JP2004114711A

JP2004114711A - Electric power steering device

Info

Publication number: JP2004114711A
Application number: JP2002276648A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Nishiyama; 西山　明宏
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power steering device not impairing good steering feeling of a driver by setting an inertia compensation current value to an appropriate value. <P>SOLUTION: The inertia compensation part is provided with a differentiator receiving a steering torque value T and outputting a differential value (dT/dt) thereof; an inertia compensation current setting part 40 for calculating the inertia compensation current value Ii based on this differential value; and an inertia compensation current correction part 50 for multiplying a gain set by a predetermined method to this inertia compensation current value Ii and outputting the corrected inertia compensation current value Ii'. The inertia compensation current correction part 50 includes a first gain determination part 51 for outputting a first gain Gj1 based on a steering angular velocity ω; a second gain determination part 52 for outputting a second gain Gj2 based on the steering torque value T; and a gain multiplication part 53 for outputting the inertia compensation current value Ii' corrected based on the first and second gains Gj1, Gj2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータによって車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、運転者がハンドル（ステアリングホイール）に加える操舵トルクに応じて電動モータを駆動することによりステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が用いられている。この電動パワーステアリング装置では、操舵のための操作手段であるハンドルに加えられる操舵トルクを検出して当該操舵トルクを示すトルク検出信号を出力するトルクセンサが設けられており、そのトルクセンサからのトルク検出信号に基づき電動モータに流すべき電流の目標値が設定される。そして、この目標値と電動モータに実際に流れる電流の検出値との偏差に基づき、電動モータの駆動手段に与えるべき指令値が生成される。電動モータの駆動手段は、その指令値に応じたデューティ比のパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成するＰＷＭ信号生成回路と、そのＰＷＭ信号のデューティ比に応じてオン／オフするパワートランジスタを用いて構成されるモータ駆動回路とから成り、そのデューティ比に応じた電圧すなわち指令値に応じた電圧を電動モータに印加する。この電圧印加によって電動モータに流れる電流は電流検出回路によって検出され、この検出値と上記目標値との差が上記指令値を生成するための偏差として使用される。電動パワーステアリング装置では、このようにして、トルクセンサからのトルク検出信号が示す操舵トルクに基づき設定される目標値の電流が電動モータに流れるようにフィードバック制御が行われる。
【０００３】
以上のように、電動モータに流すべき電流の目標値は操舵トルクに応じて決定されるが、さらに詳しくは、操舵トルクに応じて決定される電流値に対して、電動モータの慣性モーメントの影響を抑制するための慣性補償電流値などが加算されることにより、電動モータに流すべき電流の目標値が決定される。ここで、慣性補償電流値は、操舵トルクの微分値に応じて決定される。この慣性補償電流値により、電動モータなどの慣性による応答遅れが補償され、運転者の操舵フィーリングが向上する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３４４９４０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記電動パワーステアリング装置は、慣性補償電流値を操舵トルクの微分値のみに基づいて決定する構成である。この構成によれば、操舵トルクの微分値が同一の値である場合でも、異なる運転条件下では異なる操舵フィーリングとなる場合があることが考慮されない。その結果、場合により運転者の良好な操舵フィーリングを損なう可能性も考えられる。例えば、ハンドルを戻す運転操作の際に操舵角速度が大きいと操舵トルクが大きくなるため、操舵フィーリングが悪くなることがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、慣性補償電流値が適切な値に設定されることにより、運転者の良好な操舵フィーリングを損なうことのない電動パワーステアリング装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、車両操舵のための操作手段によって加えられる操舵トルクに応じて電動モータを駆動することにより当該車両のステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置であって、
前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記操作手段の操作による操舵角変化の速度である操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、
前記電動モータに供給すべき電流の値を目標値として設定する目標値設定手段と、
前記電動モータに流れる電流を検出して当該電流の検出値を出力する電流検出手段と、
前記電流目標値と前記電流検出値との電流偏差に基づき、前記電動モータの駆動に対するフィードバック制御のための指令値を生成する制御手段と、
前記指令値に応じて前記電動モータを駆動する駆動手段と
を備え、
前記目標値設定手段は、
前記操舵トルクの微分値に基づき前記電動モータの慣性補償のための慣性補償電流値を設定する慣性補償電流値設定手段と、
前記操作手段が所定の中立位置から左方向または右方向へ操作された後に当該中立位置方向へ戻されるように操作される場合、前記操舵角速度の絶対値が大きくなるにしたがって前記慣性補償電流値が大きくなるように補正された慣性補償電流値を生成する慣性補償電流補正手段と、
前記操舵トルクに基づき前記電動モータに供給すべき電流の目標値を算出し、算出された当該目標値に対して前記補正された慣性補償電流値を加算することにより前記電流目標値を算出する目標値算出手段と
を含むことを特徴とする。
【０００８】
このような第１の発明によれば、操作手段（例えばハンドル）を戻す運転操作の際に操舵角速度が大きくなるほど補正された慣性補償電流値が大きくなる構成である。この構成により、操舵角速度が大きい場合でも、操作手段を戻す運転操作の際に操舵トルクが大きくなることが抑制されるため、操舵フィーリングを良好に保つことができる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、
前記慣性補償電流補正手段は、前記慣性補償電流値設定手段により設定される前記慣性補償電流値に対し、前記操舵角速度に基づき設定される第１のゲインと前記操舵トルクに基づき設定される第２のゲインとを乗算することにより、補正された慣性補償電流値を生成することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
＜１．全体構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を、それに関連する車両構成と共に示した概略図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵のための操作手段としてのハンドル（ステアリングホイール）１００に一端が固着されるステアリングシャフト１０２と、そのステアリングシャフト１０２の他端に連結されたラックピニオン機構１０４と、ハンドル１００の回転角速度である操舵角速度を検出する操舵角速度センサ２と、ハンドル１００の操作によってステアリングシャフト１０２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、この電動パワーステアリング装置が搭載される車両の車速を検出する車速センサ４と、ハンドル操作（操舵操作）による運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生させる電動モータ６と、そのモータ６の発生する操舵補助力をステアリングシャフト１０２に伝達する減速ギヤ７と、車載バッテリ８からイグニションスイッチ９を介して電源の供給を受け、トルクセンサ３や車速センサ４からのセンサ信号に基づきモータ６の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５とを備えている。
【００１１】
ここで、ステアリングシャフト１０２において、ハンドル１００側の部分と、減速ギヤ７を介して操舵補助トルクの加えられる部分との間にはトーションバーが介装されている。トルクセンサ３は、そのトーションバーのねじれを検出することにより操舵トルクを検出する。このようにして検出された操舵トルクの検出値Ｔは、操舵トルク検出信号としてトルクセンサ３から出力され、ＥＣＵ５に入力される。また、操舵角速度センサ２は、ハンドル１００の回転角速度である操舵角速度の検出値ωを示す信号を操舵角速度信号として出力する。さらに、車速センサ４は、車両の車速の検出値Ｖを示す信号を車速信号として出力する。これらの操舵角速度信号および車速信号もＥＣＵ５に入力される。なお、操舵角速度センサ２に代えて、ハンドル１００の回転角である操舵角の検出値θを示す信号を操舵角信号として出力する舵角センサが備えられ、操舵角の検出値θを微分することにより操舵角速度の検出値ωが算出される構成でもよい。
【００１２】
このような電動パワーステアリング装置を搭載した車両において運転者がハンドル１００を操作すると、その操作による操舵トルクがトルクセンサ３によって検出され、その操舵トルクの検出値Ｔと車速センサ４によって検出された車速の検出値Ｖとに基づいてＥＣＵ５によりモータ６が駆動される。これによりモータ６は操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速ギヤ７を介してステアリングシャフト１０２に加えられることにより、操舵操作による運転者の負荷が軽減される。すなわち、ハンドル操作によって加えられる操舵トルクと、モータ６の発生する操舵補助力によるトルクとの和が出力トルクとして、ステアリングシャフト１０２を介してラックピニオン機構１０４に与えられる。これによりピニオン軸が回転すると、その回転がラックピニオン機構１０４によってラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアームから成る連結部材１０６を介して車輪１０８に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪１０８の向きが変わる。
【００１３】
＜２．制御装置の構成および動作＞
図２は、上記電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵ５の機能的構成を示すブロック図である。このＥＣＵ５は、モータ制御部として機能するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」と略記する）１０と、そのマイコン１０から出力される指令値Ｄに応じたデューティ比のパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成するＰＷＭ信号生成回路１８と、そのＰＷＭ信号のデューティ比に応じた電圧をモータ６に印加するモータ駆動回路２０と、モータ６に流れる電流を検出する電流検出器１９とから構成される。
【００１４】
マイコン１０は、その内部のメモリに格納された所定のプログラムを実行することにより、目標電流設定部１２と減算器１４とフィードバック制御演算部（以下「ＦＢ制御演算部」と略記する）１６とからなるモータ制御部として機能する。このモータ制御部において、目標電流設定部１２は、操舵角速度センサ２から出力される操舵角速度の検出値ω（以下、単に「操舵角速度ω」という）と、トルクセンサ３から出力される操舵トルクの検出値Ｔ（以下、単に「操舵トルクＴ」という）と、車速センサ４から出力される車速の検出値Ｖ（以下、単に「車速Ｖ」という）とに基づき、モータ６に流すべき電流の目標値Ｉｔを決定する。この目標電流設定部１２の詳細な構成および動作については後述する。減算器１４は、この目標電流設定部１２から出力される電流目標値Ｉｔと電流検出器１９から出力されるモータ電流の検出値Ｉｓとの偏差Ｉｔ−Ｉｓを算出する。ＦＢ制御演算部１６は、この偏差Ｉｔ−Ｉｓに基づく比例積分制御演算によって、ＰＷＭ信号生成回路１８に与えるべきフィードバック制御のための上記指令値Ｄを生成する。
【００１５】
ＰＷＭ信号生成回路１８は、この指令値Ｄに応じたデューティ比のパルス信号、すなわち指令値Ｄに応じてパルス幅の変化するＰＷＭ信号を生成する。モータ駆動回路２０は、典型的にはバッテリ８の電源ラインと接地ラインとの間に接続される４個の電力用の電界効果型トランジスタからなるブリッジ回路であって、ＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）に応じた電圧をモータ６に印加する。モータ６は、その電圧印加によって流れる電流に応じた大きさおよび方向のトルクを発生する。
【００１６】
＜３．目標電流設定部の詳細な構成および動作＞
図３は、本発明の一実施形態における目標電流設定部１２の構成を示すブロック図である。この目標電流設定部１２は、操舵トルク値Ｔが入力されて位相進み補償を行う位相補償部１２１と、位相補償部１２１により位相補償が行われた操舵トルク値Ｔ（以下では位相補償が行われた操舵トルク値Ｔを含めて単に「操舵トルク値Ｔ」という）が入力されて上記電流目標値を出力する目標値算出部１２２と、（位相補償された）操舵トルク値Ｔが入力されてモータ６の慣性モーメントの影響を抑制するための慣性補償電流値を出力する慣性補償部１２３と、この慣性補償部１２３からの出力値と目標値算出部１２２からの出力値とを加算して最終的な電流目標値を出力する加算器１２４とを含む。以下、これらの構成要素の動作について詳細に説明する。
【００１７】
位相補償部１２１は、制御系における伝達特性の遅れを補償し、制御系の安定を図るために、トルクセンサ３から与えられる操舵トルク値Ｔに対して位相進み・位相遅れのフィルタを通すことにより位相補償を行い、位相補償された操舵トルク値Ｔを出力する。ここで具体的には、位相補償部１２１は、操舵トルクの周波数が高くなるに従って位相進みが大きくなるように位相補償を行う。
【００１８】
目標値算出部１２２は、操舵トルク値Ｔと車速Ｖとに基づき電流目標値を算出する。具体的には、適切な操舵補助力を発生させるためにモータ６に供給すべき電流目標値Ｉｔと操舵トルク値Ｔとの関係を車速Ｖをパラメータとして示すテーブル（「アシストテーブル」と呼ばれる）が目標値算出部１２２に予め保持されており、目標値算出部１２２は、このアシストテーブルを参照して電流目標値Ｉｔを設定する。このアシストテーブルは、車速Ｖが小さいほど、また操舵トルクＴが大きいほど電流目標値Ｉｔを大きくするように設定される。そうすれば、ハンドルが重いときほど操舵補助力が大きくなり、操舵操作が容易になる。
【００１９】
慣性補償部１２３は、操舵トルク値Ｔを微分した値に基づき、慣性補償電流値を出力する。以下、その構成および動作について詳細に説明する。図４は、慣性補償部１２３の構成を示すブロック図である。この慣性補償部１２３は、微分器３０と、慣性補償電流設定部４０と、慣性補償電流補正部５０とを含む。微分器３０は、操舵トルク値Ｔを受け取り、操舵トルク値Ｔの微分値（ｄＴ／ｄｔ）を出力する。慣性補償電流設定部４０は、操舵トルク値Ｔの微分値（ｄＴ／ｄｔ）に基づき慣性補償電流値Ｉｉを算出する。具体的には、適切な慣性補償を行うための慣性補償電流値Ｉｉと操舵トルク値Ｔの微分値（ｄＴ／ｄｔ）との関係を示すテーブルが慣性補償電流設定部４０に予め保持されており、慣性補償電流設定部４０は、このテーブルを参照して慣性補償電流値Ｉｉを設定する。図５はこの慣性補償電流設定部４０に予め保持されるテーブルを示す図である。図に示すように、このテーブルは操舵トルクＴの微分値（ｄＴ／ｄｔ）が大きいほど慣性補償電流値Ｉｉを大きくするように設定される。そうすれば、モータ６の慣性モーメントの影響を抑制することができるため、操舵操作が容易になる。なお、このテーブルは、上記アシストテーブルと同様に、慣性補償電流値Ｉｉと操舵トルク値Ｔの微分値（ｄＴ／ｄｔ）との関係を車速Ｖをパラメータとして示すテーブルであってもよい。慣性補償電流補正部５０は、慣性補償電流設定部４０からの慣性補償電流値Ｉｉに対して所定の方法により設定されるゲインを乗算し、補正された慣性補償電流値Ｉｉ’を出力する。以下、慣性補償電流補正部５０の構成および動作について詳細に説明する。
【００２０】
慣性補償電流補正部５０は、操舵角速度ωに基づき決定される第１のゲインＧｊ１を出力する第１のゲイン決定部５１と、操舵トルク値Ｔに基づき決定される第２のゲインＧｊ２を出力する第２のゲイン決定部５２と、第１のゲインＧｊ１および第２のゲインＧｊ２に基づき補正された慣性補償電流値Ｉｉ’を出力するゲイン乗算部５３とを含む。
【００２１】
第１のゲイン決定部５１は、操舵角速度ωを受け取り、この操舵角速度ωに基づき第１のゲインＧｊ１を算出する。具体的には、操舵角速度ωと第１のゲインＧｊ１との関係を示すテーブルが第１のゲイン決定部５１に予め保持されており、第１のゲイン決定部５１は、このテーブルを参照して第１のゲインＧｊ１を決定する。図６は、この第１のゲイン決定部５１に予め保持されるテーブルを示す図である。なお、操舵角速度ωはハンドル１００を右方向へ回転させるときには正の値となり、左方向へ回転させるときには負の値となるものとする。図に示すように、このテーブルは操舵角速度ωの絶対値が大きいほど第１のゲインＧｊ１を大きくするように設定される。
【００２２】
第２のゲイン決定部５２は、操舵トルク値Ｔを受け取り、この操舵トルク値Ｔに基づき第２のゲインＧｊ２を算出する。具体的には、操舵トルク値Ｔと第２のゲインＧｊ２との関係を示すテーブルが第２のゲイン決定部５２に予め保持されており、第２のゲイン決定部５２は、このテーブルを参照して第２のゲインＧｊ２を決定する。図７は、この第２のゲイン決定部５２に予め保持されるテーブルを示す図であり、図７（ａ）では、操舵角速度ωが正の場合が示されており、図７（ｂ）では、操舵角速度ωが負の場合が示されている。なお、操舵トルク値Ｔはハンドル１００を右方向へ回転させるときには正の値となり、左方向へ回転させるときには負の値となるものとする。図７（ａ）に示すテーブルは、所定の操舵トルク値Ｔｋ（例えば、ハンドルを戻すときに通常加えられる操舵トルク値）で最大値となり当該値を頂点として山形の特性を示すように第２のゲインＧｊ２が設定されており、図７（ｂ）に示すテーブルは、所定の操舵トルク値−Ｔｋで最大値となり当該値を頂点として山形の特性を示すように第２のゲインＧｊ２が設定されている。なお、図６および図７に示すテーブルは、上記アシストテーブルと同様に、車速Ｖをパラメータとして示すテーブルであってもよい。ここで、ハンドルが中立位置から左へ切り込まれた後、中立位置方向へ戻される際には操舵角速度ωが正となるので、第２のゲイン決定部５２は、図７（ａ）に示すテーブルを参照することにより操舵トルク値Ｔに基づき第２のゲインＧｊ２を算出する。また、ハンドルが中立位置から右へ切り込まれた後、中立位置方向へ戻される際には操舵角速度ωが負となるので、第２のゲイン決定部５２は、図７（ｂ）に示すテーブルを参照することにより操舵トルク値Ｔに基づき第２のゲインＧｊ２を算出する。
【００２３】
ゲイン乗算部５３は、以上のように設定された第１のゲインＧｊ１および第２のゲインＧｊ２を慣性補償電流値Ｉｉに対して乗算することにより、補正された慣性補償電流値Ｉｉ’を出力する。よって、これらの関係は次式（１）のように示される。
Ｉｉ’　＝　Ｇｊ１　×　Ｇｊ２　×　Ｉｉ　…（１）
この補正された慣性補償電流値Ｉｉ’は加算器１２４により目標値算出部１２２から出力される電流目標値と加算され、最終的な電流目標値Ｉｔが得られる。以上の構成により、ハンドル１００を戻す運転操作の際に操舵角速度が大きいほど補正された慣性補償電流値Ｉｉ’が大きくなるので、操舵トルクが大きくなることを抑制することができる。よって、操舵フィーリングが良好となる。
【００２４】
＜４．効果＞
上記一実施形態によれば、操舵角速度ωの絶対値が大きいほど大きくなる第１のゲインＧｊ１と、ハンドル１００を戻す運転操作の際に所定の操舵トルク値｜Ｔｋ｜で最も大きくなる第２のゲインＧｊ２とを慣性補償電流値Ｉｉに対して乗算する構成となっている。この構成により、ハンドル１００を戻す運転操作の際に操舵角速度が大きいほど補正された慣性補償電流値Ｉｉ’が大きくなる。よって、操舵角速度が大きい場合でも、ハンドル１００を戻す運転操作の際に操舵トルクが大きくなることが抑制されるため、操舵フィーリングを良好に保つことができる。さらに、操舵方向の切り返しに対応する操舵トルク値（ほぼ零）から所定範囲までのトルク値において、第２のゲインＧｊ２を大きくしているので、切り返し操舵時においても良好な慣性補償が可能となる。
【００２５】
＜５．変形例＞
上記実施形態では、上記テーブルに基づき第１のゲインＧｊ１および第２のゲインＧｊ２が算出される構成であるが、操舵角速度および操舵トルクに基づく所定の計算式や条件式などにより算出される構成であってもよい。
【００２６】
また、上記実施形態では、慣性補償電流値Ｉｉに対して第１のゲインＧｊ１および第２のゲインＧｊ２が乗算されることにより補正された慣性補償電流値Ｉｉ’が算出される構成であるが、操舵角速度ωおよび操舵トルク値Ｔに基づきハンドル１００を戻す運転操作の際に操舵角速度が大きいほど量が大きくなるように設定される補正量が算出され、慣性補償電流値Ｉｉに対して当該補正量が加算されることにより補正された慣性補償電流値Ｉｉ’が算出される構成であってもよい。
【００２７】
さらに、上記実施形態では、アシストテーブルは車速Ｖをパラメータとして設定され、それ以外の各テーブルも車速Ｖをパラメータとして設定される場合がある。しかし、上記テーブルは必ずしも車速Ｖをパラメータとして設定される必要はなく、車速に限らず、車両の他の走行状況をパラメータとして設定されてもよい。
【００２８】
さらにまた、上記実施形態では、マイコン１０が所定のプログラムを実行することにより、目標電流設定部１２における各種構成要素をソフトウェア的に実現するように構成したが、これらの構成要素の一部または全部は、専用の電子回路等によりハードウェア的に実現されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。
【図２】上記実施形態に係る電動パワーステアリング装置における制御装置であるＥＣＵの機能的構成を示すブロック図である。
【図３】上記実施形態における目標電流設定部の構成を示すブロック図である。
【図４】上記実施形態における慣性補償部の構成を示すブロック図である。
【図５】上記実施形態における慣性補償電流設定部に予め保持されるテーブルを示す図である。
【図６】上記実施形態における第１のゲイン決定部に予め保持されるテーブルを示す図である。
【図７】上記実施形態における第２のゲイン決定部に予め保持されるテーブルを示す図である。
【符号の説明】
１　　…操舵角速度センサ
４　　…車速センサ
５　　…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
６　　…モータ
１０　…マイクロコンピュータ（モータ制御部）
１２　…目標電流設定部（目標値設定手段）
１４　…減算器
１６　…フィードバック制御演算部（ＦＢ制御演算部）
１８　…ＰＷＭ信号生成回路
１９　…電流検出器
２０　…モータ駆動回路
３０　…微分器
４０　…慣性補償電流設定部
５０　…慣性補償電流補正部
５１　…第１のゲイン決定部
５２　…第２のゲイン決定部
５３　…ゲイン乗算部
１２１…位相補償部
１２２…目標値算出部
１２３…慣性補償部
１２４…加算器
Ｉｔ　…電流目標値
Ｉｓ　…電流検出値
Ｉｉ　…慣性補償電流値
Ｖ　　…車速
Ｄ　　…指令値
Ｔ　　…操舵トルク
ω　　…操舵角速度[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering device that applies a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle by an electric motor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an electric power steering device that applies a steering assist force to a steering mechanism by driving an electric motor according to a steering torque applied to a steering wheel (steering wheel) by a driver has been used. This electric power steering device is provided with a torque sensor that detects a steering torque applied to a steering wheel, which is an operating means for steering, and outputs a torque detection signal indicating the steering torque. A target value of a current to be passed to the electric motor is set based on the detection signal. Then, a command value to be given to the driving means of the electric motor is generated based on the deviation between the target value and the detected value of the current actually flowing through the electric motor. The driving means of the electric motor uses a PWM signal generation circuit that generates a pulse width modulation signal (PWM signal) having a duty ratio according to the command value, and a power transistor that turns on / off according to the duty ratio of the PWM signal. And a voltage corresponding to the duty ratio, that is, a voltage corresponding to the command value, is applied to the electric motor. The current flowing through the electric motor by the application of the voltage is detected by a current detection circuit, and the difference between the detected value and the target value is used as a deviation for generating the command value. In the electric power steering apparatus, the feedback control is performed such that the current of the target value set based on the steering torque indicated by the torque detection signal from the torque sensor flows to the electric motor.
[0003]
As described above, the target value of the current to be passed to the electric motor is determined according to the steering torque. More specifically, the influence of the moment of inertia of the electric motor on the current value determined according to the steering torque is determined. The target value of the current to be supplied to the electric motor is determined by adding an inertia compensation current value or the like for suppressing the electric current. Here, the inertia compensation current value is determined according to the differential value of the steering torque. With this inertia compensation current value, a response delay due to inertia of the electric motor or the like is compensated, and the steering feeling of the driver is improved.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-6-344940
[Problems to be solved by the invention]
However, the electric power steering device has a configuration in which the inertia compensation current value is determined based only on the differential value of the steering torque. According to this configuration, even when the differential value of the steering torque is the same value, it is not considered that the steering feeling may be different under different driving conditions. As a result, there is a possibility that a favorable steering feeling of the driver may be impaired in some cases. For example, if the steering angular velocity is large at the time of the driving operation for returning the steering wheel, the steering torque becomes large, so that the steering feeling may be deteriorated.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide an electric power steering device that does not impair a good steering feeling of a driver by setting an inertia compensation current value to an appropriate value.
[0007]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
A first invention is an electric power steering device that applies a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle by driving an electric motor in accordance with a steering torque applied by operating means for steering the vehicle,
A torque sensor for detecting the steering torque,
Steering angular velocity detecting means for detecting a steering angular velocity which is a speed of a steering angle change by operation of the operation means,
Target value setting means for setting a value of a current to be supplied to the electric motor as a target value,
Current detection means for detecting a current flowing in the electric motor and outputting a detection value of the current,
Control means for generating a command value for feedback control on driving of the electric motor based on a current deviation between the current target value and the current detection value,
Driving means for driving the electric motor according to the command value,
The target value setting means,
Inertia compensation current value setting means for setting an inertia compensation current value for inertia compensation of the electric motor based on a differential value of the steering torque,
When the operating means is operated so as to return to the neutral position direction after being operated leftward or rightward from the predetermined neutral position, the inertia compensation current value increases as the absolute value of the steering angular velocity increases. Inertia compensation current correction means for generating an inertia compensation current value corrected to be large,
Calculating a target value of the current to be supplied to the electric motor based on the steering torque, and adding the corrected inertia compensation current value to the calculated target value to calculate the current target value Value calculation means.
[0008]
According to the first aspect of the invention, the corrected inertia compensation current value increases as the steering angular velocity increases during the driving operation of returning the operating means (for example, the steering wheel). With this configuration, even when the steering angular velocity is high, the steering torque is prevented from increasing when the driving operation is performed to return the operating means, so that a good steering feeling can be maintained.
[0009]
In a second aspect, in the first aspect,
The inertia compensation current correction unit is configured to set a first gain set based on the steering angular velocity and a second gain set based on the steering torque with respect to the inertia compensation current value set by the inertia compensation current value setting unit. A corrected inertia compensation current value is generated by multiplying the calculated inertia compensation current value.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<1. Overall Configuration>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an electric power steering device according to a first embodiment of the present invention, together with a vehicle configuration related thereto. This electric power steering apparatus includes a steering shaft 102 having one end fixed to a steering wheel (steering wheel) 100 as an operating means for steering, a rack and pinion mechanism 104 connected to the other end of the steering shaft 102, A steering angular velocity sensor 2 that detects a steering angular velocity that is a rotation angular velocity of 100, a torque sensor 3 that detects a steering torque applied to a steering shaft 102 by operating the steering wheel 100, and a vehicle speed of a vehicle equipped with the electric power steering device Speed sensor 4, an electric motor 6 for generating a steering assist force for reducing a driver's load due to steering operation (steering operation), and a steering assist force generated by the motor 6 transmitted to the steering shaft 102. Reduction gear 7 and the vehicle Powered by the Terri 8 through the ignition switch 9, and an electronic control unit (ECU) 5 for controlling the driving of the motor 6 based on sensor signals from the torque sensor 3 and the vehicle speed sensor 4.
[0011]
Here, in the steering shaft 102, a torsion bar is interposed between a portion on the handle 100 side and a portion to which the steering assist torque is applied via the reduction gear 7. The torque sensor 3 detects the steering torque by detecting the torsion of the torsion bar. The detected value T of the steering torque thus detected is output from the torque sensor 3 as a steering torque detection signal, and is input to the ECU 5. The steering angular velocity sensor 2 outputs a signal indicating a detected value ω of the steering angular velocity, which is the rotational angular velocity of the steering wheel 100, as a steering angular velocity signal. Further, the vehicle speed sensor 4 outputs a signal indicating a detected value V of the vehicle speed of the vehicle as a vehicle speed signal. These steering angular speed signal and vehicle speed signal are also input to the ECU 5. In addition, instead of the steering angular velocity sensor 2, there is provided a steering angle sensor that outputs a signal indicating a detected value θ of the steering angle, which is the rotation angle of the steering wheel 100, as a steering angle signal, and differentiates the detected value θ of the steering angle. May be used to calculate the detected value ω of the steering angular velocity.
[0012]
When the driver operates the steering wheel 100 in a vehicle equipped with such an electric power steering device, a steering torque resulting from the operation is detected by the torque sensor 3, and the detected value T of the steering torque and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 4 are detected. The motor 6 is driven by the ECU 5 based on the detected value V. As a result, the motor 6 generates a steering assist force, and the steering assist force is applied to the steering shaft 102 via the reduction gear 7, whereby the load on the driver due to the steering operation is reduced. That is, the sum of the steering torque applied by operating the steering wheel and the torque generated by the steering assist force generated by the motor 6 is provided to the rack and pinion mechanism 104 via the steering shaft 102 as the output torque. As a result, when the pinion shaft rotates, the rotation is converted by the rack and pinion mechanism 104 into a reciprocating motion of the rack shaft. Both ends of the rack shaft are connected to wheels 108 via a connecting member 106 including a tie rod and a knuckle arm, and the direction of the wheels 108 changes according to the reciprocating motion of the rack shaft.
[0013]
<2. Configuration and operation of control device>
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the ECU 5 which is a control device in the electric power steering device. The ECU 5 generates a microcomputer (hereinafter abbreviated as “microcomputer”) 10 functioning as a motor control unit and a pulse width modulation signal (PWM signal) having a duty ratio corresponding to a command value D output from the microcomputer 10. A motor drive circuit 20 for applying a voltage corresponding to the duty ratio of the PWM signal to the motor 6, and a current detector 19 for detecting a current flowing through the motor 6.
[0014]
The microcomputer 10 executes a predetermined program stored in an internal memory of the microcomputer 10 so that the target current setting unit 12, the subtracter 14, and the feedback control calculation unit (hereinafter abbreviated as “FB control calculation unit”) 16 Function as a motor control unit. In this motor control unit, the target current setting unit 12 calculates a detected value ω of the steering angular velocity output from the steering angular velocity sensor 2 (hereinafter, simply referred to as “steering angular velocity ω”) and the steering torque output from the torque sensor 3. Based on the detected value T (hereinafter, simply referred to as “steering torque T”) and the detected value V of the vehicle speed outputted from the vehicle speed sensor 4 (hereinafter, simply referred to as “vehicle speed V”), the target of the current to be passed to the motor 6 Determine the value It. The detailed configuration and operation of the target current setting section 12 will be described later. The subtractor 14 calculates a deviation It−Is between the current target value It output from the target current setting unit 12 and the detection value Is of the motor current output from the current detector 19. The FB control calculation unit 16 generates the above-described command value D for feedback control to be given to the PWM signal generation circuit 18 by proportional integration control calculation based on the difference It-Is.
[0015]
The PWM signal generation circuit 18 generates a pulse signal having a duty ratio according to the command value D, that is, a PWM signal whose pulse width changes according to the command value D. The motor drive circuit 20 is typically a bridge circuit composed of four power field effect transistors connected between the power supply line and the ground line of the battery 8, and has a pulse width (duty duty) of a PWM signal. A voltage corresponding to the (ratio) is applied to the motor 6. The motor 6 generates a torque having a magnitude and a direction corresponding to a current flowing by applying the voltage.
[0016]
<3. Detailed configuration and operation of target current setting section>
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the target current setting unit 12 according to the embodiment of the present invention. The target current setting unit 12 receives a steering torque value T, and performs a phase lead compensation. The phase compensation unit 121 performs the phase advance compensation. The steering torque value T (hereinafter, phase compensation is performed by the phase compensation unit 121). The target value calculator 122 receives the steering torque value T (hereinafter simply referred to as “steering torque value T”) and outputs the current target value, and the (phase-compensated) steering torque value T is input to the motor. 6, an inertia compensating unit 123 that outputs an inertia compensating current value for suppressing the influence of the inertia moment, and an output value from the inertia compensating unit 123 and an output value from the target value calculating unit 122 are added to obtain a final value. And an adder 124 that outputs a desired current value. Hereinafter, the operation of these components will be described in detail.
[0017]
The phase compensating unit 121 compensates for the delay of the transfer characteristic in the control system, and in order to stabilize the control system, the steering torque value T provided from the torque sensor 3 is passed through a phase lead / phase lag filter. The phase compensation is performed, and the phase-compensated steering torque value T is output. Here, specifically, the phase compensating unit 121 performs the phase compensation such that the phase advance increases as the frequency of the steering torque increases.
[0018]
The target value calculator 122 calculates a current target value based on the steering torque value T and the vehicle speed V. Specifically, a table (referred to as an “assist table”) indicating the relationship between the target current value It to be supplied to the motor 6 and the steering torque value T to generate an appropriate steering assist force with the vehicle speed V as a parameter is provided. The target value calculation section 122 is stored in advance in the target value calculation section 122, and sets the current target value It with reference to the assist table. This assist table is set so that the target current value It increases as the vehicle speed V decreases and the steering torque T increases. Then, the heavier the steering wheel, the greater the steering assist force, and the easier the steering operation.
[0019]
The inertia compensation unit 123 outputs an inertia compensation current value based on a value obtained by differentiating the steering torque value T. Hereinafter, the configuration and operation will be described in detail. FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the inertial compensation unit 123. The inertia compensation unit 123 includes a differentiator 30, an inertia compensation current setting unit 40, and an inertia compensation current correction unit 50. The differentiator 30 receives the steering torque value T and outputs a differential value (dT / dt) of the steering torque value T. The inertia compensation current setting unit 40 calculates an inertia compensation current value Ii based on a differential value (dT / dt) of the steering torque value T. Specifically, a table indicating the relationship between the inertia compensation current value Ii for performing appropriate inertia compensation and the differential value (dT / dt) of the steering torque value T is stored in the inertia compensation current setting unit 40 in advance. The inertia compensation current setting unit 40 sets the inertia compensation current value Ii with reference to this table. FIG. 5 is a diagram showing a table stored in the inertia compensation current setting unit 40 in advance. As shown in the figure, this table is set such that the larger the differential value (dT / dt) of the steering torque T, the larger the inertia compensation current value Ii. Then, since the influence of the moment of inertia of the motor 6 can be suppressed, the steering operation is facilitated. This table may be a table indicating the relationship between the inertia compensation current value Ii and the differential value (dT / dt) of the steering torque value T using the vehicle speed V as a parameter, similarly to the assist table. The inertia compensation current correction unit 50 multiplies the inertia compensation current value Ii from the inertia compensation current setting unit 40 by a gain set by a predetermined method, and outputs a corrected inertia compensation current value Ii ′. Hereinafter, the configuration and operation of the inertial compensation current correction unit 50 will be described in detail.
[0020]
The inertia compensation current correction unit 50 outputs a first gain determination unit 51 that outputs a first gain Gj1 determined based on the steering angular velocity ω, and outputs a second gain Gj2 determined based on the steering torque value T. It includes a second gain determining section 52 and a gain multiplying section 53 that outputs an inertia compensation current value Ii ′ corrected based on the first gain Gj1 and the second gain Gj2.
[0021]
The first gain determination unit 51 receives the steering angular velocity ω, and calculates a first gain Gj1 based on the steering angular velocity ω. Specifically, a table indicating the relationship between the steering angular velocity ω and the first gain Gj1 is stored in the first gain determination unit 51 in advance, and the first gain determination unit 51 refers to this table. First gain Gj1 is determined. FIG. 6 is a diagram showing a table stored in the first gain determination unit 51 in advance. The steering angular velocity ω is a positive value when the steering wheel 100 is rotated rightward, and is a negative value when the steering wheel 100 is rotated leftward. As shown in the drawing, this table is set so that the first gain Gj1 increases as the absolute value of the steering angular velocity ω increases.
[0022]
The second gain determining unit 52 receives the steering torque value T, and calculates a second gain Gj2 based on the steering torque value T. Specifically, a table indicating the relationship between the steering torque value T and the second gain Gj2 is stored in the second gain determination unit 52 in advance, and the second gain determination unit 52 refers to this table. To determine the second gain Gj2. FIG. 7 is a diagram showing a table held in advance by the second gain determination unit 52. FIG. 7A shows a case where the steering angular velocity ω is positive, and FIG. , The case where the steering angular velocity ω is negative is shown. Note that the steering torque value T is a positive value when the steering wheel 100 is rotated rightward, and is a negative value when the steering wheel 100 is rotated leftward. The table shown in FIG. 7A has a maximum value at a predetermined steering torque value Tk (for example, a steering torque value that is normally applied when returning the steering wheel), and the second value is such that the peak value indicates a mountain-shaped characteristic. The gain Gj2 is set, and in the table shown in FIG. 7B, the second gain Gj2 is set so that the maximum value is obtained at a predetermined steering torque value −Tk and the value is the peak and the mountain shape characteristic is exhibited. I have. The tables shown in FIGS. 6 and 7 may be tables showing the vehicle speed V as a parameter, similarly to the assist table. Here, when the steering wheel is turned to the left from the neutral position and then returned to the neutral position, the steering angular velocity ω becomes positive, so the second gain determining unit 52 shown in FIG. The second gain Gj2 is calculated based on the steering torque value T by referring to the table. Further, when the steering wheel is turned rightward from the neutral position and then returned to the neutral position, the steering angular velocity ω becomes negative. Therefore, the second gain determining unit 52 sets the table shown in FIG. , The second gain Gj2 is calculated based on the steering torque value T.
[0023]
The gain multiplier 53 multiplies the inertia compensation current value Ii by the first gain Gj1 and the second gain Gj2 set as described above to output a corrected inertia compensation current value Ii ′. . Therefore, these relations are expressed as the following equation (1).
Ii ′ = Gj1 × Gj2 × Ii (1)
The corrected inertia compensation current value Ii 'is added by the adder 124 to the current target value output from the target value calculation unit 122, and the final current target value It is obtained. According to the above configuration, the corrected inertia compensation current value Ii ′ increases as the steering angular velocity increases during the driving operation of returning the steering wheel 100, so that it is possible to suppress an increase in the steering torque. Therefore, the steering feeling is improved.
[0024]
<4. Effect>
According to the above-described embodiment, the first gain Gj1 increases as the absolute value of the steering angular velocity ω increases, and the second gain Gj1 increases at a predetermined steering torque value | Tk | The inertia compensation current value Ii is multiplied by a gain Gj2. With this configuration, the corrected inertia compensation current value Ii ′ increases as the steering angular velocity increases during the driving operation of returning the steering wheel 100. Therefore, even when the steering angular velocity is high, an increase in the steering torque during the driving operation of returning the steering wheel 100 is suppressed, so that a good steering feeling can be maintained. Furthermore, since the second gain Gj2 is increased in the range from the steering torque value (substantially zero) corresponding to the turning back in the steering direction to a predetermined range, good inertia compensation can be performed even during the turning back steering. .
[0025]
<5. Modification>
In the above-described embodiment, the first gain Gj1 and the second gain Gj2 are calculated based on the table. However, the first gain Gj1 and the second gain Gj2 are calculated using a predetermined calculation formula or a conditional formula based on the steering angular velocity and the steering torque. There may be.
[0026]
In the above-described embodiment, the inertia compensation current value Ii ′ is calculated by multiplying the inertia compensation current value Ii by the first gain Gj1 and the second gain Gj2. At the time of the driving operation for returning the steering wheel 100 based on the steering angular velocity ω and the steering torque value T, a correction amount that is set to increase as the steering angular velocity increases is calculated, and the correction amount for the inertia compensation current value Ii is calculated. May be added to calculate a corrected inertia compensation current value Ii ′.
[0027]
Further, in the above embodiment, the assist table may be set with the vehicle speed V as a parameter, and other tables may be set with the vehicle speed V as a parameter. However, the table does not necessarily need to be set with the vehicle speed V as a parameter, and the table is not limited to the vehicle speed, and other running conditions of the vehicle may be set as a parameter.
[0028]
Furthermore, in the above-described embodiment, the microcomputer 10 executes a predetermined program so that various components in the target current setting unit 12 are realized as software. However, some or all of these components are implemented. May be realized in hardware by a dedicated electronic circuit or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an electric power steering device according to an embodiment of the present invention, together with a vehicle configuration related thereto.
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of an ECU which is a control device in the electric power steering device according to the embodiment.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a target current setting unit in the embodiment.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of an inertial compensation unit in the embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a table held in advance by an inertia compensation current setting unit in the embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a table held in advance by a first gain determination unit in the embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a table held in advance by a second gain determination unit in the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... steering angular velocity sensor 4 ... vehicle speed sensor 5 ... electronic control unit (ECU)
6 Motor 10 Microcomputer (motor control unit)
12 ... target current setting unit (target value setting means)
14 ... subtractor 16 ... feedback control calculation unit (FB control calculation unit)
18 PWM signal generation circuit 19 Current detector 20 Motor drive circuit 30 Differentiator 40 Inertial compensation current setting unit 50 Inertial compensation current correction unit 51 First gain determination unit 52 Second gain determination unit 53 gain multiplying unit 121 phase compensating unit 122 target value calculating unit 123 inertia compensating unit 124 adder It current target value Is current detection value Ii inertia compensating current value V vehicle speed D command value T Steering torque ω ... Steering angular velocity

Claims

An electric power steering device that applies a steering assist force to a steering mechanism of the vehicle by driving an electric motor in accordance with a steering torque applied by an operation unit for steering the vehicle,
A torque sensor for detecting the steering torque,
Steering angular velocity detecting means for detecting a steering angular velocity which is a speed of a steering angle change by operation of the operation means,
Target value setting means for setting a value of a current to be supplied to the electric motor as a target value,
Current detection means for detecting a current flowing in the electric motor and outputting a detection value of the current,
A control unit that generates a command value for feedback control on driving of the electric motor based on a current deviation between the current target value and the current detection value,
Driving means for driving the electric motor according to the command value,
The target value setting means,
Inertia compensation current value setting means for setting an inertia compensation current value for inertia compensation of the electric motor based on a differential value of the steering torque,
When the operating means is operated so as to return to the neutral position direction after being operated leftward or rightward from the predetermined neutral position, the inertia compensation current value increases as the absolute value of the steering angular velocity increases. Inertia compensation current correction means for generating an inertia compensation current value corrected to be large,
Calculating a target value of the current to be supplied to the electric motor based on the steering torque, and adding the corrected inertia compensation current value to the calculated target value to calculate the current target value An electric power steering apparatus, comprising: a value calculating unit.

The inertia compensation current correction unit is configured to set a first gain set based on the steering angular velocity and a second gain set based on the steering torque with respect to the inertia compensation current value set by the inertia compensation current value setting unit. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein a corrected inertial compensation current value is generated by multiplying the inertia compensation current value by a gain of (i).