JP2006182051A - Power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ出力により運転者の操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置の技術分野に属する。 The present invention belongs to the technical field of an electric power steering apparatus that reduces a driver's steering force by a motor output.
従来の電動パワーステアリング装置では、操舵トルクからハンドル手放しを判断し、モータに対しハンドル角に比例した戻し電流を与えることにより、車両が直進するハンドル位置への収束を促進している(例えば、特許文献1参照)。
通常、操舵トルクセンサは所定のばね剛性を持ち、かつ所定の慣性を持つハンドルとモータとの間に配置されているため、マス−ばね系の振動により、手放し時であっても検出される操舵トルクはゼロとならない。よって、操舵トルクから手放しを判断する上記従来技術にあっては、手放しを正確に判断できず、車両が直進するハンドル位置への収束性が悪いという問題があった。 Normally, the steering torque sensor has a predetermined spring rigidity and is disposed between a handle and a motor having a predetermined inertia, so that the steering detected even when the hand is released due to the vibration of the mass-spring system. Torque is not zero. Therefore, in the above-described conventional technology for determining the release from the steering torque, there is a problem that the release cannot be accurately determined and the convergence to the steering wheel position where the vehicle goes straight is poor.
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、ハンドル手放しを正確に判断でき、車両が直進するハンドル位置へハンドルを収束させることができる電動パワーステアリング装置を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above problems, and an object of the present invention is to provide an electric power steering device that can accurately determine the release of the steering wheel and can converge the steering wheel to a steering wheel position where the vehicle goes straight. There is to do.
上述の目的を達成するため、本発明の電動パワーステアリング装置では、
ハンドルに加わる操舵トルクを検出するトルク検出手段と、
舵取機構に操舵補助力を加えるモータとを備え、
検出された操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させるように前記モータを駆動制御する電動パワーステアリングにおいて、
前記モータの回転加速度を検出するモータ回転加速度検出手段と、
検出された操舵トルクとモータ回転加速度に基づいてハンドル手放し状態を判断する手放し判断手段と、
タイヤから車両へと伝わる路面入力を検出する路面入力検出手段と、
ハンドル手放し状態と判断されたとき、検出された路面入力に応じて路面入力を打ち消す方向へモータを制御駆動する手放し制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, in the electric power steering apparatus of the present invention,
Torque detecting means for detecting steering torque applied to the steering wheel;
A motor for applying steering assist force to the steering mechanism,
In the electric power steering that drives and controls the motor so as to generate a steering assist force according to the detected steering torque,
Motor rotational acceleration detecting means for detecting rotational acceleration of the motor;
Hand release determination means for determining a handle release state based on the detected steering torque and motor rotational acceleration;
Road surface input detection means for detecting road surface input transmitted from the tire to the vehicle;
A release control means for controlling and driving the motor in a direction to cancel the road surface input according to the detected road surface input when it is determined that the handle is released
It is characterized by providing.
本発明にあっては、操舵トルクとモータ回転加速度に基づいてハンドル手放し状態を判断するため、ハンドル手放し状態を正確に判断できる。また、ハンドル手放しと判断されたとき、路面負荷(路面入力)がゼロとなるようにモータを駆動制御するため、路面負荷がゼロとなるハンドル位置、すなわち車両が直進するハンドル位置にハンドルを収束させることができる。 In the present invention, since the handle release state is determined based on the steering torque and the motor rotational acceleration, the handle release state can be accurately determined. In addition, when it is determined that the handle is released, the motor is controlled so that the road load (road surface input) becomes zero, so that the handle is converged to the handle position where the road load is zero, that is, the handle position where the vehicle goes straight. be able to.
以下に、本発明のパワーステアリング装置を実施するための最良の形態を、実施例1〜5に基づいて説明する。 Below, the best form for implementing the power steering device of the present invention is explained based on Examples 1-5.
まず、構成を説明する。
図1は、実施例1の電動パワーステアリング装置を適用した車両の操舵系を示すブロック図である。
First, the configuration will be described.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a vehicle steering system to which the electric power steering apparatus according to the first embodiment is applied.
舵取り操作用のハンドル1と、舵取り動作を行う舵取機構2とを連結する操舵軸3に、ハンドル1に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ(トルク検出手段)4と操舵補助用のモータ5とが配置されている。ハンドル1は、図示しない車室内部に運転者と対向するように、軸周りに回転可能なように固定されている。舵取機構2は、操舵軸3の下端に一体形成されたピニオン6と、これに噛合するラック軸7とを備えるラック&ピニオン式の舵取り装置により構成される。ラック軸7は、図示しない車両前部に、左右方向への摺動は可能なように固定されており、ラック軸7の両端は、左右のタイロッド8,9を介して操向用の前輪10,11に連結されている。操舵を補助するモータ5は、その発生トルクを操舵軸3の回転トルクに変換するような減速機12を介して、操舵軸3に結合される。
A torque sensor (torque detection means) 4 for detecting a steering torque applied to the
続いて、図2のコントローラ13の制御ブロック図を加え、実施例1の制御系を説明する。
運転者によりハンドル1が操舵されると、ハンドル1と機械的に連結された前輪10,11が操向される。このとき、トルクセンサ4に入力される捩れ方向の負荷は、操舵トルクとしてコントローラ13へ入力される。さらに、このコントローラ13には、車両の走行速度を検出する車速センサ(車速検出手段)14等の信号が与えられる。
Subsequently, a control block diagram of the
When the
コントローラ13には、モータ電圧を検出するモータ端子間電圧センサ13a、モータ電流を検出するモータ電流センサ(モータ電流検出手段)13b、モータ電圧とモータ電流からモータ5の回転速度を推測するモータ速度推測部(モータ回転速度検出手段)13cが内蔵されている。
The
コントローラ13の出力は、電流制御回路13dと駆動回路13eを介してモータ5に与えられる。コントローラ13は、操舵トルク、モータの回転速度、車速等を用いて、モータ5の駆動電流を算出し、算出された駆動電流をモータ電流センサ13bによりモータ電流を参照しつつ、モータ5を制御駆動する。駆動回路13eからモータ5へ供給される電源は、バッテリ15により与えられる。
The output of the
コントローラ13の基本電流指令値演算部13fでは、運転者の操作負荷を低減するために、操舵トルクに応じたアシスト量を得る基本電流指令値を決定している。また、据え切り等では軽くハンドル1が切れるようにアシスト量を多くして、高速になるに連れ操舵トルクが重くなりどっしりとした操舵特性を実現するように高速ではアシスト量を減らしている。
The basic current command
さらにコントローラ13内には、電動パワーステアリング特有の違和感を解消するために、慣性補償部13gおよび粘性補償部13hが設けられている。
Furthermore, an
慣性補償部13gは、操舵系の特にモータの慣性を補償する。微分器13iによりモータ5の逆起電力から推定したモータ回転速度を微分することで、モータ回転加速度を算出し、算出されたモータ回転加速度と事前に計測しておいたモータイナーシャとを積算してモータ5の慣性力を求め、この慣性を打ち消す慣性補償電流を出力する。
The
粘性補償部13hは、操舵系の粘性を適切にする粘性補償を行う。電動パワーステアリングは油圧パワーステアリング相当の特性再現を目指しており、車速とモータ回転速度から算出される操舵系の粘性が、油圧回路相当の粘性と一致するような粘性補償電流を算出する。
The
なお、上記慣性補償および粘性補償は一般的なものでよく、従来例等にあるように、車速や転舵速度等に応じてゲインを変更しても良い。 The inertia compensation and the viscosity compensation may be general, and the gain may be changed according to the vehicle speed, the steering speed, etc. as in the conventional example.
慣性補償部13gにより算出された慣性補償電流値と、粘性補償部13hにより算出された粘性補償電流値は、加算器13jで加算された後、加算器13kで基本電流指令値演算部13fにより算出された基本電流指令値に加算される。
The inertia compensation current value calculated by the
コントローラ13は、手放し判断部(手放し判断手段)20と手放し制御部(手放し制御手段)21とを備えている。手放し判断部20には、トルクセンサ4からの出力とモータ5の逆起電力を利用して算出されるモータ回転速度を微分器13iにより微分し、慣性補償部13gにより慣性補償されたモータ回転加速度が入力され、操舵トルクとモータ回転加速度を処理することで手放し判断を行い、手放し状態か否かのFLG信号を出力する。出力されたFLG信号は、スイッチ(SW)部13mへ入力される。実施例1では、モータ速度推測部13cおよび微分器13iにより、モータ回転加速度検出手段が構成される。
The
SW部13mでは、FLG信号に基づいて、加算器13jの出力を電流指令値とするノーマル時の制御を行うか、後述する手放し制御部21の出力を電流指令値とする手放し時の制御を行うかの切り替えを行う。
Based on the FLG signal, the
手放し制御部21には、トルクセンサ4からの出力とモータ5の逆起電力を利用して算出されるモータ回転速度とモータ電流センサ13bからの出力と車速センサ14からの出力が入力され、各種センサ信号を処理することで手放し時の電流指令値を決定する。
The hand
次に、作用を説明する。
[手放し判断方法]
操舵系のモデルとして、ハンドル慣性Jhと、モータ5と減速機12とラック等のトルクセンサより路面側にある系の慣性Jmと、両者を結合するトルクセンサ4の剛性ksで考える。
Next, the operation will be described.
[How to decide to let go]
As a model of the steering system, consider the steering wheel inertia Jh, the inertia Jm of the system closer to the road surface than the torque sensors such as the
運転者から操作量である操舵トルクThとハンドル角度θh、モータ5の回転角度を操舵軸換算したモータ角度θm、トルクセンサ4の検出する操舵トルクTsとすると、下記の式(1)が成立するとき、手放し状態と判断する。
α > Jh・(dot(dot(Ts))/ks + ks・dot(dot(θm))) + Ts …(1)
ここで、αは所定値である。
Assuming that the steering torque Th and the steering wheel angle θh as the operation amount from the driver, the motor angle θm obtained by converting the rotation angle of the
α> Jh · (dot (dot (Ts)) / ks + ks · dot (dot (θm))) + Ts… (1)
Here, α is a predetermined value.
上記操舵系のモデルでは、ハンドル周りの運動方程式は、下記の式(2)となる。
Th = Jh・dot(dot(θh)) + ks・(θh − θm) …(2)
In the steering system model, the equation of motion around the steering wheel is expressed by the following equation (2).
Th = Jh · dot (dot (θh)) + ks · (θh − θm) (2)
式(1)において、手放しの場合には、Thがゼロとなるので、理想状態でのハンドル周りの運動方程式は、下記の式(3)となる。
0= Jh・dot(dot(θh)) + ks・(θh − θm) …(3)
In the equation (1), when letting go, Th becomes zero, so the equation of motion around the handle in the ideal state is the following equation (3).
0 = Jh · dot (dot (θh)) + ks · (θh − θm) (3)
この式(3)において、ks・(θh − θm)はトルクセンサ4の検出トルク値Tsに相当するので、式(3)にて手放しと判断するには、dot(dot(θh))を算出すれば良い。
Ts = ks・(θh − θm) …(4)
In this equation (3), ks · (θh − θm) corresponds to the detected torque value Ts of the
Ts = ks · (θh − θm) (4)
よって、トルクセンサ4の検出トルク値の式(4)より、両辺を2階微分すると、下記の式(5)が得られる。
dot(dot(Ts)) = ks・(dot(dot(θh)) − dot(dot(θm))) (5)
Therefore, the following equation (5) is obtained by differentiating both sides from the equation (4) of the detected torque value of the
dot (dot (Ts)) = ks ・ (dot (dot (θh)) − dot (dot (θm))) (5)
式(5)を変形すると、
dot(dot(θh)) = dot(dot(Ts))/ks + ks・dot(dot(θm)) …(6)
となり、この式(6)を式(3)へ代入すると、上述の式(1)が得られることになる。
When transforming equation (5),
dot (dot (θh)) = dot (dot (Ts)) / ks + ks · dot (dot (θm))… (6)
Thus, when the equation (6) is substituted into the equation (3), the above equation (1) is obtained.
[手放し判断作用]
図3は、実施例1の手放し判断部20の作動を説明するブロック図である。
手放し判断部20に入力されたトルクセンサ信号は、2つの微分ブロック20a,20bにより2階微分された後、ゲイン1/ksを持つゲインブロック20cによりトルクセンサ剛性の逆数1/ksが積算される。モータ回転速度は微分ブロック20dにより1階微分された後、操舵軸3へのモータ回転加速度へ変換するために、ゲイン1/Nを持つゲインブロック20eとゲインksを持つゲインブロック20fとにより減速機ギア比分の換算がされる。
[Releasing action]
FIG. 3 is a block diagram illustrating the operation of the hand
The torque sensor signal input to the
両ゲインブロック20c,20fの出力は、加算ブロック20gで加算された後、ゲインJhを持つゲインブロック20hによりハンドル慣性Jhが積算される。ゲインブロック20hの出力は、加算ブロック20iによりトルクセンサ信号と加算され、上述した式(1)の右辺が算出される。続いて、絶対値算出ブロック20jにより絶対値が算出され、比較ブロック20kにより、所定値αと比較され、αよりも小さい場合には、手放し状態であると判断され、手放しFLGが出力される。
The outputs of both
ここで、算出された値(加算ブロック20iの出力)がゼロであれば、理論上完全な手放しとなるが、例えば、運転者が所定ハンドル角度を入力後、ハンドル1に手を添える程度で自然にハンドル1を戻すような操舵パターンにおいては、操舵トルクはわずかに発生していることになる。その場合にも、本制御による安定性向上を実現するために、式(1)の左辺である判断値はゼロではなく所定のαとすることが望ましい。また、各種センサ信号にノイズが含まれることによる誤動作を防ぐことも可能になる。
Here, if the calculated value (the output of the
[路面入力推定]
図4は、手放しと判断された場合の電流指令値を決定する手放し制御部21のブロック図である。図4においては路面入力の推定を以下のように行っている。
[Road surface input estimation]
FIG. 4 is a block diagram of the hand
トルクセンサ4の信号を操舵トルクTs(既知)、路面入力トルクTsat(未知外乱)、操舵系慣性Jm(本来ならJh+Jmとなるが、JhはJmに比較して非常に小さいので近似できる)、モータ5のトルク定数Kt(操舵軸換算)、モータ発生トルクTm=Kt・im(操舵軸換算)、モータ電流im、モータ角速度ωとすると、運動方程式は下記の式(7)となる。
Jm・dot(ω) = Ts + Tm +Tsat …(7)
Jm · dot (ω) = Ts + Tm + Tsat (7)
ここで、プラントに外乱相当のTs,Tsatが入力されない状態では、
Jm・dot(ω) = Tm = Kt・im …(8)
この式(8)を伝達関数で表すと、sをラプラス演算子として、
ω/im = Kt/(Jm・s2) = P(s) …(9)
また、外乱除去のローパスフィルタを、ωcがカットオフ周波数として、
H(s) = ωc2/(s + ωc2) …(10)
とする。
Here, in the state where Ts and Tsat equivalent to disturbance are not input to the plant,
Jm · dot (ω) = Tm = Kt · im… (8)
When this equation (8) is expressed by a transfer function, s is a Laplace operator,
ω / im = Kt / (Jm · s 2 ) = P (s) (9)
In addition, the low-pass filter for disturbance removal, ωc is the cutoff frequency,
H (s) = ωc 2 / (s + ωc 2 )… (10)
And
この状態で図4に示すようなプラントの周りにコントローラを構成すると、図4の(1)からは推定された路面入力トルクが算出される(路面入力検出手段に相当)。算出された路面入力トルクに対し、路面入力を打ち消すようにモータ電流を流すことで、手放し時の安定性を確保する。 If a controller is configured around the plant as shown in FIG. 4 in this state, the estimated road surface input torque is calculated from (1) in FIG. 4 (corresponding to road surface input detection means). By supplying a motor current so as to cancel the road surface input with respect to the calculated road surface input torque, the stability at the time of releasing is ensured.
[手放し時の電流指令値特性]
手放し時の電流指令値の一例としては、路面入力を打ち消す方向へモータ電流を流し、量は路面入力に比例することが最も簡単なものであるが、実施例1では、ノイズ等の影響による誤動作を減らすために、路面入力が所定の不感帯しきい値以下となる範囲を不感帯とし、路面入力が不感帯領域にあるとき、モータ5への電流指令値をゼロとする。
[Current command value characteristics when letting go]
As an example of the current command value when letting go, it is the simplest that the motor current flows in the direction to cancel the road surface input, and the amount is proportional to the road surface input. Therefore, when the road surface input is in the dead zone, the current command value to the
また、実施例1では、検出された路面入力が所定のリミット値を超えるとき、手放し制御電流が流れてハンドル1が戻らないことを防止するため、電流指令値にリミッタを設ける。さらに、車両は高速になるに連れて手放し安定性は悪化するので、手放し制御電流を車速の関数とし、車速が高くなるほど電流指令値を増加させる。
Further, in the first embodiment, when the detected road surface input exceeds a predetermined limit value, a limiter is provided for the current command value in order to prevent the release control current from flowing and the
[従来技術の課題]
電動パワーステアリング装置は、モータの慣性やモータおよび減速機の摩擦により、走行時に所定のハンドル角度を入力した後、手を離して車両が安定するまでの時間が長くかかったり、左右へのオーバーシュートを何回も繰り返したりする(手放し安定性、もしくは収斂性が悪い)。
[Prior art issues]
The electric power steering device takes a long time to release the hand and stabilizes the vehicle after inputting a predetermined handle angle during traveling due to the inertia of the motor and the friction of the motor and the speed reducer. Is repeated many times (the stability of letting go or the convergence is poor).
上記課題に対し、特開平8−332964号公報に記載の技術では、ハンドル戻し過程で操舵速度が速い場合は手放しと判断し、操舵速度に比例したダンピングを行うことで、左右へのオーバーシュートを抑制している。しかし、この構成では、人間が早く操舵した場合にも手放しと判断されダンピングが加算されるため、不要に操舵トルクが重くなってしまうという問題がある。 In response to the above problem, in the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-332964, when the steering speed is high in the steering wheel returning process, it is determined that the hand is released, and damping is performed in proportion to the steering speed, thereby overshooting left and right. Suppressed. However, in this configuration, there is a problem that the steering torque becomes unnecessarily heavy because it is determined that the person has let go and the damping is added even when the person steers quickly.
また、特開2002−166843号公報に記載の技術では、操舵トルクが小さい場合は手放しと判断し、ハンドル角度に比例した戻し電流を流し中立への収束を促進する。しかし、この構成では、操舵トルクセンサは所定のばね剛性を持ち、かつ、所定の慣性を持つハンドルとモータ間に配置されているため、手放しの場合でもマス−ばね系の振動により手放し時にも検出されるトルクはゼロにならず、正確に手放しを判断できない。さらに、タイヤの左右空気圧の違いやサスペンションのばらつきによりハンドル角度センサの中立と車両の直進ハンドル位置とのずれが発生した場合に、車両が直進する状態にならないという問題がある。 In the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-166843, when the steering torque is small, it is determined that the steering torque is released, and a return current proportional to the steering wheel angle is supplied to promote convergence to neutrality. However, in this configuration, the steering torque sensor has a predetermined spring rigidity and is disposed between the handle and the motor having a predetermined inertia. Therefore, even when it is released, it is detected even when it is released due to the vibration of the mass-spring system. The torque that is generated is not zero, and it is impossible to accurately determine whether to let go. Furthermore, there is a problem in that the vehicle does not go straight when a shift between the neutral of the handle angle sensor and the straight steering wheel position of the vehicle occurs due to the difference between the left and right pneumatic pressures of the tires and the dispersion of the suspension.
[路面入力推定作用]
これに対し、実施例1の電動パワーステアリング装置では、トルクセンサ4の検出値とモータ5の回転加速度を使用している。すなわち、操舵トルクとモータ回転速度を計測し、両者の2階微分が所定値αよりも小さい場合に手放しと判断することより、正確な手放し判断が可能となる。
[Road surface input estimation effect]
On the other hand, in the electric power steering apparatus of the first embodiment, the detected value of the
[路面入力に基づくハンドル収束性向上作用]
手放し時は操舵系を振動させる起振力は路面入力であり、操舵系にはトルクセンサ4の持つ所定の剛性により起振力に対しハンドル角度は遅れが発生することになる。従って、従来例にあるようにハンドル角度をゼロになるように手放し制御電流を決める場合には、遅れに起因して、手放し電流のゲインの上限があり、結果として手放しの収束時間が長くなる傾向になる。
[Handle convergence improvement based on road surface input]
When the hand is released, the vibration force that vibrates the steering system is a road surface input, and the steering angle is delayed with respect to the vibration force due to the predetermined rigidity of the
図5は、実施例1の手放し時のハンドル角度の時系列推移と、路面入力の時系列推移である。実施例1では、起振力である路面入力をゼロになるように手放し制御電流を決めるため、遅れは発生せず、ハンドル角度をゼロにする上記従来技術に比べ、ゲインを上げることが可能であり、手放しの収束時間を短くすることができる。 FIG. 5 shows a time-series transition of the handle angle at the time of letting go of Example 1 and a time-series transition of the road surface input. In the first embodiment, the control input is determined so that the road surface input, which is the vibration generation force, becomes zero, and the control current is determined. Therefore, there is no delay, and the gain can be increased as compared with the conventional technique in which the steering wheel angle is zero. Yes, it is possible to shorten the time for convergence.
次に、効果を説明する。
実施例1の電動パワーステアリング装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。
Next, the effect will be described.
In the electric power steering apparatus of the first embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1) ハンドル1に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ4と、舵取機構2に操舵補助力を加えるモータ5とを備え、検出された操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させるようにモータ5を駆動制御する電動パワーステアリングにおいて、モータ5の回転加速度を検出するモータ回転加速度検出手段(モータ速度推測部13cおよび微分器13i)と、検出された操舵トルクとモータ回転加速度に基づいてハンドル手放し状態を判断する手放し判断部20と、タイヤから車両へと伝わる路面入力を検出する路面入力検出手段と、ハンドル手放し状態と判断されたとき、検出された路面入力に応じて路面入力を打ち消す方向へモータ5を制御駆動する手放し制御部21と、を備えるため、ハンドル手放し状態を正確に判断できると共に、車両が直進するハンドル位置へハンドル1を収束させることができる。
(1) A
(2) 手放し判断部20は、検出されたモータ回転加速度を操舵軸換算したモータ回転加速度dot(dot(θm)))と操舵トルクTsが、式(1)を満足するとき、ハンドル手放し状態であると判断するため、ハンドル手放し状態をより正確に判断できる。
(2) The hand
(3) モータ5の回転速度を検出するモータ速度推測部13cと、モータ5の電流値を検出するモータ電流センサ13bと、を備え、路面入力検出手段は、モータ回転速度、操舵トルクおよびモータ電流に基づいて路面入力を推定するため、路面入力を直接検出する手段を設けることなく、路面入力を正確に推定できる。
(3) A motor
(4) 車速を検出する車速センサ12を備え、手放し制御部21は、車速が高いほどモータ5の電流指令値を大きくするため、車速にかかわらず、手放し安定性を向上させることができる。
(4) The
(5) 手放し制御部21は、検出された路面入力が所定の不感帯しきい値以下となる範囲を不感帯とし、路面入力が不感帯領域にあるとき、モータ5の電流指令値をゼロとするため、センサノイズ等の影響によるモータ5の誤動作を低減できる。
(5) The
(6) 手放し制御部21は、検出された路面入力が所定のリミット値を超えるとき、モータ5の電流指令値を一定とするため、電流指令値が過大となりハンドル1が収束しにくくなるのを防止できる。
(6) When the detected road surface input exceeds a predetermined limit value, the
まず、構成を説明する。
図6は、実施例2の電動パワーステアリング装置を適用した車両の操舵系を示すブロック図であり、実施例2では、モータの回転角度を計測するエンコーダ16をモータ5に取り付けている。また、ハンドル1の回転角度を計測するハンドル角度センサ17を操舵軸3に取り付けている点で実施例1と異なる。
First, the configuration will be described.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a vehicle steering system to which the electric power steering apparatus according to the second embodiment is applied. In the second embodiment, an
図7に、実施例2のコントローラ19の制御ブロックを示す。手放し判断部22には、トルクセンサ4からの出力と、エンコーダ16の出力を2つの微分器13m,13iを用いて2階微分したモータ回転加速度と、ハンドル角度センサ17の出力を微分器13n,13pを用いて2階微分したハンドル回転加速度を処理することで手放し判断を行う。実施例2では、エンコーダ16および2つの微分器13m,13iにより、モータ回転加速度検出手段が構成される。
FIG. 7 shows a control block of the
手放し制御部23には、トルクセンサ4からの出力とエンコーダ16の出力を2階微分したモータ回転加速度と、モータ電流センサ13bからの出力と車速センサ12からの出力とが入力され、各種センサ信号を処理することで手放し時の電流指令値を決定する。
The
次に、作用を説明する。
[手放し判断方法]
図8は、実施例2の手放し判断部22の作動を説明するブロック図であり、モータ回転速度に代えて、エンコーダ16により検出されたモータ回転角度を微分ブロック23aで微分する点で、図3に示した実施例1と異なる。
Next, the operation will be described.
[How to decide to let go]
FIG. 8 is a block diagram for explaining the operation of the hand
[路面入力推定]
実施例2では、路面入力を推定する場合は、次にように考える。路面からの入力は、タイヤ角と車両挙動と路面μ等で決まるTsatとなるとする。また、モータ5の出しているトルクをTmとする。タイヤ周りの運動方程式は、モータ5からタイヤまでの剛性はトルクセンサ4の剛性より遥かに高いので無視して、下記の式(11)となる。
Tsat = Jm・dot(dot(θm)) + Tm + Ts …(11)
[Road surface input estimation]
In the second embodiment, the road surface input is estimated as follows. The input from the road surface is Tsat determined by the tire angle, the vehicle behavior, the road surface μ, and the like. Further, let Tm be the torque that the
Tsat = Jm · dot (dot (θm)) + Tm + Ts (11)
従って、モータ回転角度の計測値の2階微分値、モータトルクはモータ5のトルク定数とモータ電流の積と一致することからモータ電流値、そしてトルクセンサ4の検出値とから路面入力を推定することが可能となる。または、Tsatを直接計測しても良い。
Therefore, since the second-order differential value of the measured value of the motor rotation angle and the motor torque coincide with the product of the torque constant of the
Tsatは車両挙動とタイヤ角とで決まる値であるが、必ずその路面での車両が直進する状態でゼロとなる。従って、検出または推定した路面入力がゼロになるように、モータ5を制御駆動することで、手放し安定性は向上し、かつ、収斂時の車両直進を実現できる。
Tsat is a value determined by the vehicle behavior and the tire angle, but it is always zero when the vehicle is traveling straight on the road surface. Therefore, by controlling and driving the
よって、実施例2の電動パワーステアリング装置では、実施例1の効果(1)〜(6)と同様の効果が得られる。 Therefore, in the electric power steering apparatus of the second embodiment, the same effects as the effects (1) to (6) of the first embodiment can be obtained.
図9は、実施例3の電動パワーステアリング装置を適用した車両の操舵系を示すブロック図であり、実施例3では、路面入力検出手段として、ラック軸力を計測するラック軸力センサ18を舵取機構2に取り付けた点で実施例1と異なる。
FIG. 9 is a block diagram illustrating a vehicle steering system to which the electric power steering apparatus according to the third embodiment is applied. In the third embodiment, a rack
図10に、実施例3のコントローラ24の制御ブロックを示す。
手放し制御部25には、ラック軸力センサ19からの信号が入力され、手放し時アシスト制御では、ラック軸力がゼロになるようにモータ5を制御駆動する。図11に、実施例3における手放し時の制御則を示すが、内容は実施例1と同様であるため、説明を省略する。
FIG. 10 shows a control block of the
A signal from the rack
よって、実施例3の電動パワーステアリング装置にあっては、路面入力検出手段として、ラック軸力計測するラック軸力センサ18を設けたため、実施例1の効果(1),(2),(4)〜(6)に加え、モータ回転速度、操舵トルクおよびモータ電流から路面入力を推定する実施例1と比較して、路面入力をより正確に求めることができる。
Therefore, in the electric power steering apparatus of the third embodiment, the rack
図12は、実施例4の手放し時の制御則を示す図であり、実施例4では、手放し時の路面入力に対するモータ5の電流指令値を、モータ回転速度、すなわちハンドル1の回転速度に応じて変更する例である。なお、他の構成は実施例1と同一である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a control rule when the hand is released according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the current command value of the
実施例4では、図12に示すように、モータ速度が速いほど電流指令値を増加させることで、手放し状態でのモータ回転が速い場合に効果的に車両の手放し安定性を向上させることができる。 In the fourth embodiment, as shown in FIG. 12, by increasing the current command value as the motor speed increases, it is possible to effectively improve the release stability of the vehicle when the motor rotation is fast in the release state. .
次に、効果を説明する。
実施例4の電動パワーステアリング装置にあっては、実施例1の効果(1)〜(3),(5),(6)に加え、下記の効果が得られる。
Next, the effect will be described.
In the electric power steering apparatus of the fourth embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (3), (5), and (6) of the first embodiment.
(7) モータ5の回転速度を検出するモータ速度推測部13cを備え、手放し制御部は、モータ回転速度が高いほど、モータ5の電流指令値を大きくするため、ハンドル1の回転速度が速い場合に、効果的に車両の手放し安定性を向上させることができる。
(7) The motor
まず、構成を説明する。
図13は、実施例5のコントローラ28の制御ブロック図である。
手放し判断部26には、トルクセンサ4からの出力とモータ5の逆起電力を利用して算出されるモータ回転加速度が入力され、操舵トルクとモータ回転加速度を処理することで手放し判断を行うと共に、推定運転者トルクを出力する。
First, the configuration will be described.
FIG. 13 is a control block diagram of the
The hand
手放し制御部27には、トルクセンサ4からの出力とモータ5の逆起電力を利用して算出されるモータ回転速度とモータ電流センサ13bからの出力と車速センサ14からの出力が入力され、各種センサ信号を処理することで手放し時の基本電流指令値を決定する。
The hand
推定運転者トルクと基本電流指令値は、補正部13qに出力される。補正部13qでは、推定運転者トルクを用いて基本電流指令値を補正することで、手放し時の電流指令値を決定する。
The estimated driver torque and the basic current command value are output to the
次に、作用を説明する。
[手放し判断作用]
図14は、実施例5の手放し判断部26の作動を説明するブロック図であり、加算ブロック20iの出力が推定運転者トルクとして出力される。また、算出された推定運転者トルクが、運転者の意志により操舵する場合に発生するトルク最小値β以下であれば、完全な手放しか、ハンドル1に軽く手を添えている状態であると判断され、手放しFLGが生成される。
Next, the operation will be described.
[Releasing action]
FIG. 14 is a block diagram illustrating the operation of the hand
[推定運転者トルクに応じた電流指令値低減作用]
図15は、補正部13qにおける手放し時の電流指令値算出方法を示す図である。
補正部13qでは、推定運転者トルクに対し、所定のゲインマップ26aを用いて基本電流指令値を補正する。
[Current command value reduction action according to estimated driver torque]
FIG. 15 is a diagram illustrating a method for calculating a current command value when the
The
このゲインマップ26aは、推定運転者トルクがセンサの誤差等に起因する推定精度で決まる所定値γより小さい範囲では、略一定の値である。これにより、完全に手放しの場合、すなわち、推定運転者トルクがゼロである場合は、手放し時のアシスト量を最大にして車両およびハンドル1の収束性を向上させることができる。
The
また、ゲインマップ26aでは、推定運転者トルクが所定のγより大きくなるに連れ、ゲインは低下し運転者の意思により操舵する場合に発生するトルク最小値β以上において、ゲインはゼロとなる。
Further, in the
すなわち、推定運転者トルクが大きくなるに連れ、ゲインを低下させることで、手放し制御時のアシスト量を減らし、ハンドル戻り速度が、手放し時と軽く手を添えているときとで、ほぼ同じにすることが可能となる。すなわち、ハンドル1に手を添えているかどうかにかかわらず、ほぼ一定のハンドル戻し速度とすることで、運転者に与える違和感を抑制できる。
That is, as the estimated driver torque increases, the gain is reduced to reduce the amount of assist during hand release control, and the steering wheel return speed is almost the same when letting go and when lightly attached. It becomes possible. That is, regardless of whether or not the hand is attached to the
また、運転者が意思によりハンドル操作をする場合(推定運転者トルクがβを超える場合)には、確実に通常の制御に戻すことが可能となるので、操舵時のフィーリングに影響を与えることはない。 In addition, when the driver operates the steering wheel with intention (when the estimated driver torque exceeds β), it is possible to reliably return to the normal control, which affects the feeling during steering. There is no.
ここで、βの値は、車両や操舵系の特性によって決まる。一般的にハンドル1には、操舵系に起因する摩擦が存在する。また、車両をコントロールする入力装置としての操舵系には、人間の無意識の操作に対しては車両が動かないように、微少な操作量の範囲では、単純に操舵量に比例して車両が動かないよう不感帯を設定したほうが良いと言われている。そして、摩擦や不感帯は車両の味付けに相当するので、車両毎に目標値が設定されると共に、チューニングが施される。よって、これらの点を考慮し、トルクβが決定される。
Here, the value of β is determined by the characteristics of the vehicle and the steering system. Generally, the
以上説明したように、実施例5では、完全な手放し状態と、ハンドル1に軽く手を添えている状態とにそれぞれ適切な路面入力を打ち消すアシスト量を設定することにより、完全な手放しでは、運転者の操舵感を考慮する必要が無いため、アシスト量を増やして車両の収束時間を短くできる。一方、軽く手を添えている場合でも、完全な手放し状態とほぼ同じ車両の収束性とすることで、運転者に与える違和感を抑制できる。
As described above, in the fifth embodiment, by setting the assist amount for canceling the appropriate road surface input in the completely released state and in the state where the hand is lightly attached to the
次に、効果を説明する。
実施例5の電動パワーステアリング装置にあっては、実施例1の効果(1)〜(6)に加え、以下に列挙する効果が得られる。
Next, the effect will be described.
In the electric power steering apparatus according to the fifth embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (6) of the first embodiment.
(8) 手放し判断部26は、検出された操舵トルクとモータ回転加速度に基づいて推定運転者トルクを算出し、手放し制御部27は、推定運転者トルクが大きいほど、モータ5の電流指令値を小さくするため、完全な手放し状態であるかハンドル1に軽く手を添えているかにかかわらず、ハンドル1の戻り速度をほぼ一定とすることができ、運転者に与える違和感を防止できる。
(8) The
(9) 手放し制御部27は、推定運転者トルクが、運転者の意志により操舵する場合に発生する推定トルクβ以上のとき、モータ5の電流指令値をゼロとするため、運転者が意志により操舵している場合には、確実に通常の制御に戻すことができ、操舵フィーリングに与える影響を抑制できる。
(9) The hand
(他の実施例)
以上、本発明を実施する最良の形態を、実施例1〜5に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。
(Other examples)
As mentioned above, although the best form which implements this invention was demonstrated based on Examples 1-5, the concrete structure of this invention is not limited to an Example, The range which does not deviate from the summary of invention. Any design change is included in the present invention.
例えば、実施例1では、モータ5の端子間電圧とモータ電流とから推定したモータ回転速度を1階微分してモータ回転加速度を算出し、実施例2では、ハンドル角度を2階微分してモータ回転加速度を算出したが、モータ回転加速度の算出方法は任意であり、モータの回転速度を計測するタコジェネレータを設け、その出力を1階微分しても良い。
For example, in the first embodiment, the motor rotational speed estimated from the inter-terminal voltage of the
1 ハンドル
2 舵取機構
3 操舵軸
4 トルクセンサ
5 モータ
6 ピニオン
7 ラック
8、9 タイロッド
10、11 前輪
12 減速機
13 コントロールユニット
13a 電圧センサ
13b 電流センサ
13c モータ速度推測部
13d 電流駆動回路
13e 駆動回路
13f 基本電流指令値演算部
13g 慣性補償部
13h 粘性補償部
13i 微分器
13j 加算器
13k 加算器
13m スイッチ部
14 車速センサ
15 バッテリ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
舵取機構に操舵補助力を加えるモータとを備え、
検出された操舵トルクに応じた操舵補助力を発生させるように前記モータを駆動制御する電動パワーステアリングにおいて、
前記モータの回転加速度を検出するモータ回転加速度検出手段と、
検出された操舵トルクとモータ回転加速度に基づいてハンドル手放し状態を判断する手放し判断手段と、
タイヤから車両へと伝わる路面入力を検出する路面入力検出手段と、
ハンドル手放し状態と判断されたとき、検出された路面入力に応じて路面入力を打ち消す方向へモータを制御駆動する手放し制御手段と、
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。 Torque detecting means for detecting steering torque applied to the steering wheel;
A motor for applying steering assist force to the steering mechanism,
In the electric power steering that drives and controls the motor so as to generate a steering assist force according to the detected steering torque,
Motor rotational acceleration detecting means for detecting rotational acceleration of the motor;
Hand release determination means for determining a handle release state based on the detected steering torque and motor rotational acceleration;
Road surface input detection means for detecting road surface input transmitted from the tire to the vehicle;
A release control means for controlling and driving the motor in a direction to cancel the road surface input according to the detected road surface input when it is determined that the handle is released
An electric power steering apparatus comprising:
前記手放し判断手段は、検出されたモータ回転加速度を操舵軸換算したモータ回転加速度dot(dot(θm))と操舵トルクTsが、下記の数式
α > Jh・(dot(dot(Ts))/ks + ks・dot(dot(θm))) + Ts
(ただし、αは所定値、Jhはハンドル慣性、(dot(dot(Ts))はTsの2階微分値、ksはトルク検出手段の剛性である。)
を満足するとき、ハンドル手放し状態であると判断することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein
The hand release determining means is configured such that a motor rotation acceleration dot (dot (θm)) obtained by converting the detected motor rotation acceleration into a steering axis and a steering torque Ts are expressed by the following formula: α> Jh · (dot (dot (Ts)) / ks + Ks · dot (dot (θm))) + Ts
(Where α is a predetermined value, Jh is the inertia of the handle, (dot (dot (Ts)) is the second-order differential value of Ts, and ks is the rigidity of the torque detection means.)
When the electric power steering apparatus is satisfied, the electric power steering apparatus is determined to be in a state in which the handle is released.
前記モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段と、
前記モータの電流値を検出するモータ電流検出手段と、
を備え、
前記路面入力検出手段は、モータ回転速度、操舵トルクおよびモータ電流に基づいて路面入力を推定することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 In the electric power steering apparatus according to claim 1 or 2,
Motor rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the motor;
Motor current detecting means for detecting a current value of the motor;
With
The electric power steering apparatus characterized in that the road surface input detecting means estimates a road surface input based on a motor rotation speed, a steering torque, and a motor current.
車速を検出する車速検出手段を備え、
前記手放し制御手段は、車速が高いほどモータの電流指令値を大きくすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 In the electric power steering device according to any one of claims 1 to 3,
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed,
The electric power steering apparatus characterized in that the hand release control means increases the current command value of the motor as the vehicle speed increases.
前記手放し制御手段は、検出された路面入力が所定の不感帯しきい値以下となる範囲を不感帯とし、路面入力が不感帯領域にあるとき、モータの電流指令値をゼロとすることを特徴とする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 4,
The release control means sets a range in which the detected road surface input is equal to or less than a predetermined dead zone threshold value as a dead zone, and sets the current command value of the motor to zero when the road surface input is in the dead zone area. Power steering device.
前記手放し制御手段は、検出された路面入力が所定のリミット値を超えるとき、モータの電流指令値を一定とすることを特徴とする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,
The electric power steering apparatus characterized in that the hand release control means makes the current command value of the motor constant when the detected road surface input exceeds a predetermined limit value.
前記ハンドルの回転速度を検出するハンドル回転速度検出手段を備え、
前記手放し制御手段は、ハンドル回転速度が高いほど、モータの電流指令値を大きくすることを特徴とする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 6,
A handle rotation speed detecting means for detecting the rotation speed of the handle;
The electric power steering apparatus characterized in that the hand release control means increases the current command value of the motor as the steering wheel rotational speed is higher.
前記手放し判断手段は、検出された操舵トルクとモータ回転加速度に基づいて運転者トルクを推定し、
前記手放し制御手段は、推定された運転者トルクが大きいほど、モータの電流指令値を小さくすることを特徴とする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 7,
The hand release determining means estimates the driver torque based on the detected steering torque and motor rotational acceleration,
The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the release control means decreases the current command value of the motor as the estimated driver torque increases.
前記手放し制御手段は、推定された運転者トルクが、運転者の意志により操舵する場合に発生するトルク最小値以上のとき、モータの電流指令値をゼロとすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
The electric power steering apparatus according to claim 8,
The electric power steering apparatus characterized in that the release control means sets the current command value of the motor to zero when the estimated driver torque is equal to or greater than a minimum torque value generated when steering is performed by the driver's will. .
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