the first control unit and the second control unit. According to the present invention, it is possible to perform the original assist control, obtain the target steering force, and improve the steering performance.
【０００７】また、本発明において、好ましくは、第２
制御部は、目標操舵力を舵角に基づいて設定する。ま
た、本発明は、好ましくは、更に、車速を検出する車速
センサを有し、第２制御部は、目標操舵力を車速及び舵
角に基づいて設定する。In the present invention, preferably, the second
The control unit sets the target steering force based on the steering angle. Further, the present invention preferably further includes a vehicle speed sensor that detects a vehicle speed, and the second control unit sets the target steering force based on the vehicle speed and the steering angle.
【０００８】また、本発明は、好ましくは、更に、路面
状態を検出するμセンサを有し、第２制御部は、目標操
舵力をこのμセンサにより検出された路面状態に応じて
補正する。また、本発明において、好ましくは、第２制
御部は、目標操舵力を所定量補正する。Further, the present invention preferably further comprises a μ sensor for detecting a road surface condition, and the second control section corrects the target steering force according to the road surface condition detected by the μ sensor. Further, in the present invention, preferably, the second control unit corrects the target steering force by a predetermined amount.
【０００９】また、本発明において、好ましくは、第２
制御部は、目標操舵力とトルクセンサの値の偏差が小さ
くなるように制御量を設定している。また、本発明にお
いて、好ましくは、第２制御部は、トルクセンサの値と
して、フィルタ手段を介して所定周波数範囲のデータを
使用する。In the present invention, preferably, the second
The control unit sets the control amount so that the deviation between the target steering force and the value of the torque sensor becomes small. Further, in the present invention, it is preferable that the second control unit uses data in a predetermined frequency range via the filter means as the value of the torque sensor.
【００１０】また、本発明において、好ましくは、第２
制御部は、自動車がほぼ直進状態のときのみ制御量を設
定する。また、本発明において、好ましくは、第２制御
部は、車速が約８０ｋｍ以上のときのみ制御量を設定す
る。In the present invention, preferably, the second
The control unit sets the control amount only when the vehicle is in a substantially straight traveling state. Further, in the present invention, preferably, the second control unit sets the control amount only when the vehicle speed is about 80 km or more.
【００１１】また、本発明において、好ましくは、第２
制御部が制御量を設定しているとき、第１制御部は、制
御量を設定しないようになっている。さらに、本発明に
おいて、好ましくは、第１制御部が制御量を設定してい
るとき、第２制御部は、制御量を設定しないようになっ
ている。In the present invention, preferably, the second
When the control unit is setting the control amount, the first control unit does not set the control amount. Further, in the present invention, preferably, the second control unit does not set the control amount when the first control unit sets the control amount.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用される自動
車の電動パワーステアリング装置の一例を示す斜視図で
ある。この図１に示すように、自動車の電動パワーステ
アリング装置１は、ハンドル（ステアリングホィール）
２を備え、このハンドル２は、ステアリングシャフト４
の上端に連結されており、ハンドル２を操作する操舵力
がスタアリングシャフト４に伝達されるようになってい
る。このステアリングシャフト４の下端部には自在継手
を介して中間シャフト６の上端が連結され、この中間シ
ャフト６の下端には、ステアリングギヤボックス８が設
けられている。このステアリングギヤボックス８の両側
にはタイロッド１０が連結されており、これらの各タイ
ロッド１０にはタイヤ（車輪）１２が取り付けられてい
る。1 is a perspective view showing an example of an electric power steering apparatus for an automobile to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, an electric power steering apparatus 1 for an automobile has a steering wheel (steering wheel).
2, the steering wheel 2 has a steering shaft 4
The steering force for operating the steering wheel 2 is transmitted to the staring shaft 4. The lower end of the steering shaft 4 is connected to the upper end of an intermediate shaft 6 via a universal joint, and the lower end of the intermediate shaft 6 is provided with a steering gear box 8. Tie rods 10 are connected to both sides of the steering gear box 8, and tires (wheels) 12 are attached to each of these tie rods 10.
【００１３】ここで、ステアリングギヤボックス８の内
部には、ラック・ピニオン機構（図示せず）が設けられ
ており、このピニオンには、中間シャフト６の下端が連
結されている。一方、ラックの両端部には上述したよう
にタイロッド１０を介してタイヤ１２が連結されてい
る。ステアリングギヤボックス８には、減速ギヤ（図示
せず）を介してピニオン側に力を付与する電動モータ１
４が設けられ、さらに、減速ギヤと中間シャフト６の間
にはトルクセンサ（図示せず）が配置されている。この
トルクセンサは、中間シャフト６に作用している操舵力
（操舵トルク）を検出するためのものである。これらの
電動モータ１４及びトルクセンサは、それぞれ制御ユニ
ット１６に接続されている。この制御ユニット１６は、
後述する第１制御部（通常のアシスト制御部）、第２制
御部（センターフィール補償制御部）、及び、モータ電
流制御部から構成されており、トルクセンサの検出値
（操舵トルク）及び車速等に基づき、トルクセンサの検
出値が小さくなるようにすると共に目標操舵力特性を実
現するように、電動モータ１４が制御されるようになっ
ている。A rack and pinion mechanism (not shown) is provided inside the steering gear box 8, and the lower end of the intermediate shaft 6 is connected to the pinion. On the other hand, the tires 12 are connected to both ends of the rack via the tie rods 10 as described above. The steering gear box 8 has an electric motor 1 that applies a force to the pinion side via a reduction gear (not shown).
4 is provided, and a torque sensor (not shown) is provided between the reduction gear and the intermediate shaft 6. This torque sensor is for detecting the steering force (steering torque) acting on the intermediate shaft 6. The electric motor 14 and the torque sensor are connected to the control unit 16, respectively. This control unit 16
It is composed of a first control unit (normal assist control unit), a second control unit (center feel compensation control unit), and a motor current control unit, which will be described later. The detection value (steering torque) of the torque sensor, the vehicle speed, etc. Based on the above, the electric motor 14 is controlled so that the detection value of the torque sensor becomes smaller and the target steering force characteristic is realized.
【００１４】次に、図２及び図３を参照して、本発明の
電動パワーステアリング装置に適用される操舵力特性モ
デルを説明する。先ず、操舵力特性モデルは、高車速且
つほぼ直進状態の走行時に適用可能である。ここで、高
車速とは、約８０ｋｍ／ｈ〜約１３０ｋｍ／ｈ程度の速
度であり、ほぼ直進状態とは、ハンドルをゆっくりと操
作する状態、具体的には、０．２Ｈｚの正弦波でハンド
ルを操作し横向加速度（横Ｇ）が０．２Ｇ以下となるよ
うな操舵状態を想定している。Next, a steering force characteristic model applied to the electric power steering apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. First, the steering force characteristic model can be applied when traveling at a high vehicle speed and in a substantially straight traveling state. Here, the high vehicle speed is a speed of about 80 km / h to about 130 km / h, and the almost straight traveling state is a state where the steering wheel is slowly operated, specifically, a steering wheel with a sine wave of 0.2 Hz. It is assumed that the steering state in which the lateral acceleration (lateral G) is 0.2 G or less by operating the.
【００１５】このような高速直進時の操舵力特性を、ば
ね成分（操舵角を含む線形及び／又は非線形の関数で表
される）、粘性成分（操舵角速度に比例する）、摩擦成
分（操舵角速度を含む非線形関数で表される）とに分解
することにより、実際の操舵力特性を精度良く表現でき
る操舵力特性モデル（操舵力を操舵角の関数モデルとし
て表現したもの）を設定した。The steering force characteristics at the time of straight traveling at such a high speed are represented by a spring component (represented by a linear and / or non-linear function including a steering angle), a viscous component (proportional to the steering angular velocity) and a friction component (steering angular velocity). The steering force characteristic model (the steering force is expressed as a function model of the steering angle) capable of accurately expressing the actual steering force characteristic is set.
【００１６】次に、図２及び図３により、操舵力特性モ
デルの内容を詳細に説明する。図２は、操舵力特性モデ
ルを示す図であり、図３は、この操舵力特性モデルにお
けるばね成分、粘性成分及び摩擦成分を示す図である。
操舵力特性モデルは、図２に示すように、ばね成分、粘
性成分、及び、摩擦成分からなるモデルである。なお、
本発明は、高速直進走行時の操舵力特性を対象したもの
であるため、ハンドルは、上述したようにゆっくりと操
舵される（０．２Ｈｚの正弦波）ため、慣性成分は含ま
ないモデルとなっている。Next, the contents of the steering force characteristic model will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a diagram showing a steering force characteristic model, and FIG. 3 is a diagram showing a spring component, a viscous component, and a friction component in this steering force characteristic model.
As shown in FIG. 2, the steering force characteristic model is a model including a spring component, a viscous component, and a friction component. In addition,
Since the present invention is intended for the steering force characteristics during high-speed straight traveling, the steering wheel is steered slowly (sine wave of 0.2 Hz) as described above, and thus the model does not include an inertial component. ing.
【００１７】ばね成分は、以下の式（数１）に示す指数
関数として設定する。この式（数１）において、θは操
舵角であり、Ｋｐ及びＴｐは、ばね成分の特性パラメー
タである。ばね成分は、基本的には、操舵角にほぼ比例
するが、所定の操舵角以上となると飽和状態となるた
め、特性パラメータＫｐはこの飽和状態に対応し、特性
パラメータＴｐは、指数関数の時定数を示している。こ
のように、ばね成分を示す数３は、非線形関数となって
いる。このように、ばね成分は、操舵角を含む線形及び
／又は非線形の関数で表されるものと定義される。The spring component is set as an exponential function shown in the following equation (Equation 1). In this equation (Equation 1), θ is a steering angle, and Kp and Tp are characteristic parameters of the spring component. The spring component is basically proportional to the steering angle, but becomes saturated when the steering angle exceeds a predetermined value. Therefore, the characteristic parameter Kp corresponds to this saturated state, and the characteristic parameter Tp is an exponential function. Indicates a constant. In this way, Equation 3 representing the spring component is a non-linear function. Thus, the spring component is defined as being expressed by a linear and / or non-linear function including the steering angle.
【数１】 [Equation 1]
【００１８】粘性成分は、操舵角速度に比例した力であ
り、以下の式（数２）により示されている。この式（数
２）において、Ｋｄは、粘性成分の特性パタメータであ
る。このように粘性成分は、操舵角速度に比例するもの
として定義される。The viscous component is a force proportional to the steering angular velocity and is represented by the following equation (Equation 2). In this formula (Equation 2), Kd is a characteristic parameter of the viscous component. Thus, the viscous component is defined as being proportional to the steering angular velocity.
【数２】 [Equation 2]
【００１９】摩擦成分は、操舵角速度が舵角が小さいと
きは操舵角速度にほぼ比例した力であり、操舵角速度が
大きくなると一定の大きさの摩擦力（飽和状態）とな
る。この摩擦成分は、以下の式（数３）に示す指数関数
として設定する。この式（数３）において、Ｋｆ及びＴ
ｆが摩擦成分の特性パラメータである。特性パラメータ
Ｋｆはこの飽和状態に対応し、特性パラメータＴｆは、
指数関数の時定数を示している。このように、摩擦成分
を示す式（数３）は、非線形関数となっている。このよ
うに、摩擦成分は、操舵角速度を含む非線形関数として
定義される。The frictional component is a force that is substantially proportional to the steering angular velocity when the steering angular velocity is small, and becomes a constant magnitude of frictional force (saturated state) when the steering angular velocity increases. This friction component is set as an exponential function shown in the following equation (Equation 3). In this formula (Equation 3), Kf and T
f is a characteristic parameter of the friction component. The characteristic parameter Kf corresponds to this saturated state, and the characteristic parameter Tf is
The time constant of the exponential function is shown. As described above, the equation (Equation 3) indicating the friction component is a non-linear function. As described above, the friction component is defined as a non-linear function including the steering angular velocity.
【数３】 [Equation 3]
【００２０】このようにして、操舵力特性モデルにおい
て、ばね成分、粘性成分、摩擦成分が設定され、操舵力
（操舵トルク）はこれらの各成分の合計値として設定さ
れる。即ち、操舵力特性モデルは、以下の式となる。Thus, the spring component, the viscous component, and the friction component are set in the steering force characteristic model, and the steering force (steering torque) is set as the total value of these components. That is, the steering force characteristic model is as follows.
【数４】 [Equation 4]
【００２１】次に、図４乃至図７を参照して、本発明の
自動車の電動パワーステアリング装置の第１実施形態を
説明する。図４は本実施形態の制御ユニットを示すブロ
ック図であり、図５は本実施形態の制御ユニットの第１
制御部及び第２制御部の制御ゲインの補正マップであ
り、図６は本実施形態による制御内容を示すフローチャ
ートであり、図７は本実施形態による走行時の操舵力特
性を示す線図である。Next, with reference to FIGS. 4 to 7, a first embodiment of an electric power steering apparatus for an automobile according to the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a control unit of this embodiment, and FIG. 5 is a first control unit of this embodiment.
It is a correction map of the control gain of the control unit and the second control unit, FIG. 6 is a flowchart showing the control contents according to the present embodiment, and FIG. 7 is a diagram showing steering force characteristics during traveling according to the present embodiment. .
【００２２】先ず、図４により、制御ユニットの構成を
説明する。制御ユニット１６は、第１制御部１８、第２
制御部２０、及び、モータ電流制御部２２から構成され
ている。また、本実施形態の電動パワーステアリング装
置は、ステアリングシャフト又は中間シャフトに作用し
ている操舵力（操舵トルク）を検出するためのトルクセ
ンサ２４、横方向加速度（横Ｇ）を検出する横Ｇセンサ
２６、車速を検出する車速センサ２８、操舵角を検出す
る操舵角センサ３０、及び、路面状態又は路面摩擦係数
を検出する路面μセンサ３２を備えており、これらの各
センサの出力値が制御ユニット１６に入力されるように
なっている。First, the structure of the control unit will be described with reference to FIG. The control unit 16 includes a first control unit 18 and a second control unit 18.
It is composed of a control unit 20 and a motor current control unit 22. Further, the electric power steering apparatus according to the present embodiment includes a torque sensor 24 for detecting a steering force (steering torque) acting on a steering shaft or an intermediate shaft, and a lateral G sensor for detecting a lateral acceleration (lateral G). 26, a vehicle speed sensor 28 for detecting a vehicle speed, a steering angle sensor 30 for detecting a steering angle, and a road surface μ sensor 32 for detecting a road surface state or a road surface friction coefficient, and output values of these sensors are control units. 16 is input.
【００２３】第１制御部１８は、通常のアシスト制御を
行なう制御部であり、トルクセンサ２４の出力値を小さ
くするように、即ち、操舵反力を減らす方向のアシスト
力を発生させるように、電動モータ１４を制御するため
の制御部である。この第１制御部１８には、トルクセン
サ２４からのトルクセンサ値が入力され、フィルタ３４
によりノイズがカットされ、制御ゲインＫ１により基準
目標電流Ｉ0 が演算されるようになっている。ここで、
この制御ゲインＫ１は、後述するように、横Ｇセンサ２
６及び車速センサ２８の値に基づいて設定される（図５
参照）。The first control section 18 is a control section for carrying out a normal assist control, so as to reduce the output value of the torque sensor 24, that is, to generate an assist force in the direction of reducing the steering reaction force. It is a control unit for controlling the electric motor 14. The torque sensor value from the torque sensor 24 is input to the first control unit 18, and the filter 34
The noise is cut by, and the reference target current I 0 is calculated by the control gain K1. here,
This control gain K1 is applied to the lateral G sensor 2 as described later.
6 and the value of the vehicle speed sensor 28 (FIG. 5).
reference).
【００２４】第２制御部２０は、センターフィール補償
制御部であり、高車速（８０ｋｍ／ｈ以上）且つほぼ直
進状態（例えば、０．２Ｈｚの正弦波で横Ｇが０．２Ｇ
以下）の走行時（以下、「センターフィール感応域」と
呼ぶ）に、予め設定した目標操舵力となるように電動モ
ータ１４を制御するための制御部である。第２制御部２
０は、目標操舵力演算部３６を有し、この目標操舵力演
算部３６には、車速センサ２８、操舵角センサ３０、路
面μセンサ３２からの各値が入力される。目標操舵力演
算部３６は、これらのセンサからの各値及び上述した式
（数４）により表現された操舵力特性モデルを用いて、
目標操舵力を算出するようになっている。The second control unit 20 is a center-feel compensation control unit, and has a high vehicle speed (80 km / h or more) and a substantially straight traveling state (for example, a sine wave of 0.2 Hz and a lateral G of 0.2 G).
This is a control unit for controlling the electric motor 14 so that the target steering force set in advance is obtained during traveling (hereinafter, referred to as “center feel sensitive area”). Second control unit 2
0 has a target steering force calculation unit 36, and each value from the vehicle speed sensor 28, the steering angle sensor 30, and the road surface μ sensor 32 is input to the target steering force calculation unit 36. The target steering force calculation unit 36 uses the respective values from these sensors and the steering force characteristic model represented by the above-described equation (Equation 4),
The target steering force is calculated.
【００２５】第２制御部２０は、ローパスフィルタであ
るフィルタ３８を有し、このフィルタ３８により、セン
ターフィール感応域に対応した帯域（例えば、０．２Ｈ
ｚを含む帯域）のトルクセンサ２４のトルクセンサ値の
みを入手できるようになっている。また、操舵角センサ
３０からの操舵角の値をフィルタ３８と同様な機能を持
つフィルタ４０を経て、目標操舵力演算部３６に入力さ
れるようになっている。この第２制御部２０では、目標
操舵力演算部３６から出力された目標操舵力とフィルタ
３８から出力されたトルクセンサ値との偏差が求めら
れ、この偏差から、制御ゲインＫ３により補償目標電流
Ｉf が演算されるようになっている。ここで、この制
御ゲインＫ３は、後述するように、横Ｇセンサ２６及び
車速センサ２８の値に基づいて設定される（図５参
照）。The second control section 20 has a filter 38 which is a low-pass filter, and by this filter 38, a band (for example, 0.2H) corresponding to the center feel sensitive area is provided.
Only the torque sensor value of the torque sensor 24 in the band including z) can be obtained. Further, the value of the steering angle from the steering angle sensor 30 is input to the target steering force calculation unit 36 via a filter 40 having the same function as the filter 38. The second control unit 20 obtains the deviation between the target steering force output from the target steering force calculation unit 36 and the torque sensor value output from the filter 38, and from this difference, the compensation target current I is obtained by the control gain K3. f is calculated. Here, the control gain K3 is set based on the values of the lateral G sensor 26 and the vehicle speed sensor 28, as described later (see FIG. 5).
【００２６】次に、第１制御部２０から出力された基準
目標電流Ｉ0 と補償目標電流Ｉf とが加算され、目標電
流Ｉが算出される。具体的には、符号を、操舵力を減少
させるためにアシスト力を増大する場合には（＋）、操
舵力を増大させるためにアシスト力を減少させる場合に
は（−）としているため、基準目標電流Ｉ0 に対して補
償目標電流Ｉf を減算する演算が行なわれる。Next, the reference target current I 0 output from the first control unit 20 and the compensation target current I f are added to calculate the target current I. Specifically, the sign is (+) when the assist force is increased to decrease the steering force, and is (−) when the assist force is decreased to increase the steering force. calculation of subtracting a compensation target current I f with respect to the target current I 0 is performed.
【００２７】モータ電流制御部２２は、電動モータ１４
に供給される電流が目標電流Ｉとなるようにするための
フィードバック制御を行なうための制御部である。この
ため、モータ電流制御部２２は、制御ゲンンＫ１、比例
積分制御を行なうＰＩ制御部４０、モータ特性補償部４
２を有している。このようにして演算されて電動モータ
１４に供給される目標電流Ｉは、以下の式（数５）によ
り表される。The motor current control unit 22 includes an electric motor 14
Is a control unit for performing feedback control so that the current supplied to the target current I becomes the target current I. For this reason, the motor current control unit 22 includes the control power K1, the PI control unit 40 that performs proportional-plus-integral control, and the motor characteristic compensation unit 4.
Have two. The target current I calculated in this way and supplied to the electric motor 14 is expressed by the following equation (Equation 5).
【数５】
ここで、式（数５）において、（Ｉ）は目標電流、（Ｔ
ｓ１）はフィルタ３４を通ったトルクセンサ値、（Ｋ
１）は第１制御部の制御ゲイン、（ｆ（θ））は式（数
４）により表現された操舵力特性モデル出力、（Ｔｓ
２）はフィルタ３８を通ったトルクセンサ値、（Ｋ３）
は第２制御部の制御ゲインである。[Equation 5] Here, in the equation (Equation 5), (I) is the target current, and (T
s1) is the torque sensor value that has passed through the filter 34, (K
1) is the control gain of the first control unit, (f (θ)) is the steering force characteristic model output expressed by equation (Equation 4), and (Ts
2) is the torque sensor value that has passed through the filter 38, (K3)
Is a control gain of the second controller.
【００２８】次に図５により、第１制御部及び第２制御
部の比例ゲインの補正マップである。図５に示された補
正マップは、センターフィール感応域、遷移領域Ｉ、遷
移領域II、非センターフィール感応域の４つの領域を有
し、それぞれの領域において、制御ゲインＫ１（Ｋ１＝
Ｋ１＊β），Ｋ３（Ｋ３＝Ｋ３＊α）の値が補正される
ようになっている。ここで、α及びβは補正係数であ
り、０〜１の範囲で変化する。先ず、センタフィール感
応域においては、補正係数は、α＝１、β＝０と設定さ
れる。このため、第１制御部の制御ゲインＫ１は０とな
り、第１制御部による電動モータの電流制御は禁止され
る。一方、第２制御部の制御ゲインＫ３はそのまま使用
されるので、第２制御部２０により、上述した操舵力特
性モデルに基づいて予め設定された目標操舵力が発生す
るように、補償電流Ｉf が設定される。この結果、セン
ターフィール感応域においては、所望の操舵力特性が得
られ、操安性能が向上する。また、第１制御部１８と第
２制御部２０が同時に作動することにより発生する制御
ハンチング（制御干渉）も防止できる。Next, FIG. 5 is a correction map of the proportional gain of the first control unit and the second control unit. The correction map shown in FIG. 5 has four regions, a center feel sensitive region, a transition region I, a transition region II, and a non-center feel sensitive region, and in each region, a control gain K1 (K1 =
The values of K1 * β) and K3 (K3 = K3 * α) are corrected. Here, α and β are correction coefficients, which change in the range of 0 to 1. First, in the center feel sensitive area, the correction coefficients are set as α = 1 and β = 0. Therefore, the control gain K1 of the first controller becomes 0, and the current control of the electric motor by the first controller is prohibited. On the other hand, since the control gain K3 of the second control unit is used as it is, the compensation current I f is generated by the second control unit 20 so that the target steering force preset based on the steering force characteristic model is generated. Is set. As a result, in the center feel sensitive area, desired steering force characteristics are obtained, and steering performance is improved. In addition, control hunting (control interference) that occurs when the first control unit 18 and the second control unit 20 operate simultaneously can be prevented.
【００２９】次に、非センターフィール感応域において
は、補正係数は、α＝０、β＝１と設定される。このた
め、第２制御部の制御ゲインＫ３は０となり、第２制御
部による電動モータの電流制御は禁止される。一方、第
１制御部の制御ゲインＫ１はそのまま使用されるので、
第１制御部１８により、トルクセンサ値が小さくなるよ
うに基準目標電流Ｉ0 が設定される。この結果、非セ
ンターフィール感応域においては、通常のアシスト制御
が行なわれ、ステアリングの取り回し性能が向上する。
また、第１制御部１８と第２制御部２０が同時に作動す
ることにより発生する制御ハンチング（制御干渉）も防
止できる。Next, in the non-center feel sensitive area, the correction coefficients are set to α = 0 and β = 1. Therefore, the control gain K3 of the second controller becomes 0, and the current control of the electric motor by the second controller is prohibited. On the other hand, since the control gain K1 of the first controller is used as it is,
The first control unit 18 sets the reference target current I 0 so that the torque sensor value becomes small. As a result, normal assist control is performed in the non-center feel sensitive area, and steering maneuverability is improved.
In addition, control hunting (control interference) that occurs when the first control unit 18 and the second control unit 20 operate simultaneously can be prevented.
【００３０】次に、遷移領域Ｉは、自動車の走行状態が
非センターフィール領域からセンターフィール感応域に
変化する際に適用される領域である。この遷移領域Ｉに
おいて、補正係数αは、０→１に変化し、補正係数β
は、１→０に変化する。また、遷移領域IIは、自動車の
走行状態がセンターフィール領域から非センターフィー
ル感応域に変化する際に適用される領域である。この遷
移領域IIにおいて、補正係数αは、１→０に変化し、補
正係数βは、０→１に変化する。これらの遷移領域Ｉ,I
I においては、第１制御部において補正された制御ゲイ
ンＫ１に基づき基準目標電流Ｉ0 が設定され、第２制御
部において補正された制御ゲインＫ３に基づき補償電流
Ｉf が設定され、これらの電流が加算され、目標電流Ｉ
が算出される。この結果、これらの遷移領域Ｉ,II にお
いては、通常のアシスト制御を行なうと共に併せて目標
操舵力を得ることができ、これにより、操安性能が向上
する。また、自動車の走行状態が、非センターフィール
領域とセンターフィール感応域との間を移行する場合に
は、その移行方向により、異なる遷移領域を適用するよ
うにしているので、第１制御部１８と第２制御部２０が
同時に作動することにより発生する制御ハンチング（制
御干渉）も防止できる。Next, the transition region I is a region applied when the running state of the vehicle changes from the non-center feel region to the center feel sensitive region. In the transition region I, the correction coefficient α changes from 0 to 1 and the correction coefficient β
Changes from 1 to 0. The transition area II is an area applied when the running state of the vehicle changes from the center feel area to the non-center feel sensitive area. In this transition region II, the correction coefficient α changes from 1 → 0, and the correction coefficient β changes from 0 → 1. These transition regions I, I
In I, the reference target current I 0 is set based on the control gain K1 corrected by the first control unit, and the compensation current If is set based on the control gain K3 corrected by the second control unit. Is added, and the target current I
Is calculated. As a result, in these transition regions I and II, it is possible to perform normal assist control and also obtain a target steering force, which improves steering performance. In addition, when the traveling state of the vehicle transits between the non-center feel region and the center feel sensitive region, different transition regions are applied depending on the transition direction. Control hunting (control interference) that occurs when the second control unit 20 operates at the same time can also be prevented.
【００３１】次に、図６により、本実施形態による制御
フローを説明する。ここで、図６においては、センター
フィール感応域は、図５に示された「センターフィール
感応域」、「遷移領域Ｉ」及び「遷移領域II」の３つの
領域を含む広義の意味で用いられている。なお、図６に
おける「Ｓ」は、各ステップを示している。この制御フ
ローにおいては、先ず、Ｓ１において、各センサ値を入
力する。具体的には、トルクセンサ２４、横Ｇセンサ２
６、車速センサ２８、操舵角センサ３０、路面μセンサ
３２からの各出力値である。次に、Ｓ２において、自動
車の走行状態が、図５に示された車速及び横Ｇの値に基
づき、センターフィール感応域か否かを判定する。Next, the control flow according to this embodiment will be described with reference to FIG. Here, in FIG. 6, the center feel sensitive area is used in a broad sense including three areas of “center feel sensitive area”, “transition area I” and “transition area II” shown in FIG. ing. Note that “S” in FIG. 6 indicates each step. In this control flow, first, in S1, each sensor value is input. Specifically, the torque sensor 24 and the lateral G sensor 2
6, output values from the vehicle speed sensor 28, the steering angle sensor 30, and the road surface μ sensor 32. Next, in S2, it is determined whether or not the traveling state of the vehicle is in the center feel sensitive area based on the vehicle speed and the lateral G value shown in FIG.
【００３２】センターフィール感応域でなければ、図５
に示す非センターフィール感応域であるため、この場合
には、Ｓ３に進み、補償電流をＩf ＝０と設定し、これ
により第２制御部による電動モータの電流制御を禁止す
る。センターフィール感応域の場合には、Ｓ４に進み、
第２制御部における補償電流をＩf ＝（ｆ（θ）−Ｔｓ
２）＊Ｋ３と設定する。ここで、（ｆ（θ））は（数
４）により表現された操舵力特性モデル出力、（Ｔｓ
２）はフィルタ３８を通ったトルクセンサ値、Ｋ３は第
２制御部の制御ゲインである。If it is not the center feel sensitive area, FIG.
In this case, the process proceeds to S3, and the compensation current is set to I f = 0, whereby the current control of the electric motor by the second controller is prohibited. In the case of the center feel sensitive area, proceed to S4,
The compensation current in the second control unit is set to If = (f (θ) -Ts
2) Set * K3. Here, (f (θ)) is the steering force characteristic model output expressed by (Equation 4), (Ts
2) is the torque sensor value that has passed through the filter 38, and K3 is the control gain of the second controller.
【００３３】次に、Ｓ５に進み、第１制御部の制御ゲイ
ンＫ１を図５（図５の遷移領域Ｉ、遷移領域II、センタ
ーフィール感応域の３つの領域が適用される）に基づい
て補正（減少補正）する。さらに、Ｓ６に進み、第１制
御部における基準目標電流がＩ0 ＝Ｔｓ１＊Ｋ１と設定
する。ここで、（Ｔｓ１）はフィルタ３４を通ったトル
クセンサ値、（Ｋ１）は第１制御部の制御ゲインであ
る。次に、Ｓ７に進み、目標電流をＩ＝Ｉ0 −Ｉf と設
定する。さらに、Ｓ８に進み、この目標電流Ｉを電動モ
ータに提供し、電動モータの電流制御を実行する。Next, in S5, the control gain K1 of the first control section is corrected based on FIG. 5 (the three areas of the transition area I, the transition area II and the center feel sensitive area of FIG. 5 are applied). (Reduction correction). Further, the process proceeds to S6, and the reference target current in the first controller is set to I 0 = Ts1 * K1. Here, (Ts1) is the torque sensor value that has passed through the filter 34, and (K1) is the control gain of the first controller. Then, the process proceeds to S7, the target current is set to I = I 0 -I f. Further, in S8, the target current I is provided to the electric motor, and the electric current of the electric motor is controlled.
【００３４】次に、図７により、本実施形態による走行
時の操舵力特性を説明する。この図７において、破線Ｂ
は第１制御部のみにより電動モータを制御した場合（非
センターフィール感応域）の操舵力特性を示し、実線Ａ
は第２制御部のみにより電動モータを制御した場合（セ
ンターフィール感応域）の操舵力特性（＝目標操舵力特
性）を示している。また、遷移領域Ｉ，IIでは、操舵力
特性は、この実線Ａ及び破線Ｂで示された操舵力特性の
中間の特性となる。このように本実施形態では、センタ
ーフィール感応域では、所望の目標操舵力特性を得るこ
とができ、非センターフィール感応域では、必要なアシ
スト力を得ることができるので、操安性能が従来のもの
よりも向上する。Next, referring to FIG. 7, the steering force characteristic during traveling according to this embodiment will be described. In FIG. 7, broken line B
Indicates the steering force characteristics when the electric motor is controlled only by the first control unit (non-center feel sensitive area), and the solid line A
Indicates a steering force characteristic (= target steering force characteristic) when the electric motor is controlled only by the second control unit (center feel sensitive area). In the transition regions I and II, the steering force characteristic is an intermediate characteristic between the steering force characteristics shown by the solid line A and the broken line B. As described above, in the present embodiment, the desired target steering force characteristic can be obtained in the center feel sensitive area, and the required assist force can be obtained in the non-center feel sensitive area. Better than anything.
【００３５】次に、本実施形態では、路面が低摩擦状態
（雨天走行等）となった場合には、上述した第２制御部
２０の目標操舵力演算部３６で設定する目標操舵力を補
正するようにしている。路面が低摩擦状態になると、タ
イヤが受ける路面からの反力が小さくなりそれによりば
ね成分が減少し、さらに、低摩擦となるので摩擦成分も
減少する。このため、例えば、式（数４）で表現された
操舵力特性モデルにおいて、ばね成分及び摩擦成分の値
を所定値だけ減少補正する。図８の鎖線Ｃは、このよう
にして減少補正された目標操舵力を示している。本実施
形態では、このように低摩擦路面を走行時には、目標操
舵力を所定値のみ減少補正するようにしているので、ド
ライバは、操舵反力から、低摩擦路面であることを認識
できるようになっている。Next, in the present embodiment, when the road surface is in a low friction state (running in rainy weather or the like), the target steering force set by the target steering force calculation unit 36 of the second control unit 20 described above is corrected. I am trying to do it. When the road surface is in a low friction state, the reaction force exerted by the tire from the road surface is reduced, which reduces the spring component and further reduces the friction component, which reduces the friction component. Therefore, for example, in the steering force characteristic model expressed by the equation (Equation 4), the values of the spring component and the friction component are reduced and corrected by a predetermined value. A chain line C in FIG. 8 indicates the target steering force thus reduced and corrected. In the present embodiment, when the vehicle travels on a low friction road surface in this way, the target steering force is reduced and corrected by only a predetermined value, so that the driver can recognize from the steering reaction force that the road surface is a low friction road surface. Has become.
【００３６】次に、図本発明の自動車の電動パワーステ
アリング装置の第２の実施形態を説明する。図９は、本
発明の第２の実施形態による制御ユニットを示すブロッ
クである。第２実施形態は、第１実施形態とほぼ同じで
あるが、図９に示す制御ユニットにおいて、第１実施形
態の図４に対して以下の構成が異なっている。第２実施
形態では、第１実施形態のフィルタ３８（図４参照）の
代わりに、実操舵力推定部５０を設け、さらに、この実
操舵力推定部５０は、トルクセンサ値を用いることな
く、車速センサ２８からの車速と操舵角センサ３０から
の操舵角を用いて、実操舵力を推定する。具体的には、
その車両における操舵角、操舵力、車速との関係を示す
関数モデルを予め実験により求めておき、実操舵力推定
部５０は、この関数モデルを用いて、入力された車速と
操舵角とから、実操舵力を推定する。この第２実施形態
でも、上述した第１実施形態と同様に、センターフィー
ル感応域では、所望の目標操舵力特性を得ることがで
き、非センターフィール感応域では、必要なアシスト力
を得ることができるので、操安性能が従来のものよりも
向上する。Next, a second embodiment of the electric power steering apparatus for an automobile according to the present invention will be described. FIG. 9 is a block diagram showing a control unit according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment is almost the same as the first embodiment, but the control unit shown in FIG. 9 differs from the first embodiment in FIG. 4 in the following configuration. In the second embodiment, an actual steering force estimation unit 50 is provided instead of the filter 38 (see FIG. 4) of the first embodiment, and the actual steering force estimation unit 50 does not use the torque sensor value, The actual steering force is estimated using the vehicle speed from the vehicle speed sensor 28 and the steering angle from the steering angle sensor 30. In particular,
A function model indicating the relationship between the steering angle, the steering force, and the vehicle speed in the vehicle is previously obtained by an experiment, and the actual steering force estimation unit 50 uses this function model to calculate the input vehicle speed and the steering angle from the input vehicle speed and the steering angle. Estimate the actual steering force. In the second embodiment as well, similar to the above-described first embodiment, a desired target steering force characteristic can be obtained in the center feel sensitive area, and a necessary assist force can be obtained in the non-center feel sensitive area. As a result, the operational safety performance is improved as compared with the conventional one.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の自動車の
電動パワーステアリング装置によれば、操舵力特性モデ
ルを設定し制御することにより、簡便かつ精度良く目標
操舵力特性を設定可能とし、操舵フィールと操安性能を
向上させることができる。As described above, according to the electric power steering system for an automobile of the present invention, the target steering force characteristic can be set easily and accurately by setting and controlling the steering force characteristic model. It can improve the feel and controllability.
【図１】本発明が適用される電動パワーステアリング装
置の一例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an example of an electric power steering device to which the present invention is applied.
【図２】操舵力特性モデルを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a steering force characteristic model.
【図３】操舵力特性モデルにおけるばね成分、粘性成分
及び摩擦成分を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a spring component, a viscous component, and a friction component in a steering force characteristic model.
【図４】本発明の第１実施形態の制御ユニットを示すブ
ロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a control unit according to the first embodiment of the present invention.
【図５】第１実施形態の制御ユニットにおける第１制御
部及び第２制御部の制御ゲインの補正マップである。FIG. 5 is a control gain correction map of the first control unit and the second control unit in the control unit of the first embodiment.
【図６】第１実施形態による制御内容を示すフローチャ
ートである。FIG. 6 is a flowchart showing control contents according to the first embodiment.
【図７】第１実施形態による走行時の操舵力特性を示す
線図である。FIG. 7 is a diagram showing steering force characteristics during traveling according to the first embodiment.
【図８】第１実施形態による低摩擦路面での目標操舵力
を示す線図である。FIG. 8 is a diagram showing a target steering force on a low friction road surface according to the first embodiment.
【図９】本発明の第２の実施形態による制御ユニットを
示すブロックである。FIG. 9 is a block diagram showing a control unit according to a second embodiment of the present invention.
１ 電動パワーステアリング装置 ２ ハンドル ４ ステアリングシャフト ６ 中間シャフト １２ タイヤ １４ 電動モータ １６ 制御ユニット １８ 第１制御部 ２０ 第２制御部 ２２ モータ電流制御部 ２４ トルクセンサ ２６ 横Ｇセンサ ２８ 車速センサ ３０ 操舵角センサ ３２ 路面μセンサ ３４，３８，４０ フィルタ ３６ 目標操舵力演算部 ５０ 実操舵力推定部 1 Electric power steering device 2 handles 4 steering shaft 6 Intermediate shaft 12 tires 14 Electric motor 16 control unit 18 First control unit 20 Second control unit 22 Motor current controller 24 Torque sensor 26 Horizontal G sensor 28 vehicle speed sensor 30 Steering angle sensor 32 Road surface μ sensor 34, 38, 40 filters 36 Target Steering Force Calculation Unit 50 Actual steering force estimation unit
Claims (11)
ストする自動車の電動パワーステアリング装置であっ
て、 操舵トルクを検出するトルクセンサと、 このトルクセンサの値を小さくするように上記電動モー
タの制御量を設定する第１制御部と、 予め設定した目標操舵力となるように上記電動モータの
制御量を設定する第２制御部と、 これらの第１制御部と第２制御部によるそれぞれの制御
量を加算した制御量により上記電動モータを制御する電
動モータ制御部と、 を有することを特徴とする自動車の電動パワーステアリ
ング装置。1. An electric power steering apparatus for an automobile, which assists steering of a steering wheel by an electric motor, comprising: a torque sensor for detecting steering torque; and a control amount of the electric motor for reducing the value of the torque sensor. A first control unit to be set, a second control unit to set a control amount of the electric motor so as to have a preset target steering force, and respective control amounts by the first control unit and the second control unit. An electric power steering apparatus for an automobile, comprising: an electric motor control unit that controls the electric motor according to the added control amount.
角に基づいて設定する請求項１記載の自動車の電動パワ
ーステアリング装置。2. The electric power steering apparatus for a vehicle according to claim 1, wherein the second control unit sets the target steering force based on a steering angle.
し、上記第２制御部は、上記目標操舵力を車速及び舵角
に基づいて設定する請求項１記載の自動車の電動パワー
ステアリング装置。3. The electric power steering apparatus for a vehicle according to claim 1, further comprising a vehicle speed sensor for detecting a vehicle speed, wherein the second control unit sets the target steering force based on the vehicle speed and the steering angle.
し、上記第２制御部は、上記目標操舵力をこのμセンサ
により検出された路面状態に応じて補正する請求項１記
載の自動車の電動パワーステアリング装置。4. The vehicle according to claim 1, further comprising a μ sensor for detecting a road surface condition, wherein the second control unit corrects the target steering force according to the road surface condition detected by the μ sensor. Electric power steering device.
定量補正する請求項４記載の自動車の電動パワーステア
リング装置。5. The electric power steering apparatus for a vehicle according to claim 4, wherein the second control unit corrects the target steering force by a predetermined amount.
記トルクセンサの値の偏差が小さくなるように上記制御
量を設定している請求項１乃至５の何れか１項記載の自
動車の電動パワーステアリング装置。6. The vehicle according to claim 1, wherein the second control unit sets the control amount so that a deviation between the target steering force and the value of the torque sensor is small. Electric power steering device.
値として、フィルタ手段を介して所定周波数範囲のデー
タを使用する請求項６記載の自動車の電動パワーステア
リング装置。7. The electric power steering apparatus for an automobile according to claim 6, wherein the second control section uses data in a predetermined frequency range via a filter means as the value of the torque sensor.
態のときのみ上記制御量を設定する請求項１乃至７の何
れか１項記載の自動車の電動パワーステアリング装置。8. The electric power steering apparatus for a vehicle according to claim 1, wherein the second control unit sets the control amount only when the vehicle is in a substantially straight traveling state.
上のときのみ上記制御量を設定する請求項８記載の自動
車の電動パワーステアリング装置。9. The electric power steering apparatus for a vehicle according to claim 8, wherein the second control unit sets the control amount only when the vehicle speed is about 80 km or more.
ているとき、上記第１制御部は、上記制御量を設定しな
いようになっている請求項１乃至９の何れか１項記載の
自動車の電動パワーステアリング装置。10. The method according to claim 1, wherein the first control unit does not set the control amount when the second control unit sets the control amount. Electric power steering system for automobiles.
ているとき、上記第２制御部は、上記制御量を設定しな
いようになっている請求項１乃至１０の何れか１項記載
の自動車の電動パワーステアリング装置。11. The method according to claim 1, wherein the second control unit does not set the control amount when the first control unit sets the control amount. Electric power steering system for automobiles.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002095970A JP2003285753A (en) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | Electric power steering device of automobile |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002095970A JP2003285753A (en) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | Electric power steering device of automobile |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003285753A true JP2003285753A (en) | 2003-10-07 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003285753A (en) |
Cited By (3)
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