JP2006281882A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車に搭載されステアリング操舵力を電動モータにより補助する電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering device that is mounted on an automobile and assists a steering force with an electric motor.
電動パワーステアリング装置の操舵トルク制御は、基本的にステアリングホイールを操舵したときに、ステアリングシャフトに加わる操舵トルクに応じた補助力をモータから操舵機構に与え、操舵力を補助するものである。 Steering torque control of the electric power steering apparatus basically assists the steering force by applying an assisting force corresponding to the steering torque applied to the steering shaft from the motor to the steering mechanism when the steering wheel is steered.
例えば、特許文献1に開示された電動パワーステアリング装置では、ステアリングの舵角と車速に基づいて目標操舵トルクを推定し、同目標操舵トルクと検出された操舵トルクとの偏差に基づいてモータのフィードバック制御を行っている。
For example, in the electric power steering apparatus disclosed in
このフィードバック制御において、モータ出力に対する要求される操舵トルクのゲインが大きく、音や振動の発生を抑えるために、そのフィードバック制御における目標操舵トルクのゲインをあまり高く設定できない。 In this feedback control, the gain of the required steering torque with respect to the motor output is large, and the target steering torque gain in the feedback control cannot be set very high in order to suppress the generation of sound and vibration.
そのため、据え切りや低速走行時のようにアシスト量が多く必要な状態において応答性が悪くなる場合がある。
また、操舵中はモータの回転によって発生する逆起電圧の影響でフィードバック制御の応答性が低下する。
For this reason, the responsiveness may be deteriorated in a state where a large amount of assist is required, such as during stationary driving or low-speed traveling.
Further, during steering, the response of feedback control is lowered due to the influence of the counter electromotive voltage generated by the rotation of the motor.
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、フィードバック制御のゲインを上げることなく、据え切りや低速走行時の応答性の向上および逆起電圧の影響により低下するフィードバック制御の応答性の回復を図ることができる電動パワーステアリング装置を供する点にある。 The present invention has been made in view of the above points, and the purpose of the present invention is to provide feedback that decreases due to the effect of back electromotive force and improved response during stationary driving and low-speed driving without increasing the gain of feedback control. The point is to provide an electric power steering device capable of recovering control responsiveness.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、アシストモータの駆動力がステアリング操舵力を補助する電動パワーステアリング装置において、操舵トルクを検出するトルクセンサと、車速を検出する車速センサと、舵角を検出する舵角検出手段と、前記アシストモータの電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記アシストモータの回転角速度を検出する角速度検出手段と、前記舵角検出手段により検出された舵角と前記車速センサにより検出された車速に基づいて目標操舵トルクを導出する目標操舵トルク演算処理手段と、前記目標操舵トルク演算手段により算出された目標操舵トルクと前記トルクセンサにより検出された操舵トルクとの差に基づいてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量演算手段と、前記角速度検出手段が検出したアシストモータの回転角速度からアシストモータの逆起電圧を算出する逆起電圧演算手段と、前記逆起電圧演算手段が算出した逆起電圧と前記電源電圧検出手段が検出した電源電圧からフィードフォワード制御量を算出するフィードフォワード制御量演算手段と、前記フィードバック制御量演算手段が算出したフィードバック制御量に前記フィードフォワード制御量演算手段が算出したフィードフォワード制御量を加算してモータ制御量を算出するモータ制御量演算手段と、前記モータ制御量演算手段により算出されたモータ制御量に基づいて前記アシストモータを駆動するモータ駆動手段とを備えた電動パワーステアリング装置とした。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided an electric power steering apparatus in which a driving force of an assist motor assists a steering force, a torque sensor for detecting a steering torque, a vehicle speed sensor for detecting a vehicle speed, The steering angle detection means for detecting the steering angle; the power supply voltage detection means for detecting the power supply voltage of the assist motor; the angular velocity detection means for detecting the rotational angular velocity of the assist motor; and the steering angle detection means. Target steering torque calculation processing means for deriving a target steering torque based on the steering angle and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor, target steering torque calculated by the target steering torque calculation means, and steering detected by the torque sensor A feedback control amount calculating means for calculating a feedback control amount based on a difference from the torque; A counter electromotive voltage calculating means for calculating a counter electromotive voltage of the assist motor from the rotational angular velocity of the assist motor detected by the degree detecting means, a counter electromotive voltage calculated by the counter electromotive voltage calculating means, and a power source detected by the power supply voltage detecting means Motor control by adding a feedforward control amount calculating means for calculating a feedforward control amount from the voltage, and adding the feedforward control amount calculated by the feedforward control amount calculating means to the feedback control amount calculated by the feedback control amount calculating means The electric power steering apparatus includes motor control amount calculation means for calculating the amount and motor drive means for driving the assist motor based on the motor control amount calculated by the motor control amount calculation means.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の電動パワーステアリング装置において、前記フィードフォワード制御量演算手段が、記電源電圧検出手段により検出された電源電圧に対する前記逆起電圧演算手段により算出された逆起電圧の割合をフィードフォワード制御量とすることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the electric power steering apparatus according to the first aspect, the feedforward control amount calculating means is calculated by the counter electromotive voltage calculating means for the power supply voltage detected by the power supply voltage detecting means. The ratio of the back electromotive force is a feedforward control amount.
請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2記載の電動パワーステアリング装置において、前記目標操舵トルク演算処理手段は、舵角またはモータ回転角の角速度を検出する角速度検出手段と、前記舵角検出手段により検出された舵角と前記車速センサにより検出された車速に基づいてセルフアライニングトルクを算出するセルフアライニングトルク演算手段と、前記角速度検出手段により検出された角速度と前記車速センサにより検出された車速に基づいてステアリングのフリクショントルクを算出するフリクショントルク演算手段とを備え、前記セルフアライニングトルク演算手段により算出されたセルフアライニングトルクに前記フリクショントルク演算手段により算出されたフリクショントルクを加算して目標操舵トルクを算出することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the electric power steering apparatus according to the first or second aspect, the target steering torque calculation processing means includes an angular velocity detection means for detecting an angular velocity of a steering angle or a motor rotation angle, and the rudder Self-aligning torque calculation means for calculating self-aligning torque based on the steering angle detected by the angle detection means and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor, the angular velocity detected by the angular speed detection means, and the vehicle speed sensor Friction torque calculation means for calculating the friction torque of the steering based on the detected vehicle speed, and the friction torque calculated by the friction torque calculation means is added to the self-aligning torque calculated by the self-aligning torque calculation means. Add to calculate the target steering torque And wherein the Rukoto.
請求項1記載の電動パワーステアリング装置によれば、目標操舵トルクと操舵トルクとの差に基づいてフィードバック制御量演算手段により算出されたフィードバック制御量に、逆起電圧と電源電圧から算出されたフィードフォワード制御量を加算してモータ制御量としているので、フィードバック制御のゲインを上げることなく、フィードフォワード制御が補って据え切りや低速走行時のようにアシスト量が多く必要な状態における応答性を向上させ、また逆起電圧の影響により低下するフィードバック制御の応答性を回復することができる。
さらに、フィードフォワード制御で補う分だけフィードバック制御のゲインを低く設定できるため、音や振動の発生を抑制することができる。
According to the electric power steering apparatus of the first aspect, the feedback control amount calculated by the feedback control amount calculation means based on the difference between the target steering torque and the steering torque is added to the feed calculated from the back electromotive voltage and the power supply voltage. Since the forward control amount is added to obtain the motor control amount, the feed forward control is supplemented without increasing the feedback control gain, improving the responsiveness in situations where a large amount of assist is required, such as during stationary or low-speed driving In addition, the responsiveness of the feedback control that is lowered due to the influence of the counter electromotive voltage can be recovered.
Furthermore, since the gain of the feedback control can be set as low as the amount compensated by the feedforward control, the generation of sound and vibration can be suppressed.
請求項2記載の電動パワーステアリング装置によれば、電源電圧に対する逆起電圧の割合をフィードフォワード制御量とするので、モータの回転によって発生する逆起電圧の影響でフィードバック制御の応答性が低下するのを防止して応答性の向上を図ることができる。 According to the electric power steering apparatus of the second aspect, since the ratio of the counter electromotive voltage to the power supply voltage is used as the feedforward control amount, the response of feedback control is lowered due to the influence of the counter electromotive voltage generated by the rotation of the motor. Can be prevented to improve responsiveness.
請求項3記載の電動パワーステアリング装置によれば、舵角と車速に基づいて算出されたセルフアライニングトルクに、角速度と車速に基づいて算出されたフリクショントルクを加算して目標操舵トルクとするので、特に低車速で小さくなるセルフアライニングトルクを補うようにフリクショントルクが加算され、路面に対するタイヤの摩擦などの影響をカバーして常に安定した操舵フィーリングを実現することができる。 According to the third aspect of the present invention, the target steering torque is obtained by adding the friction torque calculated based on the angular speed and the vehicle speed to the self-aligning torque calculated based on the steering angle and the vehicle speed. In particular, the friction torque is added so as to compensate for the self-aligning torque that is reduced at a low vehicle speed, and the influence of the tire friction on the road surface can be covered, so that a stable steering feeling can be realized at all times.
以下、本発明に係る一実施の形態について図1ないし図11に基づいて説明する。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置1の全体の概略後面図を図1に示す。
Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a schematic rear view of the entire electric
電動パワーステアリング装置1は、車両の左右方向(図1における左右方向に一致)に指向した略円筒状のラックハウジング2内にラック軸3が左右軸方向に摺動自在に収容されている。
In the electric
ラックハウジング2の両端開口から突出したラック軸3の両端部にそれぞれジョイントを介してタイロッドが連結され、ラック軸3の移動によりタイロッドが動かされ、さらに転舵機構を介して車両の転舵輪が転舵される。
Tie rods are connected to both ends of the
ラックハウジング2の右端部にステアリングギヤボックス4が設けられている。
ステアリングギヤボックス4には、ステアリングホイール(図示せず)が一体に取り付けられたステアリング軸にジョイントを介して連結される入力軸5が軸受を介して回動自在に軸支されており、図2に示すように入力軸5はステアリングギヤボックス4内でトーションバー6を介して相対的なねじり可能に操舵ピニオン軸7と連結されている。
A steering gear box 4 is provided at the right end of the
In the steering gear box 4, an
この操舵ピニオン軸7のはす歯7aがラック軸3のラック歯3aと噛合している。
したがってステアリングホイールの回動操作により入力軸5に伝達された操舵力は、トーションバー6を介して操舵ピニオン軸7を回動して操舵ピニオン軸7のはす歯7aとラック歯3aの噛合によりラック軸3を左右軸方向に摺動させる。
The
Therefore, the steering force transmitted to the
ラック軸3は、ラックガイドスプリング8に付勢されたラックガイド9により背後から押圧されている。
The
ステアリングギヤボックス4の上部にはアシストモータMが取り付けられ、アシストモータMの駆動力を減速して操舵ピニオン軸7に伝達するウオーム減速機構10がステアリングギヤボックス4内に構成されている。
An assist motor M is attached to an upper portion of the steering gear box 4, and a
ウオーム減速機構10は、操舵ピニオン軸7の上部に嵌着されたウオームホイール11にアシストモータMの駆動軸に同軸に連結されたウオーム12が噛合して構成されている。
アシストモータMの駆動力をこのウオーム減速機構10を介して操舵ピニオン軸7に作用させて操舵を補助する。
The worm
The driving force of the assist motor M is applied to the
なお、アシストモータMには、その回転駆動軸の回転を直接検出するロータリエンコーダ、レゾルバなどの回転角センサ27が設けられている。
The assist motor M is provided with a
ウオーム減速機構10のさらに上方に操舵トルクセンサ20が設けられている。
トーションバー6の捩れをコア21の軸方向の移動に変換し、コア21の移動をコイル22,23のインダクタンス変化に変えて操舵トルクTを検出している。
なお、トーションバー6の捩れを光学的に検出するトルクセンサでもよい。
A
The twist of the torsion bar 6 is converted into the movement of the core 21 in the axial direction, and the movement of the core 21 is changed into the inductance change of the coils 22 and 23 to detect the steering torque T.
A torque sensor that optically detects torsion of the torsion bar 6 may be used.
以上のようなアシストモータMをコンピュータにより駆動制御して操舵力を補助する操舵トルク制御装置30の概略ブロック図を図3に示す。
操舵トルク制御装置30は、PWM制御信号(デューティ信号等)をモータ駆動回路26に出力し、モータ駆動回路26がPWM制御信号に従ってアシストモータMを駆動する。
FIG. 3 shows a schematic block diagram of the steering
The steering
なお、アシストモータMには、その回転駆動軸の回転を直接検出するロータリエンコーダ、レゾルバなどの回転角センサ27が設けられている。
また、アシストモータMに印加されるバッテリ28の電源電圧VBを検出する電源電圧センサ29が設けられている。
The assist motor M is provided with a
The power
そして、操舵トルク制御装置30は、舵角検出手段55と角速度演算手段56を備えており、回転角センサ27が検出したモータ回転数nに基づき舵角検出手段55が舵角θを検出し、角速度演算手段56が同舵角θを時間微分してアシストモータMの回転角速度ωを算出している。
なお、舵角θは、別途舵角センサを備えて、直接舵角センサにより求めてもよい。
The steering
Note that the steering angle θ may be obtained directly by a steering angle sensor provided with a separate steering angle sensor.
操舵トルク制御装置30には、前記操舵トルクセンサ20が検出する操舵トルクTのほかに、車速センサ25により検出される車速vおよび前記電源電圧センサ29により検出される電源電圧VBが入力される。
In addition to the steering torque T detected by the
操舵トルク制御装置30は、主として目標操舵トルク演算処理手段40とフィードバック制御量演算手段51およびフィードフォワード制御量演算手段52を備えている。
The steering
まず、目標操舵トルク演算処理手段40について図4ないし図9に基づいて説明する。
図4は、目標操舵トルク演算処理手段40の概略ブロック図であり、同図4に示すように、目標操舵トルク演算処理手段40は、セルフアライニングトルク演算手段41とフリクショントルク演算手段45の2つの演算手段からなる。
First, the target steering torque calculation processing means 40 will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a schematic block diagram of the target steering torque calculation processing means 40. As shown in FIG. 4, the target steering torque calculation processing means 40 includes two self-aligning torque calculation means 41 and friction torque calculation means 45. It consists of two computing means.
セルフアライニングトルク演算手段41は、セルフアライニングベーストルク抽出手段42とセルフアライニングトルク乗算係数抽出手段43とを備える。
セルフアライニングベーストルク抽出手段42は、基準車速における舵角に対するセルフアライニングベーストルクの関係を記憶するセルフアライニングベーストルク(SABT)記憶手段42aから舵角θに基づいてセルフアライニングベーストルクTsbを抽出する。
The self-aligning
The self-aligning base torque extracting means 42 is based on the steering angle θ from the self-aligning base torque (SABT) storage means 42a that stores the relationship of the self-aligning base torque with respect to the steering angle at the reference vehicle speed. To extract.
セルフアライニングベーストルク記憶手段42aが記憶する基準車速Voにおける舵角θに対するセルフアライニングベーストルクTsbの関係マップを、図5の座標に示す。
図5において、横軸の舵角θは、正の値が右舵角(θ>0)、負の値が左舵角(θ<0)を示す。
A relationship map of the self-aligning base torque Tsb with respect to the steering angle θ at the reference vehicle speed Vo stored in the self-aligning base torque storage means 42a is shown in the coordinates of FIG.
In FIG. 5, as for the steering angle θ on the horizontal axis, a positive value indicates a right steering angle (θ> 0), and a negative value indicates a left steering angle (θ <0).
ここに、縦軸のセルフアライニングベーストルクTsbは、正の値が右方向トルク(Tsb>0)、負の値が左方向トルク(Tsb<0)であって、実際のセルフアライニングトルク(走向車輪が路面から受けるトルクであり、走向車輪を直進姿勢に復元するように働く力)の反力として示している。
したがって、例えば右舵角θ(>0)が大きくなれば、実際とは反対方向の右方向のセルフアライニングベーストルクTsb(>0)が大きくなる。
Here, as for the self-aligning base torque Tsb on the vertical axis, the positive value is the right direction torque (Tsb> 0), the negative value is the left direction torque (Tsb <0), and the actual self-aligning torque ( This is the torque that the running wheel receives from the road surface, and is shown as the reaction force of the force that works to restore the running wheel to a straight running posture.
Therefore, for example, when the right steering angle θ (> 0) increases, the self-aligning base torque Tsb (> 0) in the right direction opposite to the actual direction increases.
セルフアライニングトルク演算手段41が備えるもう一つのセルフアライニングトルク乗算係数抽出手段43は、車速に対するセルフアライニングトルク乗算係数を記憶するセルフアライニングトルク(SAT)乗算係数記憶手段43aから車速vに基づいてセルフアライニングトルク乗算係数ksを抽出する。 Another self-aligning torque multiplication coefficient extraction means 43 provided in the self-aligning torque calculation means 41 is changed from the self-aligning torque (SAT) multiplication coefficient storage means 43a for storing the self-aligning torque multiplication coefficient with respect to the vehicle speed to the vehicle speed v. Based on this, a self-aligning torque multiplication coefficient ks is extracted.
セルフアライニングトルク乗算係数記憶手段43aが記憶する車速vに対するセルフアライニングトルク乗算係数ksの関係マップを、図6の座標に示す。
図6において、車速vの増加に従いセルフアライニングトルク乗算係数ksの値は上昇している。
基準車速Voのとき、セルフアライニングトルク乗算係数ks=1.0である。
A relationship map of the self-aligning torque multiplication coefficient ks with respect to the vehicle speed v stored in the self-aligning torque multiplication coefficient storage means 43a is shown in the coordinates of FIG.
In FIG. 6, the value of the self-aligning torque multiplication coefficient ks increases as the vehicle speed v increases.
At the reference vehicle speed Vo, the self-aligning torque multiplication coefficient ks = 1.0.
セルフアライニングトルク演算手段41は、セルフアライニングベーストルク抽出手段42が舵角θに基づいて抽出したセルフアライニングベーストルクTsbに、セルフアライニングトルク乗算係数抽出手段43が車速vに基づいて抽出したセルフアライニングトルク乗算係数ksを、乗算手段44により乗算して、セルフアライニングトルクTsを算出する。
なお、このセルフアライニングトルクTsは、実際のセルフアライニングトルクの反力としてのセルフアライニングトルクである。
The self-aligning torque calculating means 41 extracts the self-aligning base torque Tsb extracted by the self-aligning base torque extracting means 42 based on the steering angle θ, and the self-aligning torque multiplication coefficient extracting means 43 extracts based on the vehicle speed v. The self-aligning torque multiplication coefficient ks is multiplied by the multiplication means 44 to calculate the self-aligning torque Ts.
The self-aligning torque Ts is a self-aligning torque as a reaction force of the actual self-aligning torque.
セルフアライニングベーストルクTsbにセルフアライニングトルク乗算係数ksを乗算することにより、セルフアライニングトルクTsは、車速vが基準車速Voより小さくなる程セルフアライニングベーストルクTsbが減少し、基準車速Voより大きくなる程増幅する。 By multiplying the self-aligning base torque Tsb by the self-aligning torque multiplication coefficient ks, the self-aligning torque Ts decreases as the vehicle speed v becomes lower than the reference vehicle speed Vo, and the reference vehicle speed Vo. The larger it is, the more it will be amplified.
一方、フリクショントルク演算手段45は、フリクションベーストルク抽出手段46とフリクショントルク乗算係数抽出手段47とを備える。
フリクションベーストルク抽出手段46は、停車時における角速度に対するフリクションベーストルクの関係を記憶するフリクションベーストルク(FBT)記憶手段46aから角速度ωに基づいてフリクションベーストルクTfbを抽出する。
On the other hand, the friction torque calculation means 45 includes a friction base torque extraction means 46 and a friction torque multiplication coefficient extraction means 47.
The friction base torque extraction means 46 extracts the friction base torque Tfb based on the angular speed ω from the friction base torque (FBT) storage means 46a that stores the relationship of the friction base torque to the angular speed when the vehicle is stopped.
フリクションベーストルク記憶手段46aが記憶する停車時(車速v=0)における角速度ωに対するフリクションベーストルクTfbの関係マップを、図7の座標に示す。
図7において、横軸の角速度ωは、正の値が右方向の角速度(ω>0)、負の値が左方向の角速度(ω<0)を示す。
A relationship map of the friction base torque Tfb with respect to the angular speed ω at the time of stopping (vehicle speed v = 0) stored in the friction base torque storage means 46a is shown in the coordinates of FIG.
In FIG. 7, as for the angular velocity ω on the horizontal axis, a positive value indicates an angular velocity in the right direction (ω> 0), and a negative value indicates an angular velocity in the left direction (ω <0).
縦軸のフリクションベーストルクTfbは、正の値が右方向トルク(Tfb>0)、負の値が左方向トルク(Tfb<0)であって、実際のタイヤ等の摩擦相当の反力として示している。
したがって、例えば右方向の角速度ω(>0)が大きくなれば、実際とは反対方向の右方向のフリクションベーストルクTfb(>0)が大きくなり、前記セルフアライニングベーストルクTsbに比べ低いトルクで略一定になる。
The friction base torque Tfb on the vertical axis indicates a right direction torque (Tfb> 0) as a positive value and a left direction torque (Tfb <0) as a negative value. ing.
Therefore, for example, when the angular velocity ω (> 0) in the right direction increases, the friction base torque Tfb (> 0) in the right direction opposite to the actual direction increases, and the torque is lower than the self-aligning base torque Tsb. It becomes almost constant.
フリクショントルク演算手段45が備えるもう一つのフリクショントルク乗算係数抽出手段47は、車速に対するフリクショントルク乗算係数を記憶するフリクショントルク(FT)乗算係数記憶手段47aをから車速vに基づいてフリクショントルク乗算係数kfを抽出する。 Another friction torque multiplication coefficient extraction means 47 provided in the friction torque calculation means 45 is a friction torque multiplication coefficient kf based on the vehicle speed v from the friction torque (FT) multiplication coefficient storage means 47a for storing the friction torque multiplication coefficient for the vehicle speed. To extract.
フリクショントルク乗算係数記憶手段47aが記憶する車速vに対するフリクショントルク乗算係数kfの関係マップを、図8の座標に示す。
図8において、車速v=0(停車時)のとき、フリクショントルク乗算係数kfの値は、1.0を示し、車速vが停車時から高くなるに従いフリクショントルク乗算係数kfの値は減少し、約20km/hを過ぎる辺りから略一定の値(約0.5)となっている。
A relationship map of the friction torque multiplication coefficient kf with respect to the vehicle speed v stored in the friction torque multiplication coefficient storage means 47a is shown in the coordinates of FIG.
In FIG. 8, when the vehicle speed v = 0 (when the vehicle is stopped), the value of the friction torque multiplication coefficient kf is 1.0, and the value of the friction torque multiplication coefficient kf decreases as the vehicle speed v increases from when the vehicle stops. The value is almost constant (about 0.5) from around / h.
フリクショントルク演算手段45は、フリクションベーストルク抽出手段46が角速度ωに基づいて抽出したフリクションベーストルクTfbに、フリクショントルク乗算係数抽出手段47が車速vに基づいて抽出したフリクショントルク乗算係数kfを、乗算手段48により乗算して、フリクショントルクTfを算出する。
なお、このフリクショントルクTfは、実際のフリクショントルクの反力としてのフリクショントルクである。
The friction torque calculation means 45 multiplies the friction base torque Tfb extracted by the friction base torque extraction means 46 based on the angular velocity ω by the friction torque multiplication coefficient kf extracted by the friction torque multiplication coefficient extraction means 47 based on the vehicle speed v. Multiply by means 48 to calculate the friction torque Tf.
The friction torque Tf is a friction torque as a reaction force of the actual friction torque.
フリクションベーストルクTfbにフリクショントルク乗算係数kfを乗算することにより、フリクショントルクTfは、車速vが約20km/hまではフリクションベーストルクTfbが徐々に減少し、約20km/hを過ぎると略半減する状態が継続する。 By multiplying the friction base torque Tfb by the friction torque multiplication coefficient kf, the friction torque Tf gradually decreases until the vehicle speed v is about 20 km / h, and is substantially halved after about 20 km / h. The state continues.
セルフアライニングトルク演算手段41により算出されたセルフアライニングトルクTsと、フリクショントルク演算手段45により算出されたフリクショントルクTfとは、加算手段49により加算されて目標操舵トルクTmが算出される。 The self-aligning torque Ts calculated by the self-aligning torque calculating means 41 and the friction torque Tf calculated by the friction torque calculating means 45 are added by the adding means 49 to calculate the target steering torque Tm.
セルフアライニングトルクTsは、特に低車速で小さくなるが、フリクショントルクTfは低車速でこれを補うように比較的大きい値を示すので、セルフアライニングトルクTsにフリクショントルクTfが加算されることで、低車速で大きく現出する路面に対するタイヤの摩擦などの影響を補うことができる。 The self-aligning torque Ts decreases particularly at low vehicle speeds, but the friction torque Tf exhibits a relatively large value so as to compensate for this at low vehicle speeds. Therefore, the friction torque Tf is added to the self-aligning torque Ts. The effect of tire friction on the road surface that appears greatly at low vehicle speeds can be compensated.
以上の目標操舵トルクTmが算出されるまでの処理手順を、図9にフローチャートで示す。
まず、舵角検出手段55が検出した操舵角θを読込み(ステップ1)、角速度演算手段56により角速度ωを算出し(ステップ2)、車速センサ25により検出した車速vを読込む(ステップ3)。
FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure until the above target steering torque Tm is calculated.
First, the steering angle θ detected by the steering angle detection means 55 is read (step 1), the angular speed ω is calculated by the angular speed calculation means 56 (step 2), and the vehicle speed v detected by the
次いで、セルフアライニングベーストルク抽出手段42により舵角θに基づきセルフアライニングベーストルクTsbを抽出し(ステップ4)、セルフアライニングトルク乗算係数抽出手段43により車速vに基づきセルフアライニングトルク乗算係数ksを抽出し(ステップ5)、セルフアライニングベーストルクTsbにセルフアライニングトルク乗算係数ksを乗算してセルフアライニングトルクTsを算出する(ステップ6)。 Next, the self-aligning base torque extraction means 42 extracts the self-aligning base torque Tsb based on the steering angle θ (step 4), and the self-aligning torque multiplication coefficient extraction means 43 extracts the self-aligning torque multiplication coefficient based on the vehicle speed v. ks is extracted (step 5), and the self-aligning base torque Tsb is multiplied by the self-aligning torque multiplication coefficient ks to calculate the self-aligning torque Ts (step 6).
次に、フリクションベーストルク抽出手段46により角速度ωに基づいてフリクションベーストルクTfbを抽出し(ステップ7)、フリクショントルク乗算係数抽出手段47により車速vに基づきフリクショントルク乗算係数kfを抽出し(ステップ8)、フリクションベーストルクTfbにフリクショントルク乗算係数kfを乗算してフリクショントルクTfを算出する(ステップ9)。 Next, the friction base torque extraction means 46 extracts the friction base torque Tfb based on the angular velocity ω (step 7), and the friction torque multiplication coefficient extraction means 47 extracts the friction torque multiplication coefficient kf based on the vehicle speed v (step 8). ), The friction torque Tf is calculated by multiplying the friction base torque Tfb by the friction torque multiplication coefficient kf (step 9).
そして、ステップ10において、セルフアライニングトルクTsにフリクショントルクTfを加算して目標操舵トルクTmを算出する。
以上の各ステップの処理が繰り返し実行される。
In
The processes of the above steps are repeatedly executed.
こうして算出された目標操舵トルクTmは、図3を参照して、減算手段50により前記操舵トルクセンサ20が検出した操舵トルクTとの偏差ΔT(=Tm−T)が算出され、フィードバック制御量演算手段51に入力される。
With respect to the target steering torque Tm thus calculated, a deviation ΔT (= Tm−T) from the steering torque T detected by the
フィードバック制御量演算手段51は、PI(比例・積分)制御手段とPWM制御信号発生手段とからなり、PI制御手段が偏差ΔTから偏差ΔTを0にして目標操舵トルクTmを得るためにP(比例)動作とI(積分)動作を組み合わせてフィードバックの最適制御量を算出し、同最適制御量をPWM制御信号発生手段がPWM制御のデューティのフィードバックデューティDfbに変換して出力する。 The feedback control amount calculation means 51 includes PI (proportional / integral) control means and PWM control signal generation means. The PI control means sets P (proportional) in order to obtain the target steering torque Tm by setting the deviation ΔT to 0 from the deviation ΔT. ) The optimum control amount of feedback is calculated by combining the operation and the I (integration) operation, and the optimum control amount is converted into the feedback duty Dfb of the PWM control duty by the PWM control signal generating means and output.
一方で、操舵トルク制御装置30が備える逆起電圧演算手段57が、前記角速度演算手段56により算出されたアシストモータMの回転角速度ωからアシストモータMの逆起電圧VMを算出し、フィードフォワード制御量演算手段52に出力する。
逆起電圧演算手段57は、アシストモータMの回転角速度ωに誘起電圧定数kEを乗算して逆起電圧VM(=ω×kE)を推定する。
On the other hand, the counter electromotive
The counter electromotive voltage calculation means 57 estimates the counter electromotive voltage V M (= ω × k E ) by multiplying the rotational angular velocity ω of the assist motor M by the induced voltage constant k E.
フィードフォワード制御量演算手段52は、この逆起電圧VM相当のPWM制御のデューティをフィードフォワードデューティDffとして求める。
すなわち、バッテリ28の電源電圧VBに対する逆起電圧VMの割合VM/VBを、フィードフォワードデューティDffとする。
Dff=(VM/VB)×100 (%) ……… (1)
Feed forward control amount calculation means 52 calculates the duty of the counter electromotive voltage V M corresponding the PWM control as a feedforward duty Dff.
That is, the ratio V M / V B of the counter electromotive voltage V M with respect to the power supply voltage V B of the
Dff = (V M / V B ) × 100 (%) ......... (1)
いま、アシストモータMがデューティDのPWM制御で駆動されているときは、アシストモータMに電圧VB×Dが印加され、逆起電圧VBが発生しているので、モータ電流I(モータトルクに相当)を求めると、次式が成り立つ。
I=(VB×D−VM)/Rm ……… (2)
ここに、RmはアシストモータMの内部抵抗である。
Now, when the assist motor M is driven by PWM control with the duty D, the voltage V B × D is applied to the assist motor M and the back electromotive voltage V B is generated, so the motor current I (motor torque The following equation holds.
I = (V B × D−V M ) / Rm (2)
Here, Rm is an internal resistance of the assist motor M.
デューティDに対するモータ電流Iの関係を図10に示す。
同図10における実線が、アシストモータMをデューティDで回転させている場合のデューティDに対するモータ電流Iの関係を示している。
前記(2)式が成立している。
The relationship of the motor current I with respect to the duty D is shown in FIG.
The solid line in FIG. 10 shows the relationship of the motor current I to the duty D when the assist motor M is rotated at the duty D.
The formula (2) is established.
図10における2点鎖線は、モータロック状態の場合で、逆起電圧が発生しないので、PWMデューティDにより印加された電圧VB×Dの全てがモータの内部抵抗Rmに応じた電流となり、モータトルクを発生させている。
この場合のデューティDに対するモータ電流Iの関係は、次式で示すものである。
I=(VB/Rm)×D ……… (3)
The two-dot chain line in FIG. 10 is in the motor lock state, and no back electromotive force is generated. Therefore, all of the voltage V B × D applied by the PWM duty D becomes a current corresponding to the internal resistance Rm of the motor. Torque is generated.
In this case, the relationship of the motor current I with respect to the duty D is expressed by the following equation.
I = (V B / Rm) × D (3)
アシストモータMが回転駆動すると、逆起電圧VMが発生し、印加電圧VB×Dの一部が相殺されてモータトルクすなわちモータ電流Iが、図10の実線で示すように低下している。
この逆起電圧VMによるモータトルクの低下分を補うべく、(1)式に示すデューティDffをフィードフォワードデューティとしてアシストモータMを駆動すれば、図10で2点鎖線で示すモータ電流(モータトルク)を回復することができる。
When the assist motor M is driven to rotate, the back electromotive voltage V M is generated, the applied voltage V B × portion is offset motor torque i.e. the motor current I D has decreased as shown by the solid line in FIG. 10 .
To compensate for the decrease amount of the motor torque due to the counter electromotive voltage V M, (1) by driving the assist motor M duty Dff as a feedforward duty in the expression, motor current (motor torque shown by the two-dot chain line in FIG. 10 ) Can be recovered.
したがって、フィードフォワード制御量演算手段52は、逆起電圧演算手段57が算出した逆起電圧VMと電源電圧センサ29が検出した電源電圧VBから前記(1)式に従って演算し、フィードフォワードデューティDffを算出する。
Thus, feed forward control amount calculation means 52 calculates the supply voltage VB which counter electromotive voltage V M and the power
こうしてフィードフォワード制御量演算手段52により算出されたフィードフォワードデューティDffは、前記フィードバック制御量演算手段51により算出されたフィードバックデューティDfbに、加算手段(モータ制御量演算手段)53により加算され、最終的にアシストモータMを制御するPMWのデューティDMが求められる。 The feedforward duty Dff calculated by the feedforward control amount calculation means 52 in this way is added to the feedback duty Dfb calculated by the feedback control amount calculation means 51 by the addition means (motor control amount calculation means) 53, and finally. duty D M of PMW controlling the assist motor M is determined for.
以上のモータ制御量の演算処理の手順を、図11にフローチャートで示す。
まず、操舵トルクセンサ20により検出された操舵トルクTを読込み(ステップ21)、目標操舵トルク演算処理手段40により算出された目標操舵トルクTmを読込み(ステップ22)、電源電圧センサ29が検出した電源電圧VBを読込み、角速度演算手段56により算出されたアシストモータMの回転角速度ωを読込む(ステップ24)。
FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of the motor control amount calculation process.
First, the steering torque T detected by the
そして、ステップ25で目標操舵トルクTmと操舵トルクTとの偏差ΔT(=Tm−T)に基づきフィードバック制御量演算手段51によりフィードバック制御量Dfb(フィードバックデューティDfb)が算出される。
In
次いで、ステップ26で逆起電圧演算手段57により逆起電圧VM(=ω×kE)を算出し、次のステップ27でフィードフォワード制御量演算手段52により逆起電圧VMと電源電圧VBから前記(1)式に従ってフィードフォワードデューティDffが算出される。
そして、ステップ28でフィードバックデューティDfbにフィードフォワードデューティDffが加算されてモータ制御量DM(PMW制御信号のデューティDM)が求められる。
Then, calculates the counter electromotive voltage V M (= ω × k E ) by the counter electromotive
In
このPMW制御信号のデューティDMは、モータ駆動回路26に出力され、モータ駆動回路26は、PWM制御信号のデューティに従った電圧VB×DMがアシストモータMに印加されてアシストモータMを駆動して操舵力を補助する。
Duty D M of the PMW control signal is output to the
以上のように、本操舵トルク制御装置30は、目標操舵トルクTmと操舵トルクTとの偏差ΔTに基づいて算出されたフィードバック制御量Dfbに、逆起電圧VMと電源電圧VBから算出されたフィードフォワード制御量Dffを加算してモータ制御量DMとしているので、フィードバック制御のゲインを上げることなく、フィードフォワード制御が補って据え切りや低速走行時のようにアシスト量が多く必要な状態における応答性を向上させ、また逆起電圧の影響により低下するフィードバック制御の応答性を回復することができる。
さらに、フィードフォワード制御で補う分だけフィードバック制御のゲインを低く設定できるため、音や振動の発生を抑制することができる。
As described above, the
Furthermore, since the gain of the feedback control can be set as low as the amount compensated by the feedforward control, the generation of sound and vibration can be suppressed.
さらに、本操舵トルク制御装置30は、目標操舵トルク演算処理手段40がセルフアライニングトルク演算手段41により算出されたセルフアライニングトルクTsにフリクショントルク演算手段45により算出されたフリクショントルクTfを加算して目標操舵トルクTmを求めているので、特に低車速で小さくなるセルフアライニングトルクTsをフリクショントルクTfが補い、低車速で大きく現出する路面に対するタイヤの摩擦などの影響をカバーして常に安定した操舵フィーリングを実現することができる。
Further, in the present steering
M…アシストモータ、1…電動パワーステアリング装置、2…ラックハウジング、3…ラック軸、4…ステアリングギヤボックス、5…入力軸、6…トーションバー、7…操舵ピニオン軸、8…ラックガイドスプリング、9…ラックガイド、10…ウオーム減速機構、11…ウオームホイール、12…ウオーム、20…操舵トルクセンサ、21…コア、22,23…コイル、25…車速センサ、26…モータ駆動回路、27…回転角センサ、28…バッテリ、29…電源電圧センサ、
30…操舵トルク制御装置、
40…目標操舵トルク演算処理手段、41…セルフアライニングトルク演算手段、42…セルフアライニングベーストルク抽出手段、42a…セルフアライニングベーストルク記憶手段、43…セルフアライニングトルク乗算係数抽出手段、43a…セルフアライニングトルク乗算係数記憶手段、44…乗算手段、45…フリクショントルク演算手段、46…フリクションベーストルク抽出手段、46a…フリクションベーストルク記憶手段、47…フリクショントルク乗算係数抽出手段、47a…フリクショントルク乗算係数記憶手段、48…乗算手段、49…加算手段、
50…減算手段、51…フィードバック制御量演算手段、52…フィードフォワード制御量演算手段、52a…フィードフォワード制御量記憶手段、53…加算手段、55…舵角検出手段、56…角速度演算手段、57…逆起電圧演算手段。
M: Assist motor, 1 ... Electric power steering device, 2 ... Rack housing, 3 ... Rack shaft, 4 ... Steering gear box, 5 ... Input shaft, 6 ... Torsion bar, 7 ... Steering pinion shaft, 8 ... Rack guide spring, DESCRIPTION OF
30 ... Steering torque control device,
40 ... Target steering torque calculation processing means, 41 ... Self-aligning torque calculation means, 42 ... Self-aligning base torque extraction means, 42a ... Self-aligning base torque storage means, 43 ... Self-aligning torque multiplication coefficient extraction means, 43a ... Self-aligning torque multiplication coefficient storage means 44 ... Multiplication means 45 ... Friction torque calculation means 46 ... Friction base torque extraction means 46a ... Friction base torque storage means 47 ... Friction torque multiplication coefficient extraction means 47a ... Friction Torque multiplication coefficient storage means, 48 ... multiplication means, 49 ... addition means,
50 ... subtraction means, 51 ... feedback control amount calculation means, 52 ... feed forward control amount calculation means, 52a ... feed forward control amount storage means, 53 ... addition means, 55 ... steer angle detection means, 56 ... angular velocity calculation means, 57 ... back electromotive force calculation means.
Claims (3)
車速を検出する車速センサと、
舵角を検出する舵角検出手段と、
前記アシストモータの電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記アシストモータの回転角速度を検出する角速度検出手段と、
前記舵角検出手段により検出された舵角と前記車速センサにより検出された車速に基づいて目標操舵トルクを導出する目標操舵トルク演算処理手段と、
前記目標操舵トルク演算手段により算出された目標操舵トルクと前記トルクセンサにより検出された操舵トルクとの差に基づいてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量演算手段と、
前記角速度検出手段が検出したアシストモータの回転角速度からアシストモータの逆起電圧を算出する逆起電圧演算手段と、
前記逆起電圧演算手段が算出した逆起電圧と前記電源電圧検出手段が検出した電源電圧からフィードフォワード制御量を算出するフィードフォワード制御量演算手段と、
前記フィードバック制御量演算手段が算出したフィードバック制御量に前記フィードフォワード制御量演算手段が算出したフィードフォワード制御量を加算してモータ制御量を算出するモータ制御量演算手段と、
前記モータ制御量演算手段により算出されたモータ制御量に基づいて前記アシストモータを駆動するモータ駆動手段とを備えた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 in which the driving force of the assist motor assists the steering force, a torque sensor that detects steering torque;
A vehicle speed sensor for detecting the vehicle speed;
Rudder angle detecting means for detecting the rudder angle;
Power supply voltage detecting means for detecting the power supply voltage of the assist motor;
Angular velocity detection means for detecting the rotational angular velocity of the assist motor;
Target steering torque calculation processing means for deriving a target steering torque based on the steering angle detected by the steering angle detection means and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor;
Feedback control amount calculation means for calculating a feedback control amount based on a difference between the target steering torque calculated by the target steering torque calculation means and the steering torque detected by the torque sensor;
Back electromotive force calculation means for calculating a back electromotive voltage of the assist motor from the rotational angular speed of the assist motor detected by the angular speed detection means;
A feedforward control amount calculation means for calculating a feedforward control amount from the back electromotive voltage calculated by the back electromotive voltage calculation means and the power supply voltage detected by the power supply voltage detection means;
Motor control amount calculating means for calculating a motor control amount by adding the feedforward control amount calculated by the feedforward control amount calculating means to the feedback control amount calculated by the feedback control amount calculating means;
An electric power steering apparatus comprising: motor driving means for driving the assist motor based on the motor control amount calculated by the motor control amount calculating means.
前記電源電圧検出手段により検出された電源電圧に対する前記逆起電圧演算手段により算出された逆起電圧の割合をフィードフォワード制御量とすることを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリング装置。 The feedforward control amount calculation means is
2. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein a ratio of the counter electromotive voltage calculated by the counter electromotive voltage calculation means to the power supply voltage detected by the power supply voltage detection means is a feedforward control amount.
舵角またはモータ回転角の角速度を検出する角速度検出手段と、
前記舵角検出手段により検出された舵角と前記車速センサにより検出された車速に基づいてセルフアライニングトルクを算出するセルフアライニングトルク演算手段と、
前記角速度検出手段により検出された角速度と前記車速センサにより検出された車速に基づいてステアリングのフリクショントルクを算出するフリクショントルク演算手段とを備え、
前記セルフアライニングトルク演算手段により算出されたセルフアライニングトルクに前記フリクショントルク演算手段により算出されたフリクショントルクを加算して目標操舵トルクを算出することを特徴とする請求項1または請求項2記載の電動パワーステアリング装置。
The target steering torque calculation processing means includes:
Angular velocity detection means for detecting the angular velocity of the rudder angle or motor rotation angle;
Self-aligning torque calculation means for calculating self-aligning torque based on the steering angle detected by the steering angle detection means and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor;
Friction torque calculation means for calculating the friction torque of the steering based on the angular speed detected by the angular speed detection means and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor;
3. The target steering torque is calculated by adding the friction torque calculated by the friction torque calculation means to the self-aligning torque calculated by the self-aligning torque calculation means. Electric power steering device.
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