JP2004074833A - Electric power steering device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power steering device for operating at steering torque determined irrespective of a road surface condition, and providing a natural steering feeling. <P>SOLUTION: The electric power steering device comprises a torque sensor 11 for detecting the steering torque, a steering angle sensor 10 for detecting a steering angle, a model steering means 20 for outputting a model steering angle on the basis of a model steering model 20a which determines a relation between the steering torque, and the model steering angle corresponding to the steering torque, and a means 21 for outputting a control signal for driving a motor M for steering assistance so that the model steering means 20 reduces a difference between the model steering angle outputted on the basis of the steering torque detected by the torque sensor 11 and the steering angle detected by the steering angle sensor 10. The model steering model 20a includes a structure of a secondary delay element 1/(Js<SP>2</SP>+Cs+K) comprising a moment of inertia J of a steering member, a friction coefficient C between the steering member and a supporting member, and a spring constant K when the steering member is regarded as a spring. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき、操舵補助用モータを駆動する為の制御信号を出力する制御手段とを備える電動パワーステアリング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
車両に装備される電動パワーステアリング装置は、車両の操舵力をモータにより補助するものであり、これは、操舵部材(舵輪及び操舵軸)が連結された舵取機構に、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、舵取機構の動作を補助する操舵補助用モータとを設け、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じたアシスト力を得られるように、操舵補助用モータを駆動させることにより、操舵部材への操作力を軽減するように構成してある。また、車両の高速走行時に、操舵部材への操作力が軽くなり過ぎないように、車速に応じたアシスト力を得られるようになっている。
【0003】
このような電動パワーステアリング装置では、アシスト力は、操舵トルク及び車速に応じて予め定められている。その為、路面及び車両側からの反力によって、操舵に必要な操舵トルクは異なるが、これには、ドライバが、路面状況等を知ることが出来るという利点がある。しかし、身体上のハンディキャップが有るドライバ及び高齢のドライバにとっては、ハンドルを取られる虞があり、また、路面状況に関係無く定められた操舵トルクでの運転が望まれることもある。
そこで、本出願人は、路面状況に関係無く定められた操舵トルクでの運転と、従来の操舵補助による操舵トルクでの運転とを切り替えることが可能な電動パワーステアリング装置を、特願2001−310526において提案している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述した、路面状況に関係無く定められた操舵トルクでの運転では、操舵トルクにのみ基づいているので、自然な操舵感を得ることが出来ないこと、車速に応じたアシスト力を得ることが出来ないこと、操舵感が安定しないこと、車両の直進性が悪いこと、及びハンドル戻りが悪いこと等の問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第1,2発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクでの運転が出来ると共に、自然な操舵感を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【0005】
第3発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車速に応じたアシスト力を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
第4発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、操舵感が安定する電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
第5発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車両の直進性が良い電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
第6発明では、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、ハンドル戻りが良い電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
第1発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、前記操舵トルク及び該操舵トルクに対応すべき操舵角である規範操舵角の関係を定める規範操舵モデルに基づき、規範操舵角を出力する規範操舵手段と、該規範操舵手段が、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき出力した規範操舵角、及び前記舵角センサが検出した操舵角の差を小さくすべく、操舵補助用モータを駆動する為の制御信号を出力する出力手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、前記規範操舵モデルは、前記操舵部材の慣性モーメント値J、該操舵部材の支持部材との摩擦係数値C、及び該操舵部材をばねと見なした場合のばね定数値Kからなる二次遅れ要素1/(Js2 +Cs+K)であることを特徴とする。(sは複素変数)
【0007】
この電動パワーステアリング装置では、規範操舵手段が、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき出力した規範操舵角、及び舵角センサが検出した操舵角の差を小さくすべく、出力手段が、操舵補助用モータを駆動する為の制御信号を出力する。規範操舵手段操舵の、トルク及び規範操舵角の関係を定める規範操舵モデルは、操舵部材の慣性モーメント値J、操舵部材の支持部材との摩擦係数値C、及び操舵部材をばねと見なした場合のばね定数値Kからなる二次遅れ要素1/(Js2 +Cs+K)である。
これにより、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、自然な操舵感を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【0008】
第2発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵を補助する為のモータと、操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、前記操舵トルク及び該操舵トルクに対応すべき操舵角である規範操舵角の関係を定め、前記操舵部材の慣性モーメント値J、該操舵部材の支持部材との摩擦係数値C、及び該操舵部材をばねと見なした場合のばね定数値Kからなる二次遅れ要素1/(Js2 +Cs+K)である規範操舵モデルを記憶する記憶手段と、該記憶手段が記憶する規範操舵モデルに基づき、規範操舵角を演算し出力する規範操舵手段と、該規範操舵手段が、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき演算し出力した規範操舵角、及び前記舵角センサが検出した操舵角の差を演算する演算手段と、該演算手段が演算した差を小さくすべく、前記モータを駆動する為の制御信号を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【0009】
この電動パワーステアリング装置では、操舵トルク及び操舵トルクに対応すべき操舵角である規範操舵角の関係を定める、二次遅れ要素1/(Js2 +Cs+K)である規範操舵モデルを、記憶手段が記憶し、その記憶する規範操舵モデルに基づき、規範操舵手段が、規範操舵角を演算し出力する。規範操舵手段が、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき演算し出力した規範操舵角と、舵角センサが検出した操舵角との差を、演算手段が演算し、その演算した差を小さくすべく、出力手段が、操舵補助用のモータを駆動する為の制御信号を出力する。
これにより、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、自然な操舵感を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【0010】
第3発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記車両の車速を検出する車速センサと、該車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記ばね定数値Kを大小に変更する第1の変更手段とを更に備えることを特徴とする。
【0011】
この電動パワーステアリング装置では、車速センサが検出した車速の高低に応じて、規範操舵モデルの二次遅れ要素のばね定数値Kを大小に変更するので、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車速に応じたアシスト力を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【0012】
第4発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記摩擦係数値Cを大小に変更する第2の変更手段を更に備えることを特徴とする。
【0013】
この電動パワーステアリング装置では、車速センサが検出した車速の高低に応じて、規範操舵モデルの二次遅れ要素の摩擦係数値Cを大小に変更するので、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、操舵感が安定する電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【0014】
第5発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記慣性モーメント値Jを大小に変更する第3の変更手段を更に備えることを特徴とする。
【0015】この電動パワーステアリング装置では、車速センサが検出した車速の高低に応じて、規範操舵モデルの二次遅れ要素の慣性モーメント値Jを大小に変更するので、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車両の直進性が良い電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【0016】
第6発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記舵角センサが検出した操舵角の大小に応じて、前記ばね定数値Kを小大に変更する第4の変更手段を更に備えることを特徴とする。
【0017】
この電動パワーステアリング装置では、舵角センサが検出した操舵角の大小に応じて、規範操舵モデルの二次遅れ要素のばね定数値Kを小大に変更するので、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、ハンドル戻りが良い電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態1の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、ステアリング系14の操舵部材(舵輪及び操舵軸)に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサ11と、ステアリング系14に連結された操舵補助用のモータMと、トルクセンサ11が検出した操舵トルク、及び車速センサ12が検出した車速に基づき、操舵補助用のモータMを駆動する為の第1制御信号を出力する第1制御手段17と、ステアリング系14の操舵部材の操舵角を検出する舵角センサ10とを備えている。
【0019】
この電動パワーステアリング装置は、また、トルクセンサ11が検出した操舵トルク及び規範操舵角の関係を定めた規範操舵モデル20aに基づき、規範操舵角を出力する規範操舵手段20と、規範操舵手段20が、トルクセンサ11が検出した操舵トルクに基づき演算し出力した規範操舵角θdからの、舵角センサ10が検出した操舵角の偏差を小さくするように、操舵補助用のモータMを駆動する為の第2制御信号を出力する第2制御手段21と、第1制御信号及び第2制御信号を切り替え出力する第1切替手段18とを備えている。
規範操舵手段20は、車速センサ12が検出した車速、及び舵角センサ10が検出した操舵角に応じて、規範操舵モデル20aを変化させる。
【0020】
この電動パワーステアリング装置は、また、第1切替手段18に連動する手動の切替スイッチ19と、ヨーレートセンサ等により車両の挙動が異常であるか否かを判定し、異常であると判定したときは、第1切替手段18を第2制御信号に切り替える挙動判定手段13と、第1切替手段18が切り替え出力した制御信号を、モータMの減速比及びトルク定数に反比例的に増幅する増幅器16と、増幅器16が増幅した制御信号に基づき、PI制御信号をモータMに与えるPIコントローラ15とを備えている。
【0021】
図2は、第2制御手段21の内部構成及びその関連部分を示すブロック図である。規範操舵手段20は、操舵トルクの位相遅れを補償する位相補償手段22を内蔵しており、規範操舵モデル20aは、ステアリング系14の操舵部材の慣性モーメントJ、操舵部材の支持部材との摩擦係数C、及び操舵部材をばねと見なした場合のばね定数Kからなる2次遅れ要素1/(Js2 +Cs+K)であり、規範操舵手段20が内蔵するメモリに記憶されたソフトウェアで実現される。(sは複素変数)
【0022】
ステアリング系14の操舵部材の構成は、図3に示すように、舵輪50を支持する操舵軸53の先端部が、固定部にばね52を介して支持され、更に操舵軸53の中間部が支持部材51により支持されているように、模式的に示すことが出来る。この場合、2次遅れ要素1/(Js2 +Cs+K)の慣性モーメントJは、ステアリング系14全体の慣性モーメントに、摩擦係数Cは、操舵軸53と支持部材51との摩擦係数に、ばね定数Kは、ばね52のばね定数にそれぞれ相当する。
【0023】
規範操舵手段20は、また、車速センサ12が検出した車速の高低に応じて、ばね定数値Kを大小に変更する為の参照テーブル42(第1の変更手段)と、車速の高低に応じて、摩擦係数値Cを大小に変更する為の参照テーブル41(第2の変更手段)と、車速の高低に応じて、慣性モーメント値Jを大小に変更する為の参照テーブル40(第3の変更手段)と、舵角センサ10が検出した操舵角の大小に応じて、ばね定数値Kを小大に変更する為の参照テーブル43(第4の変更手段)とを備えている。
規範操舵手段20は、また、参照テーブル42、43の各出力を掛け合わせて規範操舵モデル20aへ与える掛け合わせ手段44を備えている。
【0024】
第2制御手段21は、規範操舵手段20が出力した規範操舵角θdからの、舵角センサ10が検出した操舵角(実操舵角信号)の偏差を演算して出力する差引点23と、差引点23が出力した偏差をゲインG1で増幅する増幅器24と、舵角センサ10が検出した操舵角を微分する微分手段25と、微分手段25が微分した操舵角(操舵角速度)をゲインG2で増幅する増幅器26と、増幅器24の出力から増幅器26の出力を差し引いて、第2制御信号を出力する差引点36とから構成されている。その他の構成は、図1で説明したので省略する。但し、第1切替手段18は省略してある。
【0025】
規範操舵手段20は、位相補償手段22により位相遅れを補償された操舵トルクにより、2次遅れ要素1/(Js2 +Cs+K)を演算して、規範操舵角θdを求める。差引点23は、規範操舵手段20が求めた規範操舵角θdからの、舵角センサ10が検出した操舵角の偏差を演算し、増幅器24は、この偏差をゲインG1で増幅する。
一方、舵角センサ10が検出した操舵角は、微分手段25により微分され、微分された操舵角(操舵角速度)は、増幅器26が、ゲインG2で増幅する。
差引点36は、増幅器24の出力から増幅器26の出力を差し引いて、第2制御信号を出力する。
【0026】
以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置を説明する。
第1制御手段17は、トルクセンサ11が検出した操舵トルクと、車速センサ12が検出した車速とに基づき、第1制御信号を出力する。
規範操舵手段20は、操舵トルクに基づき規範操舵角θdを求めて出力し、第2制御手段21は、上述した動作により第2制御信号を出力する。
規範操舵手段20は、また、参照テーブル41の出力の大小に応じて、規範操舵モデル20aの摩擦係数値Cを大小に変化させ、参照テーブル40の出力の大小に応じて、規範操舵モデル20aの慣性モーメント値Jを大小に変化させる。また、掛け合わせ手段44の出力の大小に応じて、規範操舵モデル20aのばね定数値Kを大小に変化させる。
【0027】
ここで、摩擦係数値Cを大きくすると、舵輪(操舵部材)の収束が速まる。慣性モーメント値Jを大きくすると、舵輪の収まりが良くなり、車両の直進性が向上する。ばね定数値Kを大きくすると、舵輪の剛性が高まり、高速走行時に車両が安定する。また、操舵角が大きくなるのに伴い、ばね定数値Kを小さくすると、舵輪の中点をドライバが認識し易くなり、また、舵輪の戻りが良くなる。
【0028】
第1切替手段18は、切替スイッチ19が操作されると、それに連動して、第1制御手段17側又は第2制御手段21側に切り替わり、第1制御信号又は第2制御信号を出力する。
第1切替手段18は、また、第1制御手段17側に切り替わっている場合に、挙動判定手段13から指示信号が送信されると、第2制御手段21側に切り替わり、第2制御信号を出力するようになる。
【0029】
第1制御信号又は第2制御信号は、増幅器16により増幅された後、PIコントローラ15によりPI制御信号に変換され、操舵補助用のモータに与えられる。
第1切替手段18が、第2制御手段21側に切り替わり、第2制御信号を出力している場合は、ドライバは、操舵角に応じて定められた操舵トルク及び反力により操舵することが出来、操舵部材には、路面の凸凹、摩擦力等による影響は伝わらない。
【0030】
図4は、第2制御手段21内で、舵角センサ10が検出した操舵角を微分して求めた操舵角速度を、第2制御信号から差し引いた場合(a)(増幅器26のゲインG2=400)と、差し引かない場合(b)(増幅器26のゲインG2=0)の、ステアリング系14の位相及びゲインの周波数特性を示す特性図である。差し引いた場合(a)は、振動が抑制されることが示されている。
【0031】
実施の形態2.
図5は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態2の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、ステアリング系14の操舵部材(舵輪及び操舵軸)に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサ11と、ステアリング系14に連結された操舵補助用のモータMと、トルクセンサ11が検出した操舵トルク、及び車速センサ12が検出した車速に基づき、操舵補助用のモータMを駆動する為の第1制御信号を出力する第1制御手段17と、ステアリング系14の操舵部材の操舵角を検出する舵角センサ10とを備えている。
【0032】
この電動パワーステアリング装置は、また、舵角センサ10が検出した操舵角及びトルクセンサ11が検出した操舵トルクの関係を定めた規範操舵モデル20bに基づき、規範操舵角を演算し出力する規範操舵手段20cと、規範操舵手段20cが出力した規範操舵角からの、舵角センサ10が検出した操舵角の偏差を演算する差引点23(演算手段)と、差引点23が出力した偏差をゲインg1で増幅する増幅器31と、舵角センサ10が検出した操舵角を微分する微分手段25と、微分手段25が微分した操舵角(操舵角速度)をゲインg2で増幅する増幅器32と、増幅器31の出力から増幅器32の出力を差し引き第2制御信号を作成し、その第2制御信号に第1制御手段17からの第1制御信号を加え合わせる加え合せ点30とを備えている。
【0033】
規範操舵モデル20bは、実施の形態1で説明したような規範操舵モデル20aを例えば3種類有しており、規範操舵手段20cは、車速センサ12が検出した車速に応じて、例えば、高速の場合は、操舵トルクが比較的に重くなるように、3種類の規範操舵モデルから選択する。また、規範操舵手段20cは、手動の切替スイッチ35の操作により、3種類の規範操舵モデルを切り替える。
また、規範操舵手段20cは、車速センサ12が検出した車速、及び舵角センサ10が検出した操舵角に応じて、規範操舵モデル20bを変化させる。
【0034】
図6は、規範操舵手段20cの内部構成を示すブロック図である。規範操舵手段20cは、操舵トルクの位相遅れを補償する位相補償手段22を内蔵しており、規範操舵モデル20bは、ステアリング系14の操舵部材の慣性モーメントJ、操舵部材の支持部材との摩擦係数C、及び操舵部材をばねと見なした場合のばね定数Kからなる2次遅れ要素1/(Js2 +Cs+K)であり、規範操舵手段20cが内蔵するメモリに記憶されたソフトウェアで実現される。(sは複素変数)
【0035】
ステアリング系14の操舵部材の構成は、図3に示すように、舵輪50を支持する操舵軸53の先端部が、固定部にばね52を介して支持され、更に操舵軸53の中間部が支持部材51により支持されているように、模式的に示すことが出来る。この場合、2次遅れ要素1/(Js2 +Cs+K)の慣性モーメントJは、ステアリング系14全体の慣性モーメントに、摩擦係数Cは、操舵軸53と支持部材51との摩擦係数に、ばね定数Kは、ばね52のばね定数にそれぞれ相当する。
【0036】
規範操舵手段20cは、また、車速センサ12が検出した車速の高低に応じて、ばね定数値Kを大小に変更する為の3種類の関係を記憶する参照テーブル42a(第1の変更手段)と、車速の高低に応じて、摩擦係数値Cを大小に変更する為の3種類の関係を記憶する参照テーブル41a(第2の変更手段)と備えている。また、車速の高低に応じて、慣性モーメント値Jを大小に変更する為の3種類の関係を記憶する参照テーブル40a(第3の変更手段)と、舵角センサ10が検出した操舵角の大小に応じて、ばね定数値Kを小大に変更する為の3種類の関係を記憶する参照テーブル43a(第4の変更手段)とを備えている。
【0037】
参照テーブル40a,41a,42a,43aがそれぞれ記憶する3種類の各関係は、切替スイッチ35(図5)からの切替信号により切り替えられ、これにより、規範操舵モデル20bは、3種類の規範操舵モデルに切り替わる。
規範操舵手段20cは、また、参照テーブル42a、43aの各出力を掛け合わせて規範操舵モデル20bへ与える掛け合わせ手段44を備えている。
【0038】
この電動パワーステアリング装置は、また、差引点23(図5)が出力した偏差をゲインg3で増幅する増幅器33と、トルクセンサ11が検出した操舵トルクから、増幅器33が増幅した偏差を差し引き、差し引いた操舵トルクを規範操舵モデル20bに与える差引点28と、ゲインg1,g2,g3をそれぞれ連続的に変化させるゲイン可変手段34と、ゲイン可変手段34に連動し、スライド位置に応じて、ゲイン可変手段34にゲインg1,g2,g3を連続的に滑らかに変化させるスライドスイッチ19aとを備えている。
【0039】
ゲイン可変手段34は、ゲインg1,g2,g3を変更することにより、加え合せ点30から出力される制御信号の、第1制御信号及び第2制御信号の混合比を設定することが出来る。例えば、混合比を100%第1制御信号とするときは、ゲインg1=0、ゲインg3=500とし、混合比を100%第2制御信号とするときは、ゲインg1=125000、ゲインg3=0とし、これらの中間的な混合比とするときは、ゲインg1,g3を反比例的に連続的に変更して設定する。ゲインg2は、ゲインg1,g3に応じて、振動が生じないように適切に設定される。
【0040】
この電動パワーステアリング装置は、また、ヨーレートセンサ等により車両の挙動が異常であるか否かを判定し、異常であると判定したときは、ゲイン可変手段34を作動させて、加え合せ点30からの出力を第2制御信号に切り替える挙動判定手段13と、加え合せ点30が出力した制御信号を、モータMの減速比及びトルク定数に反比例的に増幅する増幅器16と、増幅器16が増幅した制御信号に基づき、PI制御信号をモータMに与えるPIコントローラ15とを備えている。
【0041】
以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置を説明する。
第1制御手段17は、トルクセンサ11が検出した操舵トルクと、車速センサ12が検出した車速とに基づき、第1制御信号を出力し、加え合せ点30に与える。
また、規範操舵手段20cは、増幅器33が増幅した偏差を差し引いた操舵トルクに基づき規範操舵角を求めて出力し、この規範操舵角からの、舵角センサ10が検出した操舵角の偏差は、増幅器31によりゲインg1で増幅され、加え合せ点30に与えられる。
【0042】
規範操舵手段20cは、また、参照テーブル41aの出力の大小に応じて、規範操舵モデル20bの摩擦係数値Cを大小に変更し、参照テーブル40aの出力の大小に応じて、規範操舵モデル20bの慣性モーメント値Jを大小に変更する。また、掛け合わせ手段44の出力の大小に応じて、規範操舵モデル20bのばね定数値Kを大小に変更する。
【0043】
ここで、摩擦係数値Cを大きくすると、舵輪(操舵部材)の中点への収束が速まる。慣性モーメント値Jを大きくすると、舵輪の収まりが良くなり、車両の直進性が向上する。ばね定数値Kを大きくすると、舵輪の剛性が高まり、高速走行時に車両が安定する。また、操舵角が大きくなるのに伴い、ばね定数値Kを小さくすると、舵輪の中点をドライバが認識し易くなり、また、舵輪の戻りが良くなる。
【0044】
一方、舵角センサ10が検出した操舵角は、微分手段25により微分され、微分された操舵角(操舵角速度)は、増幅器32が、ゲインg2で増幅する。
加え合せ点30は、増幅器31の出力から増幅器32の出力を差し引いた第2制御信号を作成する。
【0045】
ゲイン可変手段34は、スライドスイッチ19aのスライド位置に応じて、ゲインg1,g2,g3を連続的に滑らかに変化させて設定する。これにより、加え合せ点30から出力される制御信号の、第1制御信号及び第2制御信号の混合比が設定され、ドライバは、第1制御手段及び第2制御手段の中間的な様々な操舵補助による操舵トルクの運転を楽しむことが出来る。
ゲイン可変手段34は、また、挙動判定手段13から指示信号が送信されると、第1制御信号及び第2制御信号の混合比を、漸次、100%第2制御信号に変化させる。
【0046】
加え合せ点30から出力された制御信号は、増幅器16により増幅された後、PIコントローラ15によりPI制御信号に変換され、操舵補助用のモータに与えられる。
加え合せ点30から出力された制御信号が、100%第2制御信号である場合は、ドライバは、操舵角に応じて定められた操舵トルク及び反力により操舵することが出来、操舵部材には、路面の凸凹、摩擦力等による影響は伝わらない。
【0047】
図7は、加え合せ点30から出力される制御信号の第1制御信号及び第2制御信号の混合比を、100%第1制御信号(従来制御)から100%第2制御信号(規範制御)に、20秒間かけて変化させた場合に、操舵トルク(周期的に操舵部材を操作している)が遷移する様子を示す波形図である。連続的に滑らかに、従来制御から規範制御に切り替わることを示している。
【0048】
【発明の効果】
第1,2発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、自然な操舵感を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【0049】
第3発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車速に応じたアシスト力を得ることが出来る電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【0050】
第4発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、操舵感が安定する電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【0051】
第5発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、車両の直進性が良い電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【0052】
第6発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、路面状況に関係無く定められた操舵トルクに対する操舵角での運転が出来ると共に、ハンドル戻りが良い電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図2】第2制御手段の内部構成及びその関連部分を示すブロック図である。
【図3】ステアリング系の操舵部材の構成を模式的に示す説明図である。
【図4】操舵角速度を第2制御信号から差し引いた場合(a)と、差し引かない場合(b)の、ステアリング系の位相及びゲインの周波数特性を示す特性図である。
【図5】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図6】規範操舵手段の内部構成を示すブロック図である。
【図7】第1制御信号及び第2制御信号の混合比を変化させた場合に、操舵トルクが遷移する様子を示す波形図である。
【符号の説明】
10 舵角センサ
11 トルクセンサ
12 車速センサ
13 挙動判定手段
14 ステアリング系(操舵部材)
15 PIコントローラ(出力手段)
16,24,26,31,32,33 増幅器
18 第1切替手段
19,35 切替スイッチ
20,20c 規範操舵手段
20a,20b  規範操舵モデル(記憶手段)
21 第2制御手段
23,28,36 差引点(演算手段)
25 微分手段
30 加え合せ点
34 ゲイン可変手段
40,40a 参照テーブル(第3の変更手段)
41,41a 参照テーブル(第2の変更手段)
42,42a 参照テーブル(第1の変更手段)
43,43a 参照テーブル(第4の変更手段)
44 掛け合わせ手段
50 舵輪(操舵部材)
M 操舵補助用のモータ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power comprising: a torque sensor for detecting a steering torque applied to a steering member of a vehicle; and control means for outputting a control signal for driving a steering assist motor based on the steering torque detected by the torque sensor. The present invention relates to a steering device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art An electric power steering device mounted on a vehicle assists a steering force of a vehicle by a motor, and is applied to a steering mechanism to which a steering member (a steering wheel and a steering shaft) is connected. A torque sensor for detecting a steering torque and a steering assist motor for assisting the operation of the steering mechanism are provided, and the steering assist motor is driven so as to obtain an assist force according to the steering torque detected by the torque sensor. Thereby, the operation force on the steering member is reduced. In addition, when the vehicle is running at high speed, an assist force according to the vehicle speed can be obtained so that the operation force on the steering member does not become too light.
[0003]
In such an electric power steering device, the assist force is predetermined in accordance with the steering torque and the vehicle speed. Therefore, the steering torque required for steering differs depending on the reaction force from the road surface and the vehicle side. This has the advantage that the driver can know the road surface condition and the like. However, a driver having a physical handicap and an elderly driver may have a possibility of being picked up by a steering wheel, and may want to operate with a predetermined steering torque regardless of the road surface condition.
Therefore, the present applicant has proposed an electric power steering device capable of switching between driving with a predetermined steering torque regardless of the road surface condition and driving with a conventional steering assisted steering torque, in Japanese Patent Application No. 2001-310526. In the proposal.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described driving with the steering torque determined regardless of the road surface condition, since it is based only on the steering torque, it is not possible to obtain a natural steering feeling, and it is possible to obtain an assist force according to the vehicle speed. There is a problem that the steering feeling is not stable, the straightness of the vehicle is poor, and the return of the steering wheel is poor.
The present invention has been made in view of the circumstances described above, and in the first and second inventions, it is possible to drive at a predetermined steering torque regardless of the road surface condition and to obtain a natural steering feeling. It is an object of the present invention to provide an electric power steering device that can be used.
[0005]
A third object of the present invention is to provide an electric power steering device capable of operating at a steering angle with respect to a determined steering torque regardless of a road surface condition and obtaining an assist force according to a vehicle speed.
A fourth object of the present invention is to provide an electric power steering device capable of operating at a steering angle with respect to a predetermined steering torque regardless of a road surface condition and stabilizing a steering feeling.
It is an object of the fifth invention to provide an electric power steering device that can operate at a steering angle corresponding to a determined steering torque regardless of a road surface condition and has good straightness of a vehicle.
It is an object of the sixth invention to provide an electric power steering device which can operate at a steering angle with respect to a predetermined steering torque regardless of a road surface condition and has a good steering wheel return.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An electric power steering apparatus according to a first aspect of the present invention includes a torque sensor that detects a steering torque applied to a steering member, a steering angle sensor that detects a steering angle of the steering member, and a steering corresponding to the steering torque and the steering torque. A reference steering model that outputs a reference steering angle based on a reference steering model that defines a relationship of a reference steering angle that is an angle, a reference steering angle that the reference steering unit outputs based on a steering torque detected by the torque sensor, and Output means for outputting a control signal for driving a steering assist motor, in order to reduce the difference between the steering angles detected by the steering angle sensor, wherein the reference steering model comprises: It consists of a moment of inertia J of the steering member, a coefficient of friction C of the steering member with the support member, and a spring constant value K when the steering member is regarded as a spring. Next lag element 1 / (Js 2 + Cs + K). (S is a complex variable)
[0007]
In this electric power steering apparatus, the output means includes a steering assist for reducing a difference between the reference steering angle output based on the steering torque detected by the torque sensor and the steering angle detected by the steering angle sensor. Outputs a control signal for driving the motor. The reference steering model for determining the relationship between the torque and the reference steering angle of the reference steering means is based on the assumption that the moment of inertia J of the steering member, the coefficient of friction C of the steering member with the support member, and the steering member are springs. Second order lag element 1 / (Js 2 + Cs + K).
As a result, it is possible to realize an electric power steering device capable of operating at a steering angle corresponding to a determined steering torque regardless of road surface conditions and obtaining a natural steering feeling.
[0008]
An electric power steering device according to a second aspect of the present invention includes a motor for assisting steering, a torque sensor for detecting a steering torque applied to a steering member, a steering angle sensor for detecting a steering angle of the steering member, and a steering torque. And a relation between a reference steering angle which is a steering angle corresponding to the steering torque, and a moment of inertia J of the steering member, a coefficient of friction C between the steering member and a support member, and the steering member as a spring. The second order lag element 1 / (Js 2 + Cs + K), a reference steering model that calculates and outputs a reference steering angle based on the reference steering model stored by the storage means, and a reference steering unit that detects the torque sensor. Calculating means for calculating the difference between the reference steering angle calculated and output based on the calculated steering torque and the steering angle detected by the steering angle sensor; and driving the motor to reduce the difference calculated by the calculating means. And output means for outputting the control signal.
[0009]
In this electric power steering apparatus, a secondary delay element 1 / (Js) that determines the relationship between the steering torque and a reference steering angle that is a steering angle corresponding to the steering torque. 2 + Cs + K) is stored in the storage means, and based on the stored reference steering model, the reference steering means calculates and outputs a reference steering angle. The reference steering means calculates a difference between the reference steering angle calculated and output based on the steering torque detected by the torque sensor and the steering angle detected by the steering angle sensor, and the calculation means calculates the difference between the reference steering angle and the steering angle detected by the steering angle sensor. The output means outputs a control signal for driving the steering assist motor.
As a result, it is possible to realize an electric power steering device capable of operating at a steering angle corresponding to a determined steering torque regardless of road surface conditions and obtaining a natural steering feeling.
[0010]
An electric power steering device according to a third aspect of the present invention is a vehicle speed sensor for detecting a vehicle speed of the vehicle, and first changing means for changing the spring constant value K according to the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor. And further comprising:
[0011]
In this electric power steering device, the spring constant value K of the secondary delay element of the reference steering model is changed to be large or small according to the level of the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor. It is possible to realize an electric power steering device capable of operating at a steering angle and obtaining an assist force according to the vehicle speed.
[0012]
The electric power steering apparatus according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that the electric power steering apparatus further includes a second changing unit that changes the friction coefficient value C according to the level of the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor.
[0013]
In this electric power steering device, the friction coefficient value C of the secondary delay element of the reference steering model is changed to be large or small according to the level of the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor. It is possible to realize an electric power steering device that can drive at the steering angle and stabilize the steering feeling.
[0014]
The electric power steering apparatus according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that the electric power steering apparatus further includes a third changing unit that changes the inertia moment value J to a large or small value according to the level of the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor.
In this electric power steering device, the inertia moment value J of the secondary delay element of the reference steering model is changed to be large or small according to the level of the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor. An electric power steering device that can operate at a steering angle with respect to the steering torque and has good straightness of a vehicle can be realized.
[0016]
The electric power steering apparatus according to a sixth aspect of the present invention further includes a fourth changing unit that changes the spring constant value K to a small or large value according to the magnitude of the steering angle detected by the steering angle sensor. .
[0017]
In this electric power steering device, the spring constant value K of the secondary delay element of the reference steering model is changed to a small value according to the magnitude of the steering angle detected by the steering angle sensor. An electric power steering device that can operate at a steering angle with respect to the steering torque and has a good steering wheel return can be realized.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings showing the embodiments.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of an electric power steering apparatus according to a first embodiment of the present invention. The electric power steering apparatus includes a torque sensor 11 for detecting a steering torque applied to a steering member (steering wheel and steering shaft) of a steering system 14, a steering assist motor M connected to the steering system 14, and a torque sensor. A first control means for outputting a first control signal for driving a steering assist motor based on a steering torque detected by the vehicle speed sensor and a vehicle speed detected by the vehicle speed sensor; A steering angle sensor 10 for detecting a steering angle.
[0019]
The electric power steering apparatus further includes a reference steering unit 20 that outputs a reference steering angle based on a reference steering model 20a that defines a relationship between the steering torque detected by the torque sensor 11 and the reference steering angle. A driving assist motor M for driving a steering assist motor M so as to reduce the deviation of the steering angle detected by the steering angle sensor 10 from the reference steering angle θd calculated and output based on the steering torque detected by the torque sensor 11. A second control means 21 for outputting a second control signal and a first switching means 18 for switching and outputting the first control signal and the second control signal are provided.
The reference steering unit 20 changes the reference steering model 20a according to the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 12 and the steering angle detected by the steering angle sensor 10.
[0020]
The electric power steering device also determines whether or not the behavior of the vehicle is abnormal by using a manual changeover switch 19 interlocked with the first switching means 18 and a yaw rate sensor, and when it is determined that the behavior is abnormal. A behavior determining means 13 for switching the first switching means 18 to the second control signal, an amplifier 16 for amplifying the control signal switched and output by the first switching means 18 in inverse proportion to a reduction ratio and a torque constant of the motor M, A PI controller 15 for providing a PI control signal to the motor M based on the control signal amplified by the amplifier 16.
[0021]
FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the second control means 21 and its related parts. The reference steering unit 20 includes a phase compensating unit 22 for compensating a phase delay of the steering torque. The reference steering model 20a includes a moment of inertia J of a steering member of the steering system 14, a coefficient of friction of the steering member with a support member. C and a second-order lag element 1 / (Js) consisting of a spring constant K when the steering member is regarded as a spring. 2 + Cs + K), and is realized by software stored in a memory built in the reference steering means 20. (S is a complex variable)
[0022]
As shown in FIG. 3, the configuration of the steering member of the steering system 14 is such that a distal end of a steering shaft 53 that supports the steering wheel 50 is supported by a fixed portion via a spring 52, and an intermediate portion of the steering shaft 53 is supported. It can be shown schematically as supported by the member 51. In this case, the secondary delay element 1 / (Js 2 The moment of inertia J of (+ Cs + K) corresponds to the moment of inertia of the entire steering system 14, the friction coefficient C corresponds to the friction coefficient between the steering shaft 53 and the support member 51, and the spring constant K corresponds to the spring constant of the spring 52.
[0023]
The reference steering unit 20 further includes a reference table 42 (first changing unit) for changing the spring constant value K to a large or small value according to the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 12, and a reference to the vehicle speed. , A reference table 41 (second changing means) for changing the friction coefficient value C to a large or small value, and a reference table 40 (third change) for changing the inertia moment value J to a large or small value according to the vehicle speed. Means), and a reference table 43 (fourth changing means) for changing the spring constant value K to a small or large value according to the magnitude of the steering angle detected by the steering angle sensor 10.
The reference steering unit 20 further includes a multiplying unit 44 that multiplies the outputs of the reference tables 42 and 43 and provides the output to the reference steering model 20a.
[0024]
The second control means 21 calculates a deviation of the steering angle (actual steering angle signal) detected by the steering angle sensor 10 from the reference steering angle θd output by the reference steering means 20, and outputs a subtraction point 23; An amplifier 24 for amplifying the deviation output by the point 23 with a gain G1, a differentiating means 25 for differentiating the steering angle detected by the steering angle sensor 10, and a steering angle (steering angular velocity) differentiated by the differentiating means 25 for a gain G2. , And a subtraction point 36 for subtracting the output of the amplifier 26 from the output of the amplifier 24 and outputting the second control signal. Other configurations have been described with reference to FIG. However, the first switching means 18 is omitted.
[0025]
The reference steering means 20 uses the steering torque whose phase delay has been compensated by the phase compensation means 22 for the secondary delay element 1 / (Js 2 + Cs + K) to obtain the reference steering angle θd. The subtraction point 23 calculates a deviation of the steering angle detected by the steering angle sensor 10 from the reference steering angle θd obtained by the reference steering means 20, and the amplifier 24 amplifies the deviation by a gain G1.
On the other hand, the steering angle detected by the steering angle sensor 10 is differentiated by the differentiating means 25, and the differentiated steering angle (steering angular velocity) is amplified by the amplifier 26 with the gain G2.
The subtraction point 36 outputs the second control signal by subtracting the output of the amplifier 26 from the output of the amplifier 24.
[0026]
Hereinafter, an electric power steering apparatus having such a configuration will be described.
The first control means 17 outputs a first control signal based on the steering torque detected by the torque sensor 11 and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 12.
The reference steering means 20 calculates and outputs the reference steering angle θd based on the steering torque, and the second control means 21 outputs the second control signal by the above-described operation.
The reference steering unit 20 also changes the friction coefficient value C of the reference steering model 20a according to the magnitude of the output of the reference table 41, and changes the friction coefficient value C of the reference steering model 20a according to the magnitude of the output of the reference table 40. The moment of inertia value J is changed to be large or small. Further, the spring constant value K of the reference steering model 20a is changed to be large or small according to the magnitude of the output of the multiplying means 44.
[0027]
Here, when the friction coefficient value C is increased, the convergence of the steering wheel (steering member) is accelerated. When the inertia moment value J is increased, the fit of the steering wheel is improved, and the straightness of the vehicle is improved. When the spring constant K is increased, the rigidity of the steering wheel is increased, and the vehicle is stabilized during high-speed running. Further, when the spring constant value K is reduced as the steering angle increases, the driver can easily recognize the middle point of the steering wheel, and the return of the steering wheel is improved.
[0028]
When the changeover switch 19 is operated, the first changeover means 18 switches to the first control means 17 side or the second control means 21 side, and outputs the first control signal or the second control signal.
The first switching unit 18 switches to the second control unit 21 and outputs the second control signal when an instruction signal is transmitted from the behavior determination unit 13 when the first switching unit 18 is switched to the first control unit 17 side. I will do it.
[0029]
After the first control signal or the second control signal is amplified by the amplifier 16, the first control signal or the second control signal is converted into a PI control signal by the PI controller 15 and supplied to the steering assist motor.
When the first switching unit 18 switches to the second control unit 21 and outputs the second control signal, the driver can perform steering with the steering torque and the reaction force determined according to the steering angle. In addition, the influence of unevenness of the road surface, frictional force, and the like is not transmitted to the steering member.
[0030]
FIG. 4 shows a case where the steering angular velocity obtained by differentiating the steering angle detected by the steering angle sensor 10 in the second control means 21 is subtracted from the second control signal (a) (gain G2 of amplifier 26 = 400). FIG. 7B is a characteristic diagram showing the phase and gain frequency characteristics of the steering system 14 when no subtraction is performed (b) (gain G2 = 0 of the amplifier 26). In the case of subtraction (a), it is shown that the vibration is suppressed.
[0031]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing a main configuration of an electric power steering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The electric power steering apparatus includes a torque sensor 11 for detecting a steering torque applied to a steering member (steering wheel and steering shaft) of a steering system 14, a steering assist motor M connected to the steering system 14, and a torque sensor. A first control means for outputting a first control signal for driving a steering assist motor based on a steering torque detected by the vehicle speed sensor and a vehicle speed detected by the vehicle speed sensor; A steering angle sensor 10 for detecting a steering angle.
[0032]
The electric power steering apparatus further includes a reference steering unit that calculates and outputs a reference steering angle based on a reference steering model 20b that defines a relationship between the steering angle detected by the steering angle sensor 10 and the steering torque detected by the torque sensor 11. 20c, a subtraction point 23 (calculation means) for calculating a deviation of the steering angle detected by the steering angle sensor 10 from the reference steering angle output by the reference steering means 20c, and a deviation output by the subtraction point 23 is calculated by a gain g1. An amplifier 31 for amplifying, a differentiating means 25 for differentiating the steering angle detected by the steering angle sensor 10, an amplifier 32 for amplifying the steering angle (steering angular velocity) differentiated by the differentiating means 25 with a gain g2, and an output of the amplifier 31 An output of the amplifier 32 is subtracted to create a second control signal, and an addition point 30 for adding the first control signal from the first control means 17 to the second control signal is added. Eteiru.
[0033]
The reference steering model 20b has, for example, three types of reference steering models 20a as described in the first embodiment, and the reference steering unit 20c responds to the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 12, for example, when the vehicle speed is high. Selects from three types of reference steering models so that the steering torque is relatively heavy. The reference steering unit 20c switches between three types of reference steering models by operating the manual changeover switch 35.
The reference steering unit 20c changes the reference steering model 20b according to the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 12 and the steering angle detected by the steering angle sensor 10.
[0034]
FIG. 6 is a block diagram showing the internal configuration of the reference steering means 20c. The reference steering means 20c has a built-in phase compensating means 22 for compensating for a phase delay of the steering torque. The reference steering model 20b includes a moment of inertia J of the steering member of the steering system 14, a coefficient of friction of the steering member with the support member. C and a second-order lag element 1 / (Js) consisting of a spring constant K when the steering member is regarded as a spring. 2 + Cs + K), and is realized by software stored in a memory built in the reference steering unit 20c. (S is a complex variable)
[0035]
As shown in FIG. 3, the configuration of the steering member of the steering system 14 is such that a distal end of a steering shaft 53 that supports the steering wheel 50 is supported by a fixed portion via a spring 52, and an intermediate portion of the steering shaft 53 is supported. It can be shown schematically as supported by the member 51. In this case, the secondary delay element 1 / (Js 2 The moment of inertia J of (+ Cs + K) corresponds to the moment of inertia of the entire steering system 14, the friction coefficient C corresponds to the friction coefficient between the steering shaft 53 and the support member 51, and the spring constant K corresponds to the spring constant of the spring 52.
[0036]
The reference steering unit 20c further includes a reference table 42a (first changing unit) that stores three types of relations for changing the spring constant value K between large and small according to the level of the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 12. And a reference table 41a (second changing means) for storing three types of relations for changing the friction coefficient value C according to the level of the vehicle speed. Further, a reference table 40a (third changing means) storing three types of relations for changing the inertia moment value J into large and small according to the level of the vehicle speed, and the magnitude of the steering angle detected by the steering angle sensor 10 And a reference table 43a (fourth changing means) for storing three types of relations for changing the spring constant value K to a small value or a large value according to.
[0037]
The three types of relationships stored in the reference tables 40a, 41a, 42a, and 43a are switched by a switching signal from the changeover switch 35 (FIG. 5), whereby the standard steering model 20b is changed to the three standard steering models. Switch to.
The reference steering unit 20c further includes a multiplying unit 44 that multiplies each output of the look-up tables 42a and 43a to give the output to the reference steering model 20b.
[0038]
This electric power steering apparatus also subtracts the deviation amplified by the amplifier 33 from the amplifier 33 that amplifies the deviation output from the subtraction point 23 (FIG. 5) with the gain g3 and the steering torque detected by the torque sensor 11, and subtracts the deviation. Subtraction point 28 for giving the obtained steering torque to the reference steering model 20b, gain variable means 34 for continuously changing the gains g1, g2, and g3, and the gain variable means 34 interlocked with the gain variable means 34 to vary the gain according to the slide position. The means 34 includes a slide switch 19a for continuously and smoothly changing the gains g1, g2, and g3.
[0039]
By changing the gains g1, g2, and g3, the gain varying means 34 can set the mixing ratio of the first control signal and the second control signal of the control signal output from the addition point 30. For example, when the mixture ratio is 100% first control signal, gain g1 = 0 and gain g3 = 500, and when the mixture ratio is 100% second control signal, gain g1 = 125000 and gain g3 = 0. In order to obtain an intermediate mixture ratio between them, the gains g1 and g3 are continuously changed in inverse proportion. The gain g2 is appropriately set according to the gains g1 and g3 so that vibration does not occur.
[0040]
The electric power steering device also determines whether or not the behavior of the vehicle is abnormal with a yaw rate sensor or the like. A behavior determining means 13 for switching the output of the motor M to the second control signal, an amplifier 16 for amplifying the control signal output from the addition point 30 in inverse proportion to the reduction ratio and the torque constant of the motor M, A PI controller 15 for providing a PI control signal to the motor M based on the signal.
[0041]
Hereinafter, an electric power steering apparatus having such a configuration will be described.
The first control means 17 outputs a first control signal based on the steering torque detected by the torque sensor 11 and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 12, and provides the first control signal to the addition point 30.
The reference steering means 20c calculates and outputs a reference steering angle based on the steering torque obtained by subtracting the deviation amplified by the amplifier 33. The deviation of the steering angle detected by the steering angle sensor 10 from the reference steering angle is: The signal is amplified by the amplifier 31 with the gain g1 and given to the addition point 30.
[0042]
The reference steering unit 20c also changes the friction coefficient value C of the reference steering model 20b according to the magnitude of the output of the reference table 41a, and changes the friction coefficient value C of the reference steering model 20b according to the magnitude of the output of the reference table 40a. Change the moment of inertia J to a larger or smaller value. Further, according to the magnitude of the output of the multiplying means 44, the spring constant value K of the reference steering model 20b is changed to a magnitude.
[0043]
Here, when the friction coefficient value C is increased, the convergence to the middle point of the steering wheel (steering member) is accelerated. When the inertia moment value J is increased, the fit of the steering wheel is improved, and the straightness of the vehicle is improved. When the spring constant K is increased, the rigidity of the steering wheel is increased, and the vehicle is stabilized during high-speed running. Further, when the spring constant value K is reduced as the steering angle increases, the driver can easily recognize the middle point of the steering wheel, and the return of the steering wheel is improved.
[0044]
On the other hand, the steering angle detected by the steering angle sensor 10 is differentiated by the differentiating means 25, and the differentiated steering angle (steering angular velocity) is amplified by the amplifier 32 with a gain g2.
The summing point 30 creates a second control signal obtained by subtracting the output of the amplifier 32 from the output of the amplifier 31.
[0045]
The gain changing means 34 continuously and smoothly changes the gains g1, g2, and g3 according to the slide position of the slide switch 19a. As a result, the mixture ratio of the first control signal and the second control signal of the control signal output from the addition point 30 is set, and the driver can perform various steering operations between the first control means and the second control means. The driver can enjoy driving with the assisting steering torque.
Further, when the instruction signal is transmitted from the behavior determining means 13, the gain varying means 34 gradually changes the mixture ratio of the first control signal and the second control signal to 100% the second control signal.
[0046]
The control signal output from the addition point 30 is amplified by the amplifier 16 and then converted by the PI controller 15 into a PI control signal, which is provided to the steering assist motor.
When the control signal output from the addition point 30 is the 100% second control signal, the driver can perform steering with the steering torque and the reaction force determined according to the steering angle, and the steering member has The influence of unevenness of road surface, frictional force, etc. is not transmitted.
[0047]
FIG. 7 shows that the mixture ratio of the first control signal and the second control signal of the control signal output from the addition point 30 is changed from 100% first control signal (conventional control) to 100% second control signal (reference control). FIG. 9 is a waveform diagram showing a state in which the steering torque (operating the steering member periodically) changes when changed over 20 seconds. This shows that the control is switched from the conventional control to the reference control continuously and smoothly.
[0048]
【The invention's effect】
According to the electric power steering apparatus according to the first and second aspects of the present invention, an electric power steering apparatus capable of operating at a steering angle corresponding to a predetermined steering torque regardless of road surface conditions and obtaining a natural steering feeling is realized. You can do it.
[0049]
According to the electric power steering device according to the third aspect of the invention, an electric power steering device capable of operating at a steering angle with respect to a predetermined steering torque regardless of road surface conditions and obtaining an assist force according to a vehicle speed is realized. You can do it.
[0050]
According to the electric power steering apparatus according to the fourth aspect of the invention, it is possible to realize an electric power steering apparatus that can operate at a steering angle corresponding to a predetermined steering torque regardless of a road surface condition and has a stable steering feeling.
[0051]
According to the electric power steering device according to the fifth aspect of the invention, the electric power steering device can be operated at a steering angle corresponding to the determined steering torque irrespective of the road surface condition, and the vehicle can travel straight.
[0052]
According to the electric power steering device according to the sixth aspect of the present invention, it is possible to realize an electric power steering device that can operate at a steering angle with respect to a determined steering torque regardless of road surface conditions and has good steering wheel return.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of a second control means and its related parts.
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a steering member of a steering system.
FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating frequency characteristics of a phase and a gain of a steering system when a steering angular velocity is subtracted from a second control signal (a) and when the steering angular velocity is not subtracted (b).
FIG. 5 is a block diagram showing a main configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing an internal configuration of a reference steering unit.
FIG. 7 is a waveform diagram showing how the steering torque changes when the mixture ratio of the first control signal and the second control signal is changed.
[Explanation of symbols]
10 Steering angle sensor
11 Torque sensor
12 Vehicle speed sensor
13 Behavior determination means
14 Steering system (steering member)
15 PI controller (output means)
16, 24, 26, 31, 32, 33 Amplifier
18 First switching means
19, 35 changeover switch
20, 20c Standard steering means
20a, 20b Reference steering model (memory means)
21 Second control means
23, 28, 36 Subtraction points (calculation means)
25 Differentiating means
30 addition points
34 Gain changing means
40, 40a lookup table (third change means)
41, 41a lookup table (second changing means)
42, 42a lookup table (first changing means)
43, 43a lookup table (fourth changing means)
44 Crossing means
50 Steering wheel (steering member)
M Motor for steering assist

Claims (6)

操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、前記操舵トルク及び該操舵トルクに対応すべき操舵角である規範操舵角の関係を定める規範操舵モデルに基づき、規範操舵角を出力する規範操舵手段と、該規範操舵手段が、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき出力した規範操舵角、及び前記舵角センサが検出した操舵角の差を小さくすべく、操舵補助用モータを駆動する為の制御信号を出力する出力手段とを備える電動パワーステアリング装置であって、
前記規範操舵モデルは、前記操舵部材の慣性モーメント値J、該操舵部材の支持部材との摩擦係数値C、及び該操舵部材をばねと見なした場合のばね定数値Kからなる二次遅れ要素1/(Js2 +Cs+K)であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。(sは複素変数)
A torque sensor that detects a steering torque applied to a steering member, a steering angle sensor that detects a steering angle of the steering member, and a standard that defines a relationship between the steering torque and a standard steering angle that is a steering angle corresponding to the steering torque. A reference steering unit that outputs a reference steering angle based on the steering model, a reference steering angle output by the reference steering unit based on the steering torque detected by the torque sensor, and a steering angle difference detected by the steering angle sensor. Output means for outputting a control signal for driving a steering assist motor, in order to reduce
The reference steering model includes a second-order lag element consisting of a moment of inertia J of the steering member, a coefficient of friction C of the steering member with a support member, and a spring constant value K when the steering member is regarded as a spring. An electric power steering apparatus characterized in that 1 / (Js 2 + Cs + K). (S is a complex variable)
操舵を補助する為のモータと、操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵部材の操舵角を検出する舵角センサと、前記操舵トルク及び該操舵トルクに対応すべき操舵角である規範操舵角の関係を定め、前記操舵部材の慣性モーメント値J、該操舵部材の支持部材との摩擦係数値C、及び該操舵部材をばねと見なした場合のばね定数値Kからなる二次遅れ要素1/(Js2 +Cs+K)である規範操舵モデルを記憶する記憶手段と、該記憶手段が記憶する規範操舵モデルに基づき、規範操舵角を演算し出力する規範操舵手段と、該規範操舵手段が、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づき演算し出力した規範操舵角、及び前記舵角センサが検出した操舵角の差を演算する演算手段と、該演算手段が演算した差を小さくすべく、前記モータを駆動する為の制御信号を出力する出力手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。A motor for assisting steering, a torque sensor for detecting a steering torque applied to the steering member, a steering angle sensor for detecting a steering angle of the steering member, and a steering angle corresponding to the steering torque and the steering torque. A relation of a certain reference steering angle is determined, and the relation is defined by a moment of inertia J of the steering member, a coefficient of friction C of the steering member with a support member, and a spring constant value K when the steering member is regarded as a spring. Storage means for storing a reference steering model that is the next delay element 1 / (Js 2 + Cs + K); reference steering means for calculating and outputting a reference steering angle based on the reference steering model stored in the storage means; Means for calculating a difference between a standard steering angle calculated and output based on the steering torque detected by the torque sensor and a steering angle detected by the steering angle sensor; and a difference calculated by the calculation means. In order to reduce the electric power steering device characterized by an output means for outputting a control signal for driving the motor. 前記車両の車速を検出する車速センサと、該車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記ばね定数値Kを大小に変更する第1の変更手段とを更に備える請求項1又は2記載の電動パワーステアリング装置。3. The vehicle according to claim 1, further comprising a vehicle speed sensor that detects a vehicle speed of the vehicle, and a first changing unit that changes the spring constant value K according to a level of the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor. 4. Electric power steering device. 前記車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記摩擦係数値Cを大小に変更する第2の変更手段を更に備える請求項3記載の電動パワーステアリング装置。4. The electric power steering apparatus according to claim 3, further comprising: a second changing unit that changes the friction coefficient value C according to a level of the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor. 前記車速センサが検出した車速の高低に応じて、前記慣性モーメント値Jを大小に変更する第3の変更手段を更に備える請求項3又は4記載の電動パワーステアリング装置。5. The electric power steering apparatus according to claim 3, further comprising a third changing unit that changes the inertia moment value J according to a level of the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor. 前記舵角センサが検出した操舵角の大小に応じて、前記ばね定数値Kを小大に変更する第4の変更手段を更に備える請求項1乃至5の何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 any one of claims 1 to 5, further comprising a fourth changing unit that changes the spring constant value K to a small value according to the magnitude of the steering angle detected by the steering angle sensor.
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