JP2008049914A - Control apparatus of electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、ステアリング機構に操舵補助力を与える電動モータと、前記電流指令値に基づいて電動モータを制御するモータ制御部と、を備えた電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。 The present invention includes a current command value calculation unit that calculates a current command value based on at least a steering torque, an electric motor that applies a steering assist force to a steering mechanism, and a motor control unit that controls the electric motor based on the current command value And a control device for an electric power steering device.
従来、ステアリング装置として、ドライバがステアリングホイールを操舵す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普及している。
一般に、ステアリング機構では、ステアリングホイールを中立位置から左及び右の何れかの操舵方向に操舵を続けると、ステアリングホイールの操作量がその最大値に相当する最大舵角に達すると、ステアリング機構がメカニカルストッパに当接してそれ以上の操舵ができない操舵限界位置となる。このような操舵限界位置となって、メカニカルストッパに当接する状態となることをいわゆる端当てと称している。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a steering device, an electric power steering device that applies a steering assist force to a steering mechanism by driving an electric motor in accordance with a steering torque by which a driver steers a steering wheel has been widely used.
In general, in a steering mechanism, when the steering wheel is continuously steered in the left or right steering direction from the neutral position, when the steering wheel operation amount reaches a maximum steering angle corresponding to the maximum value, the steering mechanism is mechanically operated. It becomes a steering limit position where it cannot abut further by contacting the stopper. It is called a so-called end pad that the steering limit position is brought into contact with the mechanical stopper.
そして、ステアリングホイールが素早く操作される場合、すなわち操舵速度が大きい場合には、電動パワーステアリング装置で発生する操舵補助力も大きくなり、端当ての際に生じる衝撃力が大きなものとなり、その結果、ステアリング機構の耐久性が低下したり、操舵操作においてドライバが不快感を覚えたりすることがある。
このため、従来、端当て時の衝撃を緩和するように構成された電動パワーステアリング装置として、舵角が最大舵角近傍の所定舵角を越えると電動機の操舵補助トルクを低減補正するアンローダ補正部を有し、このアンローダ補正部は、操舵速度が速いほど前記補助操舵トルクの低減補正量を増大修正することを特徴とする電動パワーステアリング装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
When the steering wheel is operated quickly, that is, when the steering speed is high, the steering assist force generated by the electric power steering device is also increased, and the impact force generated at the time of end contact is increased. The durability of the mechanism may decrease, and the driver may feel uncomfortable during the steering operation.
For this reason, conventionally, as an electric power steering device configured to relieve impact at the time of end-contact, an unloader correction unit that reduces and corrects the steering assist torque of the motor when the rudder angle exceeds a predetermined rudder angle near the maximum rudder angle There is known an electric power steering device in which the unloader correction unit increases and corrects the reduction correction amount of the auxiliary steering torque as the steering speed increases (see, for example, Patent Document 1).
また、操舵輪が所定の最大舵角に接近して減衰開始舵角を超えたことが検出された場合に、電動モータの駆動力を減衰させる減衰手段と、操舵輪の負荷及び操舵輪の操舵速度に応じて前記減衰開始舵角を設定する減衰開始舵角設定手段と、を備えた電動式パワーステアリング装置も知られている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上記従来の電動パワーステアリング装置においては、ステアリングホイールの絶対舵角情報を使用するため、高精度の舵角センサ又は絶対舵角推定機能が必要となる。この舵角として、例えば、横滑り防止装置用の低精度の舵角センサ等、他の制御装置で用いられている比較的低精度の舵角センサを流用することはできず、高価な舵角センサや絶対舵角推定機能を必要とすることから、製造コストが嵩むという問題がある。 However, since the conventional electric power steering apparatus uses the absolute steering angle information of the steering wheel, a highly accurate steering angle sensor or an absolute steering angle estimation function is required. As this rudder angle, for example, a relatively low-precision rudder angle sensor used in other control devices such as a low-precision rudder angle sensor for a skid prevention device cannot be used, and an expensive rudder angle sensor. And the absolute rudder angle estimation function is required, which increases the manufacturing cost.
また、端当てによる衝撃を緩和する方法として、最大舵角近傍の所定角度手前から電流指令値を減少させる方法や、操舵速度に応じて電流指令値を減少させるようにした方法が提案されているが、ステアリング機構に働く力は、ドライバの操舵トルク、電動パワーステアリング装置による操舵補助トルクの他に、タイヤからの外力があり、これら力が作用した結果として舵角が動くことになる。このため、例えば、路面摩擦係数が低く、タイヤからの外力が小さくなっている場合等には、絶対舵角や操舵速度に応じて電動パワーステアリング装置の操舵補助トルクを調整するだけでは、電動モータを十分に減速させることができず、端当てに伴う衝撃を十分緩和することができない可能性がある。 Further, as a method of reducing the impact caused by the end contact, a method of decreasing the current command value from a predetermined angle near the maximum steering angle and a method of decreasing the current command value according to the steering speed have been proposed. However, the force acting on the steering mechanism includes an external force from the tire in addition to the steering torque of the driver and the steering assist torque by the electric power steering device, and the steering angle moves as a result of the action of these forces. For this reason, for example, when the road surface friction coefficient is low and the external force from the tire is small, the electric motor only needs to be adjusted by adjusting the steering assist torque of the electric power steering device according to the absolute steering angle and the steering speed. Cannot be sufficiently decelerated, and there is a possibility that the impact associated with the end pad cannot be sufficiently mitigated.
そこで、この発明は上記従来の未解決の問題点に着目してなされたものであり、絶対舵角を直接検出するための絶対舵角センサを搭載していない場合であっても、操舵限界位置となった場合に、中間シャフト等のトルク伝達部材に伝達される衝撃力の緩和を的確に行うことの可能な電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned conventional unsolved problems, and even when the absolute steering angle sensor for directly detecting the absolute steering angle is not mounted, the steering limit position In this case, an object of the present invention is to provide a control device for an electric power steering device capable of appropriately mitigating impact force transmitted to a torque transmission member such as an intermediate shaft.
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に係る電動パワーステアリン装置の制御装置は、ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、前記ステアリング機構のステアリングシャフトに与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御手段と、前記ステアリング機構の相対舵角を検出する相対舵角検出手段と、当該相対舵角検出手段で検出した相対舵角を用いて前記ステアリング機構の絶対舵角を推定する絶対舵角推定手段と、当該絶対舵角推定手段で推定した絶対舵角が操舵限界舵角手前の限界判定しきい値を上回るとき、前記ステアリング機構の前記ステアリングシャフト及び転舵輪間のトルク伝達部材に伝達されるトルクを抑制する緩衝制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置の制御装置であって、前記絶対舵角推定手段は、前記ステアリング機構が、前記相対舵角検出手段で検出される相対舵角と前記ステアリング機構の絶対舵角とを対応付けることの可能な基準状態にあるかどうかを判断するステアリング状態判定手段と、当該ステアリング状態判定手段で前記ステアリング機構が前記基準状態にあると判断されたとき、前記相対舵角検出手段で検出される相対舵角と前記ステアリング機構の前記基準状態における既知の基準絶対舵角とを対応付け、以後、対応付けられた前記基準絶対舵角及びこれに対応する相対舵角とを用いて前記相対舵角検出手段で検出される相対舵角を絶対舵角に変換する変換手段と、を備え、前記緩衝制御手段は、前記絶対舵角推定手段で前記絶対舵角の推定が可能な状態となった後、当該絶対舵角を用いて緩衝制御を行うことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a control device for an electric power steer device according to
また、請求項2に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、前記ステアリング機構の基準状態は、前記ステアリング機構がそれ以上の操舵を行うことのできない操舵限界状態、又は、中立状態であることを特徴としている。
また、請求項3に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、前記ステアリング状態判定手段は、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクの変化率がそのしきい値を上回るとき又は前記電流指令値演算手段で演算された電流指令値の変化率がそのしきい値を上回るときに、前記操舵限界状態にあると判定することを特徴としている。
In the control device for an electric power steering apparatus according to claim 2, the reference state of the steering mechanism is a steering limit state in which the steering mechanism cannot perform further steering or a neutral state. It is said.
According to a third aspect of the present invention, there is provided the control device for the electric power steering apparatus, wherein the steering state determination means is configured to calculate the current command value when the steering torque change rate detected by the steering torque detection means exceeds a threshold value. When the rate of change of the current command value calculated by the means exceeds the threshold value, the steering limit state is determined.
また、請求項4に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、前記ステアリング機構に作用する外力を推定する外力推定手段を備え、前記ステアリング状態判定手段は、前記外力推定手段で推定された外力推定値がそのしきい値以上であるときに、前記操舵限界状態にあると判定することを特徴としている。
また、請求項5に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、前記ステアリング機構に作用する外力を推定する外力推定手段を備え、前記ステアリング状態判定手段は、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクの変化率がそのしきい値を上回るとき又は前記電流指令値演算手段で演算された電流指令値の変化率がそのしきい値を上回る状態であり、且つ前記外力推定手段で推定された外力推定値がそのしきい値以上であるときに、前記操舵限界状態にあると判定することを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a control device for an electric power steering apparatus comprising an external force estimating means for estimating an external force acting on the steering mechanism, wherein the steering state determining means is an external force estimated value estimated by the external force estimating means. When the value is equal to or greater than the threshold value, the steering limit state is determined.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a control device for an electric power steering apparatus comprising an external force estimating means for estimating an external force acting on the steering mechanism, wherein the steering state determining means is a steering torque detected by the steering torque detecting means. When the rate of change exceeds the threshold value, or the rate of change of the current command value calculated by the current command value calculating unit exceeds the threshold value, and the estimated external force value estimated by the external force estimating unit When the value is equal to or greater than the threshold value, the steering limit state is determined.
また、請求項6に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、前記電動モータの角速度を検出する角速度検出手段を備え、前記ステアリング状態判定手段は、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクの絶対値及びその変化率がそれぞれのしきい値を共に上回り、且つ前記角速度検出手段で検出される角速度の絶対値がそのしきい値以下であるときに、前記操舵限界状態にあると判定することを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a control device for an electric power steering apparatus comprising angular velocity detection means for detecting an angular velocity of the electric motor, wherein the steering state determination means is an absolute value of steering torque detected by the steering torque detection means. And the rate of change thereof exceeds both threshold values, and the absolute value of the angular velocity detected by the angular velocity detecting means is equal to or less than the threshold value, it is determined that the steering limit state is established. It is said.
また、請求項7に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、車速を検出する車速検出手段を備え、前記ステアリング状態判定手段は、前記操舵トルクの絶対値がそのしきい値以下且つ前記車速検出手段で検出される車速がそのしきい値以上であり、さらにこの状態が規定時間以上継続したときに、前記中立状態にあると判定することを特徴としている。
また、請求項8に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、前記緩衝制御手段は、前記絶対舵角が前記限界判定しきい値を上回るとき、前記電流指令値演算手段で演算された前記電流指令値を抑制し且つ前記絶対舵角の絶対値が大きいときほど抑制幅が大きくなるように抑制する電流抑制手段を備えることを特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a control device for an electric power steering apparatus comprising vehicle speed detection means for detecting a vehicle speed, wherein the steering state determination means has an absolute value of the steering torque equal to or less than a threshold value and the vehicle speed detection means. When the vehicle speed detected in step (b) is equal to or higher than the threshold value and this state continues for a predetermined time or more, it is determined that the vehicle is in the neutral state.
Further, the control device for the electric power steering apparatus according to claim 8, wherein the buffer control means is configured such that the current command value calculated by the current command value calculation means when the absolute steering angle exceeds the limit determination threshold value. Current suppression means is provided that suppresses the value so that the suppression width increases as the absolute value of the absolute steering angle increases.
また、請求項9に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、前記緩衝制御手段は、前記絶対舵角から、当該絶対舵角における前記電動モータの角速度目標値を設定するモータ角速度設定手段と、前記電動モータの角速度を検出する角速度検出手段と、前記絶対舵角の絶対値がそのしきい値を上回るとき、前記モータ角速度設定手段で設定した角速度目標値と前記角速度検出手段で検出したモータ角速度との偏差相当分を低減するように前記電流指令値をフィードバック制御する角速度フィードバック制御手段と、を備えることを特徴としている。 Further, in the control device for an electric power steering apparatus according to claim 9, the buffer control means sets a motor angular speed setting means for setting an angular speed target value of the electric motor at the absolute steering angle from the absolute steering angle, An angular velocity detecting means for detecting an angular velocity of the electric motor, and when the absolute value of the absolute steering angle exceeds a threshold value, an angular velocity target value set by the motor angular velocity setting means and a motor angular velocity detected by the angular velocity detecting means; Angular velocity feedback control means for feedback-controlling the current command value so as to reduce the amount corresponding to the deviation.
また、請求項10に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、前記モータ角速度設定手段は、前記絶対舵角の絶対値が大きいときほど前記角速度目標値が小さくなるように当該角速度目標値を設定することを特徴としている。
また、請求項11に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、前記モータ角速度設定手段は、前記角速度検出手段で検出されるモータ角速度が大きいときほど前記角速度目標値が小さくなるように当該角速度目標値を設定することを特徴としている。
Further, in the control device for the electric power steering apparatus according to
In the control device for an electric power steering apparatus according to
また、請求項12に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、前記角速度フィードバック制御手段は、前記角速度目標値に応じた角速度の向きと前記モータ角速度に応じた角速度の向きとが同一であり、且つ前記角速度目標値よりも前記モータ角速度の方が大きいときにのみ前記フィードバック制御を行うことを特徴としている。
さらに、請求項13に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、前記相対舵角検出手段は、前記電動モータのモータ回転角センサで検出したモータ回転角を用いて前記相対舵角を検出することを特徴としている。
In the control device for the electric power steering apparatus according to
Furthermore, in the control device for an electric power steering apparatus according to
本発明の請求項1に係る電動モータのパワーステアリング装置の制御装置は、ステアリング機構が基準状態にあるときに、相対舵角検出手段で検出される相対舵角とこの基準状態におけるステアリング機構の既知の絶対舵角とを対応付け、このときの相対舵角及び絶対舵角を用いて、相対舵角から絶対舵角を推定するようにしたから、絶対舵角を直接検出するための絶対舵角検出センサを搭載していなくとも、相対舵角検出手段が搭載されていれば絶対舵角を得ることができる。そして、ステアリング機構が基準状態となりこの時点における相対舵角と基準状態における既知の絶対舵角との対応付けが行われ、以後絶対舵角の推定が可能な状態となった後に、推定した絶対舵角を用いてステアリングシャフト及び転舵輪間のトルク伝達部材に伝達されるトルクを抑制するから、誤った絶対舵角に基づいてトルク抑制が行われることはなく、ステアリングシャフト及びステアリングギヤ間に介挿された中間シャフト等のトルク伝達部材に過大なトルクが伝達される前に電動モータで発生する操舵補助トルクを確実に制限することができ、操舵限界値に達した時にトルク伝達部材に伝達される衝撃力を確実に抑制することができる。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a control device for a power steering device for an electric motor, the relative steering angle detected by the relative steering angle detection means when the steering mechanism is in the reference state, and the known steering mechanism in the reference state. Since the absolute rudder angle is estimated from the relative rudder angle using the relative rudder angle and the absolute rudder angle at this time, the absolute rudder angle for directly detecting the absolute rudder angle Even if the detection sensor is not mounted, the absolute steering angle can be obtained if the relative steering angle detection means is mounted. Then, after the steering mechanism is brought into the reference state, the relative rudder angle at this point is associated with the known absolute rudder angle in the reference state, and thereafter the absolute rudder angle can be estimated. Since the torque transmitted to the torque transmission member between the steering shaft and the steered wheels is suppressed by using the angle, torque suppression is not performed based on an incorrect absolute steering angle, and is inserted between the steering shaft and the steering gear. The steering assist torque generated by the electric motor can be reliably limited before excessive torque is transmitted to the torque transmission member such as the intermediate shaft, and is transmitted to the torque transmission member when the steering limit value is reached. The impact force can be reliably suppressed.
また、請求項2に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、ステアリング機構が、操舵限界状態又は中立状態のときに、この状態における既知の絶対舵角とこの時点における相対舵角とを対応付けるから、これら絶対舵角と相対舵角との対応付を的確に行うことができ、高精度に絶対舵角を推定することができる。
また、請求項3に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、操舵トルクの変化率がそのしきい値を上回るとき又は電流指令値の変化率がそのしきい値を上回るときに、操舵限界状態にあると判定するから、操舵限界状態を容易且つ的確に判定することができる。
Further, when the steering mechanism is in the steering limit state or the neutral state, the control device for the electric power steering device according to claim 2 associates the known absolute rudder angle in this state with the relative rudder angle at this time point. Correspondence between the absolute rudder angle and the relative rudder angle can be accurately performed, and the absolute rudder angle can be estimated with high accuracy.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a control device for an electric power steering apparatus, wherein the steering limit state is entered when the rate of change of the steering torque exceeds the threshold value or when the rate of change of the current command value exceeds the threshold value. Since it is determined that there is, it is possible to easily and accurately determine the steering limit state.
また、請求項4に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、ステアリング機構に作用する外力がしきい値以上であるときに操舵限界状態にあると判定するから、操舵限界状態を容易且つ的確に判定することができる。
また、請求項5に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、操舵トルクの変化率がそのしきい値を上回るか又は電流指令値の変化率がそのしきい値を上回る状態でありさらに、ステアリング機構に作用する外力がしきい値以上であるときに、操舵限界状態にあると判定するから、操舵限界状態の判定の信頼性をより向上させることができる。
In addition, since the control device for the electric power steering apparatus according to
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a control device for an electric power steering apparatus, wherein the rate of change of the steering torque exceeds the threshold value or the rate of change of the current command value exceeds the threshold value. When it is determined that the steering force is in the steering limit state when the external force acting on the motor is greater than or equal to the threshold value, the reliability of the determination of the steering limit state can be further improved.
また、請求項6に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、操舵トルクの絶対値及びその変化率がそれぞれのしきい値を共に上回り、且つ電動モータの角速度の絶対値がそのしきい値以下であるときに、操舵限界状態にあると判定するから、電動モータの回転状態をも考慮して推定することによって、操舵限界状態にあるかどうかの判定の信頼性をより向上させることができる。 In the control device for an electric power steering apparatus according to claim 6, the absolute value of the steering torque and the rate of change thereof exceed both threshold values, and the absolute value of the angular velocity of the electric motor is less than the threshold value. Since it is determined that the vehicle is in the steering limit state at a certain time, the reliability of the determination as to whether the vehicle is in the steering limit state can be further improved by taking into consideration the rotation state of the electric motor.
また、請求項7に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、操舵トルクの絶対値がしきい値以下であり且つ車速がしきい値以上である状態が規定時間以上継続したときに、中立状態にあると判定するから、中立状態の判定を容易且つ的確に行うことができる。
また、請求項8に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、絶対舵角が限界判定しきい値以上であるときに、電流指令値が大きいときほど抑制幅が大きくなるように電流指令値を抑制するから、ステアリングシャフト及び転舵輪間のトルク伝達部材に伝達されるトルクを、容易且つ現在の絶対舵角に応じて的確に抑制することができる。
Further, the control device for the electric power steering apparatus according to claim 7 is in a neutral state when the state where the absolute value of the steering torque is equal to or less than the threshold value and the vehicle speed is equal to or greater than the threshold value continues for a specified time or more. Since it is determined that there is, it is possible to easily and accurately determine the neutral state.
In addition, when the absolute steering angle is equal to or greater than the limit determination threshold, the control device for the electric power steering apparatus according to claim 8 suppresses the current command value so that the suppression width increases as the current command value increases. Therefore, the torque transmitted to the torque transmission member between the steering shaft and the steered wheels can be easily and accurately suppressed according to the current absolute steering angle.
また、請求項9に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、現在の絶対舵角における電動モータの角速度目標値を設定し、実際の角速度が角速度目標値となるように電流指令値をフィードバック制御しているから、路面摩擦係数が変化した場合等タイヤからの外力が変化することにより、電動モータの制御に対するステアリング機構の変化特性が変化した場合であっても、角速度成分をフィードバック制御することで、ステアリング機構の特性の変化による、緩衝制御手段による制御性能の低下を抑制し、走行環境に関わらず操舵限界位置達したときの衝撃力を確実に低減することができる。 The control device for the electric power steering apparatus according to claim 9 sets an angular velocity target value of the electric motor at the current absolute steering angle, and feedback-controls the current command value so that the actual angular velocity becomes the angular velocity target value. Therefore, by changing the external force from the tire, such as when the road surface friction coefficient changes, even if the change characteristic of the steering mechanism relative to the control of the electric motor changes, by feedback control of the angular velocity component, It is possible to suppress a decrease in control performance by the buffer control means due to a change in the characteristics of the steering mechanism, and to reliably reduce the impact force when the steering limit position is reached regardless of the driving environment.
また、請求項10に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、絶対舵角の絶対値が大きいときほど角速度目標値が小さくなるように角速度目標値を設定しているから、絶対舵角が大きく速やかに電動モータを減速させる必要があるときほど角速度目標値が小さくなり電動モータにより大きな減速度が発生することから、より確実に電動モータを減速させることができすなわち操舵限界位置に達したときの衝撃力をより確実に低減することができる。 Further, the control device for the electric power steering apparatus according to claim 10 sets the angular velocity target value so that the angular velocity target value becomes smaller as the absolute value of the absolute steering angle becomes larger. As the electric motor needs to be decelerated more quickly, the angular velocity target value becomes smaller and a large deceleration is generated by the electric motor. Therefore, the electric motor can be decelerated more reliably, that is, when the steering limit position is reached. The force can be reduced more reliably.
また、請求項11に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、モータ角速度が大きいときほど角速度目標値が小さくなるようにこの角速度目標値を設定するから、電動モータが比較的高速で回転しておりこれを減速させるためにはより大きな減速度を発生させる必要があるときほど大きな減速度が発生されることになって、電動モータの回転状態に関わらずより確実に電動モータを減速させることができる。 In addition, since the control device for the electric power steering apparatus according to claim 11 sets the angular velocity target value so that the angular velocity target value becomes smaller as the motor angular velocity is larger, the electric motor is rotating at a relatively high speed. In order to decelerate this, a larger deceleration is generated when it is necessary to generate a larger deceleration, and the electric motor can be decelerated more reliably regardless of the rotation state of the electric motor. .
また、請求項12に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、角速度目標値に応じた角速度の向きとモータ角速度に応じた角速度の向きとが同一であり且つ角速度目標値の絶対値よりもモータ角速度の絶対値の方が大きいとき、つまり、電動モータを減速させる必要があるときにのみモータ角速度のフィードバック制御を行うから、不必要に角速度制御が行われることを回避することができる。
さらに、請求項13に係る電動パワーステアリング装置の制御装置は、電動モータのモータ回転角を検出する回転角センサを、相対舵角検出手段として用いているから、相対舵角検出用のセンサ等を新たに設ける必要がなく、その分、構成品数の削減や、コスト削減を図ることができる。
In the control device for the electric power steering apparatus according to
Furthermore, since the control device for the electric power steering apparatus according to claim 13 uses the rotation angle sensor for detecting the motor rotation angle of the electric motor as the relative steering angle detection means, a sensor for detecting the relative steering angle, etc. There is no need to provide a new one, and accordingly, the number of components and the cost can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を図明に基づいて説明する。
まず、第1の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示す全体構成図である。
図中、SMは、ステアリング機構であって、このステアリング機構SMは、ステアリングホイール1にドライバから作用される操舵力が伝達される入力軸2aとこの入力軸2aに図示しないトーションバーを介して連結された出力軸2bとを有するステアリングシャフト2を備えている。このステアリングシャフト2は、ステアリングコラム3に回転自在に内装され、入力軸2aの一端がステアリングホイール1に連結され、他端は図示しないトーションバーに連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment will be described.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
In the figure, SM is a steering mechanism, and the steering mechanism SM is connected to an
そして、出力軸2bに伝達された操舵力は、2つのヨーク4a,4bとこれらを連結する十字連結部4cとで構成されるユニバーサルジョイント4を介して中間シャフト5に伝達され、さらに、2つのヨーク6a,6bとこれらを連結する十字連結部6cとで構成されるユニバーサルジョイント6を介してピニオンシャフト7に伝達される。このピニオンシャフト7に伝達された操舵力はステアリングギヤ8を介して左右のタイロッド9に伝達され、これらタイロッド9によって図示しない転舵輪を転舵させる。
The steering force transmitted to the
ここで、ステアリングギヤ8は、図2に示すように、ギヤハウジング8a内に、ピニオンシャフト7に連結されたピニオン8bとこのピニオン8bに噛合するラック軸8cとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン8bに伝達された回転運動をラック軸8cで直進運動に変換している。そして、ラック軸8cの両端にボールジョイント9aを介してタイロッド9が連結されていると共に、ギヤハウジング8aのラック軸8cを覆う筒状部8dの内周面にラック軸8cが操舵限界位置即ちラックストロークエンドに達したときに、ラック軸8cに取付けたボールジョイント9aの内側端面に形成した緩衝部材8eが当接するストッパ部材8fが形成されている。
Here, as shown in FIG. 2, the steering gear 8 is configured in a rack and pinion type having a
ステアリングシャフト2の出力軸2bには、操舵補助力を出力軸2bに伝達する操舵補助機構10が連結されている。この操舵補助機構10は、出力軸2bに連結した減速ギヤ11と、この減速ギヤ11に連結された操舵補助力を発生する電動機としての例えばブラシレスモータで構成される電動モータ12とを備えている。
また、減速ギヤ11のステアリングホイール1側に連接されたハウジング13内に操舵トルクセンサ14が配設されている。この操舵トルクセンサ14は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸2a及び出力軸2b間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を非接触の磁気センサで検出するように構成されている。
A
A
そして、操舵トルクセンサ14から出力される操舵トルクTは、図3に示すように、コントローラ15に入力される。
このコントローラ15には、操舵トルクTの他に車速センサ16で検出した車速V、電動モータ12に流れるモータ電流Iu〜Iw及びレゾルバ、エンコーダ等で構成されるモータ回転角センサ17で検出した電動モータ12のモータ回転角θも入力され、コントローラ15では、入力される操舵トルクT及び車速Vに応じた操舵補助力を電動モータ12で発生させるための操舵補助制御処理を実行する。つまり、操舵トルクT及び車速Vに基づき電動モータ12を駆動するための操舵補助トルク指令値IM *を算出し、算出した操舵補助トルク指令値IM *に対し、モータ回転角θに基づいて算出されるモータ角速度ω及びモータ角加速度αに基づいて各種補償処理を行ってからd−q軸指令値に変換した後2相/3相変換して3相電流指令値Iu*〜Iw*を算出し、これら3相電流指令値Iu*〜Iw*とモータ電流Iu〜Iwとに基づいて電動モータ12に供給する駆動電流をフィードバック制御処理して電動モータ12を駆動制御するためのモータ電流Iu、Iv及びIwを出力する。また、ステアリングギヤ8のラック軸8cがラックストロークエンドに達したときの衝撃を緩和するため緩衝制御処理を実行する。すなわち、モータ回転角θに基づきステアリングホイール1の絶対舵角φabsを推定し、この推定した絶対舵角推定値φabsに基づいて、操舵限界位置近傍の舵角範囲で、操舵トルクT及び車速Vに応じた操舵補助トルク指令値IMを制限し、これを操舵補助トルク指令値IM *として出力する。
The steering torque T output from the
In addition to the steering torque T, the controller 15 includes a vehicle speed V detected by a
コントローラ15は、具体的には、図3に示すように、操舵トルクT及び車速Vに基づいて操舵補助トルク指令値IMを演算する操舵補助トルク指令値演算部21と、この操舵補助トルク指令値演算部21で算出した操舵補助トルク指令値IMに対し、舵角が操舵限界位置に達したときの衝撃緩和のための緩衝制御処理として、操舵補助トルク指令値IMに対する制限処理を行い制限処理した後の操舵補助トルク指令値IMを、操舵補助トルク指令値IM *として出力する電流制限部22と、この電流制限部22からの操舵補助トルク指令値IM *を補償する指令値補償部23と、この指令値補償部23で補償された補償後トルク指令値IM *′に基づいてd−q軸電流指令値を算出するd−q軸電流指令値演算部24と、このd−q軸電流指令値演算部24から出力される指令電流に基づいてモータ電流Iu〜Iwを生成するモータ電流制御部25と、前記電流制限部22での電流制限を行うかどうかの判断に用いるステアリングホイール1の絶対回転角である絶対舵角を推定する絶対舵角推定部26とで構成されている。
The controller 15, specifically, as shown in FIG. 3, the steering assist torque command
操舵補助トルク指令値演算部21には、図示しないメモリが付設されており、このメモリには、車速Vをパラメータとし、且つ、操舵トルクTに対応する操舵補助電流指令値IMを格納しており、この格納されたデータに基づいて操舵補助電流指令値IMを算出する。
電流制限部22は、後述するように、絶対舵角推定部26からの絶対舵角φabsをもとに、電流制限を行うかどうかを判断し、必要に応じて入力される操舵補助トルク指令値IMを制限しこれを操舵補助トルク指令値IM *として出力する。
The steering assist torque command
As will be described later, the current limiting
指令値補償部23は、モータ回転角センサ17で検出されるモータ回転角θを微分してモータ角速度ωを算出する角速度演算部31と、この角速度演算部31で算出されたモータ角速度ωを微分してモータ角加速度αを算出する角加速度演算部32と、角速度演算部31で算出されたモータ角速度ωに基づいてヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償部33と、角加速度演算部32で算出されたモータ角加速度αに基づいて電動モータ12の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止する慣性補償部34と、セルフアライニングトルク(SAT)を推定するSAT推定フィードバック部35と、を少なくとも有する。
The command
ここで、収斂性補償部33は、車速センサ16で検出した車速V及び角速度演算部31で算出されたモータ角速度ωが入力され、車両のヨーの収斂性を改善するためにステアリングホイール1が振れ回る動作に対してブレーキをかけるように、モータ角速度ωに車速Vに応じて変更される収斂性制御ゲインKvを乗じて収斂性補償値Icを算出する。
また、SAT推定フィードバック部35は、操舵トルクT、角速度ω、角加速度α及び電流制限部22からの操舵補助トルク指令値IM *が入力され、これらに基づいてセルフアライニングトルクSATを推定演算する。
Here, the
The SAT
このセルフアライニングトルクSATを算出する原理は、路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を図4に示して説明する。すなわち、ドライバがステアリングホイール1を操舵することによって操舵トルクTが発生し、その操舵トルクTに従って電動モータ12がアシストトルクTmを発生する。その結果、車輪Wが転舵され、反力としてセルフアライニングトルクSATが発生する。また、その際、電動モータ12の慣性J及び摩擦(静摩擦)Frによってステアリングホイール1の操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り合いを考えると、下記(1)式のような運動方程式が得られる。
J・α+Fr・sign(ω)+SAT=Tm+T ……(1)
The principle of calculating the self-aligning torque SAT will be described with reference to FIG. 4 showing the state of torque generated between the road surface and the steering. That is, when the driver steers the
J · α + Fr · sign (ω) + SAT = Tm + T (1)
ここで、上記(1)式を初期値ゼロとしてラプラス変換し、セルフアライニングトルクSATについて解くと下記(2)式が得られる。
SAT(s)
=Tm(s)+T(s)−J・ω′(s)+Fr・sign(ω(s))……(2)
上記(2)式から分かるように、電動モータ12の慣性J及び静摩擦Frを定数として予め求めておくことで、モータ角速度ω、回転角加速度α、アシストトルクTm及び操舵トルクTよりセルフアライニングトルクSATを推定することができる。ここで、アシストトルクTmは操舵補助トルク指令値IM *に比例するので、アシストトルクTmに代えて操舵補助トルク指令値IM *を適用する。
Here, when the above equation (1) is Laplace transformed with the initial value zero and the self-aligning torque SAT is solved, the following equation (2) is obtained.
SAT (s)
= Tm (s) + T (s) -J · ω ′ (s) + Fr · sign (ω (s)) (2)
As can be seen from the above equation (2), the inertia J and static friction Fr of the
そして、慣性補償部34で算出された慣性補償値Ii及びSAT推定フィードバック部35で算出されたセルフアライニングトルクSATが加算器36で加算され、この加算器36の加算出力と収斂性補償部33で算出された収斂性補償値Icとが加算器37で加算されて指令補償値Icomが算出され、この指令補償値Icomが電流制限部22から出力される操舵補助トルク指令値IM *に加算器38で加算されて補償後トルク指令値IM *′が算出され、この補償後トルク指令値IM *′がd−q軸電流指令値演算部24に出力される。
Then, the inertia compensation value Ii calculated by the
また、d−q軸電流指令値演算部24は、補償後操舵補助トルク指令値IM *′とモータ角速度ωとに基づいてd軸目標電流Id*を算出するd軸目標電流算出部51と、モータ回転角θ及びモータ角速度ωに基づいてd−q軸誘起電圧モデルEMF(ElectroMotion Force)のd軸EMF成分ed(θ)及びq軸EMF成分eq(θ)を算出する誘起電圧モデル算出部52と、この誘起電圧モデル算出部52から出力されるd軸EMF成分ed(θ)及びq軸EMF成分eq(θ)とd軸目標電流算出部51から出力されるd軸目標電流Id*と補償後操舵補助トルク指令値IM *′とモータ角速度ωとに基づいてq軸目標電流Iq*を算出するq軸目標電流算出部53と、d軸目標電流算出部51から出力されるd軸目標電流Id*とq軸目標電流算出部53から出力されるq軸目標電流Iq*とを3相電流指令値Iu*、Iv*及びIw*に変換する2相/3相変換部54とを備えている。
Further, the dq-axis current command
モータ電流制御部25は、d−q軸電流指令値演算部24から入力される電流指令値Iu*,Iv*,Iw*からモータ電流検出回路60で検出した電動モータ12の各相コイルLu、Lv、Lwに流れるモータ相電流Iu、Iv、Iwを減算して各相電流偏差ΔIu、ΔIv、ΔIwを求める減算器61u、61v及び61wと、求めた各相電流偏差ΔIu、ΔIv、ΔIwに対して比例積分制御を行って電圧指令値Vu、Vv、Vwを算出するPI電流制御部62と、このPI電流制御部62から出力される電圧指令値Vu、Vv、Vwが入力されて、これらをパルス幅変調したパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調回路63と、このパルス幅変調回路63から出力されるパルス幅変調信号が入力されて3相モータ電流Iu、Iv及びIwを電動モータ12に出力するインバータ64とで構成されている。
The motor
絶対舵角推定部26は、図5に示すように、モータ回転角θに基づきステアリングホイール1の相対舵角φを演算する相対舵角演算部101を備えている。この相対舵角演算部101では、モータ回転角θを入力し、このモータ回転角θの変化量Δθを逐次算出し、モータ軸とステアリングホイール1との間の減速ギヤ比や、モータ軸とステアリングホイール1との間のメカ機構のバックラッシュの特性等を考慮して、モータ回転角の変化量Δθを、ステアリングホイール1の舵角の変化量Δφに変換する。そして、この舵角の変化量Δφをその変化方向を考慮して順次積算し、積算開始時点からの累積値を、積算開始時点を基準とした相対舵角φとして算出する。
As shown in FIG. 5, the absolute steering
また、絶対舵角推定部26では、操舵トルクセンサ14からの操舵トルクT及び操舵補助トルク指令値演算部21からの操舵補助トルク指令値IMをラックエンド判定部102に入力し、これらに基づき操舵限界状態にあるかどうか、すなわち、ラック軸8cが操舵限界位置即ちラックストロークエンドに達した状態であるラックエンド状態にあるかどうかを判定する。具体的には、ラックエンド判定部102では、操舵トルクTの微分値の絶対値|T′|及び操舵補助トルク指令値IMの微分値の絶対値|IM′|を算出し、操舵トルクTの微分値の絶対値|T′|が予め設定したラックエンド判定のためのしきい値T′thよりも大きいか又は操舵補助トルク指令値IMの微分値の絶対値|IM′|が予め設定したラックエンド判定のためのしきい値IM′よりも大きいとき、ラックエンド状態にあると判定し、ラックエンド状態にあるときの相対舵角φを保持するためのサンプリングホールド回路103に対し、サンプリングホールド信号を出力する。前記ラックエンド判定のための操舵トルクTの変化率のしきい値T′thは、例えば次のように設定される。すなわち、ラック軸8cが操舵限界位置にあるラックエンド状態であって、これ以上操舵を行うことができないにも関わらず、ドライバがステアリングホイール1をさらに切り増ししようと通常よりも強く操舵を行うと、操舵トルクTの変化率の絶対値が通常よりも大きくなる。したがって、しきい値T′thとして、操舵トルクTの変化率の絶対値から、ラックエンド状態にあるとみなすことの可能な値を設定する。同様に、ラックエンド判定のための操舵補助トルク指令値IMの変化率のしきい値IMthは、ラックエンド状態にあるときには上述のように操舵トルクTの変化率が大きくなるため、この操舵トルクTの増加に応じて大きくなるように設定される操舵補助トルク指令値IMの変化率も通常よりも大きくなる。よって、この操舵補助トルク指令値IMの変化率から、ラックエンド状態にあるとみなすことの可能な値に設定される。
Further, the absolute steering
これによって、サンプリングホールド回路103は、サンプリングホールド信号を入力した時点における相対舵角φをラックエンド相対舵角φrelREとして保持する。このサンプリングホールド回路103が保持するラックエンド相対舵角φrelREは、減算器104に入力され、予め設定されたラックエンド絶対舵角φabsREから減算される。このラックエンド絶対舵角φabsREは、操舵限界状態にあるときの絶対舵角であって、車両によって固有の値であり、例えば540度に設定される。
Accordingly, the
減算器104の出力は加算器105に入力されてここで相対舵角φと加算され、その出力が、相対舵角φを絶対舵角に変換した絶対舵角φabs(RE)として切替回路106に出力される。つまり、サンプリングホールド回路103、減算器104及び105はラックエンド状態を基準とした絶対舵角演算部107を構成しており、モータ回転角θから算出される相対舵角φを、絶対舵角に変換した絶対舵角φabs(RE)は、相対舵角φとラックエンド相対舵角φrelREとラックエンド絶対舵角φabsREとから、次式(3)で算出されることになる。
φabs(RE)=φ+φabsRE−φrelRE ……(3)
The output of the
φabs (RE) = φ + φabsRE−φrelRE (3)
また、絶対舵角推定部26では、図5に示すように、操舵トルクセンサ14からの操舵トルクT及び車速センサ16からの車速Vを舵角中立点判定部111に入力し、これらに基づきステアリングホイール1が中立状態にあるかどうかを判定する。具体的には、舵角中立点判定部111では、操舵トルクTの絶対値|T|が予め設定した中立点判定のためのしきい値Tth以下であり且つ車速Vが予め設定した中立位置判定のためのしきい値Vth以上であり、且つこの状態が規定時間以上継続したとき中立状態にあると判定し、ステアリングホイール1が中立状態にあるときの相対舵角φを保持するためのサンプリングホールド回路112に対して、サンプリングホールド信号を出力する。
Further, as shown in FIG. 5, the absolute rudder
これによって、サンプリングホールド回路112は、サンプリングホールド信号を入力した時点における相対舵角φを中立相対舵角φrelCTとして保持する。このサンプリングホールド回路112が保持する中立相対舵角φrelCTは、減算器113に入力され、予め設定された中立絶対舵角φabsCTから減算される。
この中立絶対舵角φabsCTは、ステアリングホイール1が中立状態にあるときの絶対舵角であって、車両固有の値であり、例えば0度に設定される。
Thereby, the sampling hold circuit 112 holds the relative steering angle φ at the time when the sampling hold signal is input as the neutral relative steering angle φrelCT. The neutral relative steering angle φrelCT held by the sampling hold circuit 112 is input to the
The neutral absolute rudder angle φabsCT is an absolute rudder angle when the
減算器113の出力は加算器114に入力され、ここで相対舵角φと加算され、その出力が、相対舵角φを絶対舵角に変換した絶対舵角φabs(CT)として切替回路115に出力される。つまり、サンプリングホールド回路112、減算器113及び加算器114は、中立状態を基準とする絶対舵角演算部116を構成しており、モータ回転角θから算出した相対舵角φの絶対舵角φabs(CT)は、相対舵角φと中立相対舵角φrelCTと中立絶対舵角φabsCTとから、次式(4)で算出されることになる。
φabs(CT)=φ+φabsCT−φrelCT ……(4)
The output of the
φabs (CT) = φ + φabsCT−φrelCT (4)
切替回路106及び115は、絶対舵角推定値設定判定部117からの制御信号により切り替えられる。なお、この切替回路106又は115への制御信号は、後述の電流制限部22にも入力される。
絶対舵角推定値設定判定部117は、前記切替回路106及び115を通常は開状態に制御し、ラックエンド判定部102及び舵角中立点判定部111の何れかからサンプリングホールド信号を入力したとき、何れか先に入力した側のサンプリングホールド信号の出力元のラックエンド判定部102又は舵角中立点判定部111に対応する切替回路106又は115を閉状態に切り替え、他方は開状態を維持する。
The switching
The absolute rudder angle estimated value setting
つまり、絶対舵角推定値設定判定部117は、中立状態よりも先にラックエンド状態となり、ラックエンド判定部102においてラックエンド相対舵角φrelREが先にホールドされ、ラックエンド絶対舵角φabsREを用いて絶対舵角φabs(RE)を推定可能な状態となったときには、ラックエンド判定側の切替回路106を閉状態に制御し、以後、ラックエンド絶対舵角φabsRE及びこれと対応づけられたラックエンド相対舵角φrelREを基準として、モータ回転角θから算出される相対舵角φを、絶対舵角φabs(RE)に変換する。逆に、ラックエンド状態よりも先に中立状態となり、舵角中立点判定部111において中立相対舵角φrelCTが先にホールドされ、中立絶対舵角φabsCTを用いて絶対舵角φabs(CT)を推定可能な状態となったときには、舵角中立点判定側の切替回路115を閉状態に制御し、以後、中立絶対舵角φabsCT及びこれと対応付けられた中立相対舵角φrelCTを基準として、モータ回転角θから算出される相対舵角φを、絶対舵角φabs(CT)に変換する。
That is, the absolute steering angle estimated value setting
そして、この切替回路106及び115から出力される絶対舵角φabs(RE)又は絶対舵角φabs(CT)が絶対舵角推定値φabsとして出力される。なお、ラックエンド判定部102及び舵角中立点判定部111の何れにおいてもサンプリングホールド信号が出力されない間は、切替回路106及び115は共に開状態となることから、絶対舵角推定値φabsの推定は行われない。
電流制限部22は、このようにして推定された絶対舵角推定値φabsを用いて電流制限を行う。具体的には、図6に示すように、絶対舵角推定部26で推定された絶対舵角推定値φabsは、抑制ゲイン設定部121及び角速度目標値設定部126に入力される。
The absolute steering angle φabs (RE) or the absolute steering angle φabs (CT) output from the switching
The current limiting
抑制ゲイン設定部121は、絶対舵角推定値φabsの大きさに応じて抑制ゲインK11を設定し、絶対舵角推定値φabsの絶対値|φabs|が予め設定したしきい値φ11以下であるときには抑制ゲインK11を“1”に設定し、絶対舵角推定値φabsの絶対値|φabs|がしきい値φ11を上回ると絶対舵角推定値φabsの絶対値|φabs|が大きいときほど抑制ゲインK11が小さくなるように設定し、絶対舵角推定値φabsの絶対値|φabs|が最大舵角φmaxとなったとき抑制ゲインK11は零となるように設定する。なお、前記しきい値φ11は、操舵限界に達したときにラック軸8cがラックストロークエンドに達したときの衝撃を緩和するための電流制限を開始する舵角相当に設定され、最大舵角よりも手前の位置に設定される。
The suppression
抑制ゲイン設定部121で設定された抑制ゲインK11は、切替回路122に入力される。この切替回路122は、抑制ゲイン設定部121で設定される抑制ゲインK11と予め設定された固定ゲイン“1”との何れかを選択可能に構成され、切替回路122で選択された抑制ゲインK11又は固定ゲインは乗算器123に入力され、ここで、操舵補助トルク指令値演算部21で算出された操舵補助トルク指令値IMと乗算されて加算器124に出力される。
The suppression gain K11 set by the suppression
一方、角速度目標値設定部126は、絶対舵角推定値φabsを入力すると共に、前記指令値補償部23の角速度演算部31で演算したモータ角速度ωを入力し、これらに基づいて角速度目標値ωrを設定する。なお、ここでは、絶対舵角推定値φabsが正値であるときには中立よりも右方向への舵角であることを表し、負値であるときには中立よりも左方向への舵角であることを表すものとする。また、角速度目標値ωrは正値であるときには右操舵方向への回転を表し、負値であるときには左操舵方向への回転を表すものとする。
On the other hand, the angular velocity target
角速度目標値ωrは、絶対舵角推定値φabsが正値であるときには、モータ角速度ωが一定とすると、絶対舵角推定値φabsが予め設定したしきい値φ12以下であるときには予め設定した一定値ωr12に設定し、絶対舵角推定値φabsがしきい値φ12を上回ると絶対舵角推定値φabsが大きいときほど角速度目標値ωrが小さくなるように設定し、絶対舵角推定値φabsが最大舵角φmaxとなったとき角速度目標値ωrを零に設定する。つまり、絶対舵角推定値φabsが最大舵角φmaxに近づき、ラック軸8bがラックエンドに近づくほど角速度目標値ωrを小さくし、操舵速度を減速させるトルクを発生させるようにしている。また、モータ角速度ωが大きいときつまり電動モータ12が高速回転しているときほど操舵速度を減速させるためにはより大きなトルクが必要であることから、モータ角速度ωが大きいときほど角速度目標値ωrがより小さくなるように設定する。
The angular velocity target value ωr is a constant value that is set in advance when the absolute steering angle estimate value φabs is a positive value and the motor angular velocity ω is constant, and the absolute steering angle estimate value φabs is less than or equal to a preset threshold value φ12. When the absolute rudder angle estimated value φabs exceeds the threshold value φ12, the angular speed target value ωr is set to be smaller as the absolute rudder angle estimated value φabs is larger, and the absolute rudder angle estimated value φabs is the maximum rudder. When the angle φmax is reached, the target angular velocity value ωr is set to zero. That is, as the absolute rudder angle estimated value φabs approaches the maximum rudder angle φmax and the
絶対舵角推定値φabsが負値であって中立よりも左方向に操舵される場合も同様であり、絶対舵角推定値φabsが予め設定したしきい値“−φ12”以上であるときには角速度目標値ωrは、予め設定した一定値“−ωr12”に設定し、絶対舵角推定値φabsがしきい値“−φ12”を下回ると絶対舵角推定値φabsが小さいときほど角速度目標値ωrが大きくなるように設定し、絶対舵角推定値φabsが最大舵角φmaxとなったとき角速度目標値ωrは零となるように設定し、さらに、モータ角速度ωが大きいときほど角速度目標値ωrの絶対値が小さくなるように設定する。なお、しきい値φ12は、操舵限界に達したときにラック軸8cがラックストロークエンドに達したときの衝撃を緩和するための電流制限を開始する舵角相当に設定され、最大舵角よりも手前の位置に設定される。
The same applies to the case where the absolute rudder angle estimated value φabs is a negative value and the vehicle is steered leftward from the neutral position. When the absolute rudder angle estimated value φabs is equal to or larger than a preset threshold “−φ12”, the angular velocity target is set. The value ωr is set to a preset constant value “−ωr12”. When the absolute steering angle estimated value φabs falls below the threshold value “−φ12”, the angular velocity target value ωr increases as the absolute steering angle estimated value φabs decreases. When the absolute rudder angle estimate value φabs reaches the maximum rudder angle φmax, the target angular velocity value ωr is set to zero. Further, as the motor angular velocity ω increases, the absolute value of the target angular velocity value ωr increases. Is set to be small. Note that the threshold value φ12 is set to be equivalent to the steering angle at which the current limit for mitigating the impact when the
このようにして角速度目標値設定部126で設定された角速度目標値ωrは減算器127に入力され、この角速度目標値ωrからモータ角速度ωが減算された角速度偏差分が増幅器128に入力され、ここでゲインG倍された後、切替回路129を介して加算器124に入力される。つまり、角速度目標値設定部126、減算器127、増幅器128、切替回路129及び加算器124でフィードバック部130を構成しており、角速度偏差分が、操舵補助トルク指令値IMにフィードバックされ、角速度偏差分によるフィードバック制御が行われる。
The angular velocity target value ωr set by the angular velocity target
前記増幅器128のゲインGは、減算器127からの角速度偏差分を、電流指令値にフィードバックさせるためのゲインであって、絶対舵角推定値φabsの絶対値が予め設定した、電流制限の開始舵角相当のしきい値φ13よりも大きいとき、予め設定された規定値g1に設定される。また、絶対舵角推定値φabsの絶対値がしきい値φ13以下であるときには、ゲインGは零に設定され、つまり、電流制限に伴う角速度偏差分のフィードバック制御は行われない。
The gain G of the
加算器124では、乗算器123の出力と切替回路129の出力とを加算し、その加算結果を、操舵補助トルク指令値IM *として出力する。前記切替回路122及び129は、絶対舵角推定値設定判定部117からの前記切替回路106及び115に対する制御信号に応じて切り替えられ、切替回路106及び115の何れかに対して閉状態に制御する制御信号が出力されたとき、つまり、絶対舵角推定値を得ることが可能な状態となったとき、切替回路122は抑制ゲインK11を選択する側に切り替えられ、切替回路129は閉状態に制御されて、操舵補助トルク指令値IMに対する抑制ゲインK11による電流制限及び角速度偏差分によるフィードバック制御が行われる。一方、切替回路106及び115の何れに対しても閉状態に制御する制御信号が出力されないとき、つまり、絶対舵角推定値を得ることができない状態ならば、切替回路122は固定ゲイン“1”を選択する側に切り替えられ、切替回路129は開状態に制御されて、操舵補助トルク指令値IMに対する電流制限及び角速度のフィードバック制御は行わない。
The
次に、上記第1の実施の形態の動作を説明する。
今、車両の走行を開始するために、イグニッションスイッチIGをオン状態にすると、コントローラ15に電源が投入されて、操舵補助制御処理が実行される。
このため、操舵トルクセンサ14で検出した操舵トルクT、車速センサ16で検出した車速V、モータ電流検出回路60で検出したモータ電流検出値Iu〜Iw、モータ回転角センサ17で検出したモータ回転角θがコントローラ15に供給される。
Next, the operation of the first embodiment will be described.
Now, when the ignition switch IG is turned on to start traveling of the vehicle, the controller 15 is powered on and the steering assist control process is executed.
Therefore, the steering torque T detected by the
したがって、操舵補助トルク指令値演算部21では操舵トルクTと車速Vとに基づいて操舵補助トルク指令値IMを算出する。このとき、車両が停止状態であり、また、ステアリングホイール1が大きく操舵されていない状態では、絶対舵角推定部26では、ラックエンド判定及び舵角中立点判定の何れも行われないことから絶対舵角推定値φabsの推定は行われない。このため、電流制御部22では、絶対舵角推定値設定判定部117から切替回路106又は115に対してこれを閉状態に切り替える制御信号が出力されないことから、電流制限部22の切替回路122は固定ゲイン“1”を選択する側に制御され、切替回路129は開状態を維持する。このため、操舵補助トルク指令値演算部21で算出された操舵補助トルク指令値IMに対する電流制限は行われない。
Therefore, to calculate the steering assist torque command value I M based on the steering assist torque command
よって、操舵トルクT及び車速Vに応じて算出された操舵補助トルク指令値IMがそのまま操舵補助トルク指令値IM *として出力される。
一方、モータ回転角センサ17で検出したモータ回転角θは角速度演算部31に入力されてモータ角速度ωが算出され、このモータ角速度ωが角加速度演算部32に入力されてモータ角加速度αが算出される。そして、収斂性補償部33でモータ角速度ωに基づいて収斂性補正値Icが算出され、慣性補償部34でモータ角加速度に基づいて慣性補償値Iiが算出され、さらにSAT推定フィードバック部35でモータ角速度ω及びモータ角加速度αに基づいてセルフアライニングトルクSATが算出され、これらが加算器36及び37で加算されて指令値補償値Icomが算出され、これが加算器38で操舵補助トルク指令値IM *に加算されて補償後操舵補助トルク指令値補償値IM *′が算出される。
Therefore, the steering assist torque command value I M calculated according to the steering torque T and the vehicle speed V is output as it is as the steering assist torque command value I M * .
On the other hand, the motor rotation angle θ detected by the motor rotation angle sensor 17 is input to the angular
そして、算出された補償後操舵補助トルク指令値補償値IM *′がd−q軸電流指令値演算部24に供給される。
このとき、車両が停止状態にあって、ステアリングホイール1が操舵されていない状態では、操舵トルクセンサ14で検出される操舵トルクTが“0”であり、車速センサ16で検出される車速Vも“0”であるので、操舵補助トルク指令値演算部21で算出される操舵補助トルク指令値IM *も“0”となり、電動モータ12は停止状態を継続する。
Then, the calculated post-compensation steering assist torque command value compensation value I M * ′ is supplied to the dq axis current command
At this time, when the vehicle is stopped and the
この状態から車両が発進すると、ステアリングホイール1に入力される操舵トルクTと車速Vとに応じて、操舵補助トルク指令値IMが算出されるが、絶対舵角推定部26での絶対舵角推定値φabsの算出が開始されない間は、操舵補助トルク指令値IMに対する電流制限部22での電流制限が行われないことから、操舵トルクTと車速Vとに応じた操舵補助トルク指令値IMがそのまま操舵補助トルク指令値IM *として出力されることになる。よってこれに応じて電動モータ12が駆動制御されて、ステアリングシャフト2に操舵トルクT及び車速Vに応じた操舵補助力が付与されることになる。
When the vehicle starts from this state, the steering assist torque command value IM is calculated according to the steering torque T and the vehicle speed V input to the
この状態から、ステアリングホイール1が中立状態に維持されたまま直進走行する状態となると、操舵トルクTの絶対値が|T|≦Tthを満足し、且つV≧Vthを満足する状態となり、これが規定時間以上継続した時点で、絶対舵角推定部26の舵角中立点判定部111においてステアリングホイール1は中立状態にあると判定され、サンプリングホールド回路112に対しサンプリングホールド信号を出力する。これによって、サンプリングホールド回路112は、この時点における相対舵角φを中立相対舵角φrelCTとしてホールドする。また、絶対舵角推定値設定判定部117では、舵角中立点判定部111からサンプリングホールド信号が出力され、この時点ではラックエンド判定部102からサンプリングホールド信号が出力されていないことから、舵角中立点判定側に対応する切替回路115を閉状態、ラックエンド側に対応する切替回路106を開状態とする制御信号を出力する。
このため、サンプリングホールド回路112でホールドした中立点相対舵角φrelCTを中立絶対舵角φabsCTから減算した値に相対舵角φを加算して得られる絶対舵角φabs(CT)が切替回路115を介して絶対舵角推定値φabsとして出力される。
From this state, when the
Therefore, the absolute steering angle φabs (CT) obtained by adding the relative steering angle φ to the value obtained by subtracting the neutral point relative steering angle φrelCT held by the sampling hold circuit 112 from the neutral absolute steering angle φabsCT is obtained via the
一方、電流制限部22では、このようにして算出された絶対舵角推定値φabsに応じて抑制ゲインK11が設定され、切替回路122は、絶対舵角推定値設定判定部117からの切替回路115を閉状態に切り替える制御信号を受けて、抑制ゲインK11側に切り替えられることから、操舵補助トルク指令値演算部21で算出された操舵補助トルク指令値IMと抑制ゲインK11とが乗算される。また、絶対舵角推定値φabsと、モータ角速度ωとに応じて角速度目標値ωrが算出され、この角速度目標値ωrとモータ角速度ωとの角速度偏差分が、絶対舵角推定値φabsの大きさに応じてフィードバックされる。
On the other hand, in the current limiting
このとき、ステアリングホイール1は中立状態であることから、絶対舵角推定値φabsは略零となる。このため、抑制ゲインK11は“1”に設定されることから、操舵補助トルク指令値IMに対する抑制ゲインK11による電流制限は行わず、また、絶対舵角推定値φabsの絶対値がしきい値φ13以下であることから、操舵補助トルク指令値IMに対する角速度のフィードバック分は零となり、角速度のフィードバック制御は行われない。したがって、ステアリングホイール1が中立状態にあり、ステアリングギヤ8のラック軸8cがラックストロークエンドに達する可能性が低い状態で、操舵補助トルク指令値IMが制限されることはない。また、中立状態であって、操舵が行われていないときには操舵補助トルク指令値IMは略零となり操舵補助トルク指令値IM *も略零となり電動モータ12は駆動されない。このため、モータ回転角θが変化しないことから、相対舵角演算部101で算出される相対舵角φも変化せず、絶対舵角推定値φabsも変化しない。
At this time, since the
この状態から、ドライバが操舵を行うと、操舵トルクTの増加に応じて操舵補助トルク指令値演算部21で算出される操舵補助トルク指令値IMが増加しこれに伴って操舵補助トルク指令値IM *が増加することから電動モータ12が駆動される。電動モータ12の回転に伴ってモータ回転角θが変化すると、このモータ回転角θの変化量Δθが相対舵角演算部101で算出され、例えば、右操舵が行われるとモータ回転角θの変化量Δθの積算値に今回の変化量Δθが加算されることから、これをステアリングホイール1の相対舵角φに変換した値は、右操舵を表す正値方向に増加し、逆に左操舵が行われると変化量Δθの積算値から今回の変化量Δθが減算されて、これをステアリングホイール1の相対舵角φに変換した値は、左操舵を表す負値方向に増加する。
From this state, when the driver performs the steering, the steering assist torque command value I M is increased steering assist torque command value along with this, which is calculated by the steering assist torque command
そして、このようにして算出された相対舵角φはラックエンド判定側の加算器105及び舵角中立点判定側の加算器114に入力されてそれぞれで演算が行われるが、ラックエンド判定側の切替回路106は開状態に制御されていることから、閉状態に制御されている切替回路115側の加算器114の出力、つまり、絶対舵角φabs(CT)が引き続き絶対舵角推定値φabsとして出力される。
The relative rudder angle φ calculated in this way is input to the
また、操舵トルクTの増加に応じて操舵補助トルク指令値IMも増加し、これに応じて電動モータ12が駆動制御され、また、電流制限部22において電流制限を行うための抑制ゲインK11の算出や、角速度のフィードバック分の演算が行われるが、絶対舵角推定値φabsの絶対値がそのしきい値φ11よりも小さい間は、抑制ゲインK11は“1”、また、絶対舵角推定値φabsがそのしきい値φ13以下の場合にはゲインGは“0”に設定され角速度のフィードバック分は零となることから、操舵補助トルク指令値IMに対する補正は行われず、操舵トルクT及び車速Vに応じた操舵補助力が発生される。このため、ドライバは軽い操舵を行うことができる。
Further, as the steering torque T increases, the steering assist torque command value IM also increases. In response to this, the
この状態から車両が停車し、ステアリングホイール1を右切り(又は左切り)操舵する所謂据え切りや、車庫入れ等の極低速走行状態でステアリングホイール1を右又は左に操舵限界値まで比較的速い操舵を行うと、絶対舵角推定値φabsの絶対値が抑制ゲインK11設定のためのしきい値φ11や、ゲインG設定のためのしきい値φ13を下回る間は、操舵補助トルク指令値IMに対する補正は行われず操舵トルクTに応じて電動モータ12が駆動制御されることから、ドライバは軽い操舵を行うことができるが、絶対舵角推定値φabsが操舵限界に近くなり、抑制ゲインK11設定のためのしきい値φ11を上回ると、図6中の制御マップに示すように抑制ゲインK11は、“1”よりも小さい値に設定され且つ絶対舵角推定値φabsが大きいときほど小さな値に設定される。このため操舵トルクTに応じて設定される操舵補助トルク指令値IMは、絶対舵角推定値φabsが大きくなるほど抑制されることになり、すなわち操舵限界に近づくほど電動モータ12から発生されるトルクの抑制幅が大きくなり、中間シャフト5に伝達されるトルクが減少されることになるから、ラック軸8bが操舵限界位置に達したときに、中間シャフト等のトルク伝達部材に与えられる衝撃を抑制することができ、その分その耐久性を向上させることができる。
From this state, the vehicle stops, and the
また、このとき、絶対舵角推定値φabsの絶対値がゲインG設定のためのしきい値を上回ると、ゲインGとして、予め設定した固定値g1が設定され、絶対舵角推定値φabsの大きさとモータ角速度ωとから設定される角速度目標値ωrとこの時点におけるモータ角速度との偏差分が操舵補助トルク指令値IMにフィードバックされ、さらに、絶対舵角推定値φabsがそのしきい値φ12よりも大きいときにはモータ角速度目標値ωrはより小さな値に設定される。したがって、角速度のフィードバック分は、電動モータ12を減速させる方向に操舵補助トルク指令値IMを補正することになって、より速やかに電動モータ12を減速させ、端当て時の衝撃をより確実に低減することができる。また、このとき、モータ角速度ωが大きいときほど、角速度目標値ωrがより小さな値となるようにしているから、モータ角速度ωが大きく電動モータ12の角速度が速く端当て時の衝撃が大きいと予測されるときほど電動モータ12はより減速されることになって、電動モータ12の角速度に応じて端当てによる衝撃の発生を的確に回避することができる。
At this time, if the absolute value of the absolute steering angle estimated value φabs exceeds the threshold value for setting the gain G, a preset fixed value g1 is set as the gain G, and the absolute steering angle estimated value φabs is large. is to deviations between the motor angular velocity at this point and the angular velocity target value ωr which is set from the motor angular velocity ω is fed back to the steering assist torque command value I M, further, the absolute steering angle estimated value φabs is that threshold φ12 Is larger, the motor angular velocity target value ωr is set to a smaller value. Therefore, the feedback amount of the angular velocity, is supposed to correct the steering assist torque command value I M in a direction to decelerate the
また、ステアリング機構に働く力は、ドライバの操舵トルク、電動パワーステアリング操舵補助力の他に、タイヤからの外力がある。このため、例えば、路面摩擦係数が低くタイヤからの外力が小さくなっている場合には、絶対舵角推定値φabsに応じて操舵補助トルク指令値IMを同じように制限したとしても、電動モータ12の減速を十分に行うことができず、端当てによる衝撃を抑制し得る速度まで操舵速度を十分に減速することができない場合がある。しかしながら、上述のように、角速度偏差分をフィードバック制御することで、外力の変化に関わらず的確に減速することができる。
The force acting on the steering mechanism includes an external force from the tire in addition to the driver's steering torque and electric power steering assisting force. Thus, for example, when the road surface friction coefficient is small external force from the tire low, even a steering assist torque command value I M according to the absolute steering angle estimating value φabs as restricted in the same way, the
また、現在のモータ角速度ωが大きいときほど角速度目標値ωrをより小さな値に設定することで、角速度フィードバック分をより大きくし、操舵補助トルク指令値IMをより小さな値に制限しているから、電動モータ12が比較的高速で回転しており、これを減速させるためには比較的大きなトルクが必要であることから、モータ角速度ωが大きくより大きな減速度が必要なときほど角速度目標値ωrを小さくし十分な減速度が作用するよう制御することによって、電動モータ12の回転状態に関わらず的確に減速することができ、結果的に衝撃力を的確に抑制することができる。
Further, by setting the angular velocity target value ωr smaller the current of the motor angular speed ω is larger to a smaller value, to a greater angular velocity feedback amount, because they limit the steering assist torque command value I M to a smaller value Since the
一方、イグニッションスイッチIGがオンとなった後、車両が停止状態にあってステアリングホイール1が操舵されていない状態から据え切りが行われると、据え切り開始時点では、ラックエンド判定及び舵角中立点判定の何れも行われていないことから、絶対舵角推定値φabsの算出は行われないが、ラックエンド位置に達しておりこれ以上操舵を行うことができないにも関わらず、ドライバがステアリングホイール1を回動させようとすることによって、通常よりも強い操舵が行われ、これにより操舵トルクTの変化率がしきい値を越えた状態であってラックエンド位置にあるとみなすことの可能な状態となったとき、或いは、この操舵トルクの増大に伴い電動モータ12を駆動するための操舵補助トルク指令値IMの変化率がしきい値を越えた状態であってラックエンド位置にあるとみなすことの可能な状態となった時点で、ラックエンド判定部102からサンプリングホールド信号が出力され、この時点における相対舵角φが相対舵角φrelREとしてホールドされ、この相対舵角φrelREと絶対舵角φabsREとから絶対舵角推定値φabsの推定が開始される。
On the other hand, when the vehicle is stopped and the
このため、操舵限界近傍での切り増しや切り戻しを繰り返すような操舵操作が行われるときには、最初に操舵限界への切り増しを行った時点でラックエンド状態にあることが検出されて絶対舵角推定値φabsの算出が開始され、これ以後は、操舵補助トルク指令値IMに対する電流制限や角速度のフィードバック制御が行われていることから、これ以後、繰り返しラックエンド状態となるような場合であっても、ラックエンド位置に達することに伴い生じる衝撃を的確に抑制することができる。 For this reason, when a steering operation that repeatedly increases and decreases in the vicinity of the steering limit is performed, it is detected that the rack end state is detected when the increase to the steering limit is first performed, and the absolute steering angle is detected. estimate calculation of φabs is initiated, which subsequently, since the feedback control of the current limit and the angular velocity is performed with respect to the steering assist torque command value I M, which subsequently, there in case that a repetition rack end state However, it is possible to accurately suppress the impact caused by reaching the rack end position.
また、上記第1の実施の形態においては、電動モータ12の回転角θを用いてステアリングホイール1の絶対舵角φabsを推定している。したがって、ステアリングホイール1の絶対舵角φabsを検出するための絶対舵角センサを設けることなく、ラックエンド状態における衝撃緩和を行うことができ、その分、部品点数の削減やコスト削減を図ることができる。また、このとき、電動モータ12の駆動制御に用いられているモータ回転角センサ17からのモータ回転角θを用いて、絶対舵角φabsの推定を行っているから、絶対舵角φabsを推定するための相対舵角センサを新たに設ける必要はない。
In the first embodiment, the absolute steering angle φabs of the
また、電流制御部21では、絶対舵角の推定が開始された後に、衝撃緩和のための電流制限を行うようにしているから、絶対舵角が確定していない状態で、衝撃緩和のための電流制限が行われることによって、十分な操舵補助力を得ることができなくなることを回避することができる。
なお、上記第1の実施の形態においては、中立状態及びラックエンド状態のうち先に検出された状態における相対舵角φrelRE又はφrelCTを用いてこれ以後絶対舵角推定値φabsの推定を行うようにしているが、例えば、中立状態或いはラックエンド状態となる毎に、相対舵角φrelRE又はφrelCTを更新してもよく、このようにすることによって、経時的に増加する絶対舵角推定値φabsREやφabsCTの推定誤差を除去することができる。
In addition, since the
In the first embodiment, the absolute steering angle estimated value φabs is estimated using the relative steering angle φrelRE or φrelCT in the neutral state or the rack end state detected earlier. However, for example, the relative steering angle φrelRE or φrelCT may be updated every time the vehicle enters the neutral state or the rack end state. In this way, the absolute steering angle estimated values φabsRE and φabsCT that increase with time are updated. The estimation error can be removed.
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
この第2の実施の形態は、上記第1の実施の形態において、図7に示すようにステアリング機構にタイヤから作用する外力を推定する外力推定部131を新たに設け、絶対舵角推定部26では、この外力推定部131で推定した外力も利用してラックエンド判定を行うようにしたものである。なお、同一部分の詳細な説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the second embodiment, as shown in FIG. 7, an external
図8は、外力推定部131の機能構成を示す機能構成図である。この外力推定部131における外力推定方法は、前述の指令値補償部23のSAT推定フィードバック部35での処理と同様であって、モータ回転角θ、操舵補助トルク指令値演算部21で算出した操舵補助トルク指令値IM、操舵トルクセンサ14からの操舵トルクTをもとに、前記(2)式を用いて、セルフアライニングトルクSATを推定演算しこれを外力推定値SAT(RE)とする。なお、この外力推定部131では、アシストトルクTmとして、操舵補助トルク指令値IMとギア比とトルク定数との乗算値を用いる。
FIG. 8 is a functional configuration diagram illustrating a functional configuration of the external
この外力推定部131で算出された外力推定値SAT(RE)は、絶対舵角推定値26のラックエンド判定部102aに入力される。
そして、ラックエンド判定部102aでは、外力推定部131からの外力推定値SAT(RE)が、予め設定したラックエンド状態にあると判定するためのしきい値SATth以上であり、且つ、操舵トルクTの変化率の絶対値|T′|がそのしきい値T′thよりも大きいとき、又は、操舵補助トルク指令値IMの変化率の絶対値|IM′|がそのしきい値IM′よりも大きいときに、ラックエンド状態にあると判定する。
The external force estimated value SAT (RE) calculated by the external
In the rack
つまり、ラックエンド状態となったときにはこれ以上操舵を行うことができず、このため、ドライバの操舵操作に対して外力が増大することから、外力推定値SAT(RE)がラックエンド状態となったときの外力相当のしきい値SATthを超えたときに、ラックエンド状態であるとみなすことができる。したがって、操舵トルクTや操舵補助トルク指令値IMの変化状態だけでなく、外力推定値SAT(RE)をも用いてラックエンド状態にあるかどうかを判定することによって、ラックエンド状態にあるかどうかを的確に判断することができる。なお、外力のみに基づいてラックエンド状態であるかを判断することも可能であって、上述のように、外力の条件を満足し、且つ、操舵トルクT又は操舵補助トルク指令値IMの変化状態の条件を共に満足するときに、ラックエンド位置にあると判断することによって、より的確にラックエンド状態にあるかどうかを判定することができる。 In other words, no further steering can be performed when the rack end state is reached, and therefore the external force increases with respect to the driver's steering operation, so the estimated external force value SAT (RE) becomes the rack end state. When the threshold value SATth corresponding to the external force is exceeded, the rack end state can be considered. Therefore, not only the state of change of the steering torque T and the steering assist torque command value I M, by determining whether the rack end state by using also the external force estimation value SAT (RE), whether the rack end state It is possible to judge accurately. It is also possible to determine whether the rack end state is based only on the external force. As described above, the external force condition is satisfied, and the steering torque T or the steering assist torque command value IM is changed. By determining that the position is at the rack end position when both of the condition conditions are satisfied, it is possible to determine whether or not the rack end state is more accurately determined.
次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。
この第3の実施の形態は、上記第1の実施の形態において、絶対舵角推定部26及び電流制限部22の処理が異なること以外は同様であるので、同一部の詳細な説明は省略する。
図9は、第3の実施の形態における、絶対舵角推定部26の機能構成を示すブロック図である。この第3の実施の形態では、ラックエンド判定部102bでは、操舵トルクセンサ14からの操舵トルクT、相対舵角演算部101からの相対舵角φ及び指令値補償部23の角速度演算部31からのモータ角速度ωを用いてラックエンド判定を行う。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
Since the third embodiment is the same as the first embodiment except that the processing of the absolute steering
FIG. 9 is a block diagram showing a functional configuration of the absolute steering
具体的には、操舵トルクTの絶対値|T|がそのしきい値Tthよりも大きく(|T|>Tth)且つ、その変化率の絶対値|T′|がそのしきい値T′thよりも大きく(|T′|>T′th)且つ、モータ角速度ωの絶対値|ω|がそのしきい値ωth以下(|ω|≦ωth)のとき、ラックエンド状態にあると判断する。そして、サンプリングホールド回路103に対し、サンプリングホールド信号を出力する。
Specifically, the absolute value | T | of the steering torque T is larger than the threshold value Tth (| T |> Tth), and the absolute value | T ′ | of the rate of change is the threshold value T′th. Is larger than (| T ′ |> T′th) and the absolute value | ω | of the motor angular velocity ω is equal to or less than the threshold value ωth (| ω | ≦ ωth), it is determined that the rack end state is established. Then, a sampling hold signal is output to the
つまり、ラックエンド位置に達しておりこれ以上操舵を行うことができないにも関わらず、ドライバがステアリングホイール1を回動させようとすることによって、通常よりも強い操舵が行われ、これにより操舵トルクTがしきい値を超え、且つ操舵トルクの変化率がそのしきい値を越え、且つ、これ以上ステアリングホイール1を回転させることができないことから電動モータ12が回転せず、実際のモータ角速度ωの絶対値がそのしきい値以下であるときに、ラックエンド状態にあると判断する。したがって、操舵トルクTの変化状況だけでなく電動モータ12の回転状態をも考慮してラックエンド状態かどうかを判定しているからより的確にラックエンド判定を行うことができる。
That is, even though the rack end position has been reached and no further steering is possible, the driver tries to turn the
一方、電流演算部22では、図10に示すように、絶対舵角推定部26で推定した絶対舵角推定値φabsは抑制ゲイン設定部121及び角速度目標値設定部126aに入力され、抑制ゲイン設定部121では、上記第1の実施の形態と同様の手順で抑制ゲインK11が設定された後、切替回路122を介して乗算器123に入力され、ここで操舵補助トルク指令値IMと乗算された後、加算器124に入力される。
On the other hand, in the
一方、角速度目標値設定部126aでは、絶対舵角推定値φabsに応じて角速度目標値ωrを設定する。すなわち図10中の角速度目標値設定用の制御マップに示すように、絶対舵角推定値φabsの絶対値が予め設定したしきい値φ14以下であるときには、予め設定した一定値ωr13を角速度目標値ωrとして設定する。絶対舵角推定値φabsの絶対値がしきい値φ14よりも大きいときには絶対舵角推定値φabsの絶対値が大きいときほど、角速度目標値ωrが小さくなり、且つ最大舵角φmaxで零となるように設定する。
On the other hand, the angular velocity target
この角速度目標値設定部126aで設定された角速度目標値ωrは、減算器127に入力され、ここで、角速度目標値ωrからモータ角速度ωが減算され、このモータ角速度の偏差分が、増幅器128aに入力され、ここでゲインG倍がされた後、切替回路129を介して加算器124に入力される。そして、この加算器124の出力が操舵補助トルク指令値IM *として出力される。
The angular velocity target value ωr set by the angular velocity target
前記乗算器128aにおけるゲインGは、絶対舵角推定値φabs、角速度目標値設定部126aで設定される角速度目標値ωr、モータ角速度ωに応じて設定される。具体的には、絶対舵角推定値φabsの絶対値が予め設定したしきい値φthよりも大きく且つ、電動モータ12の角速度目標値ωrの符号が正値であり、且つ角速度目標値ωrよりも実際のモータ角速度ωの方が大きいとき、又は、絶対舵角推定値φabsの絶対値が予め設定したしきい値φthよりも大きく且つ、電動モータ12の角速度目標値ωrの符号が負値であり、且つ角速度目標値ωrよりも実際のモータ角速度ωの方が小さいとき、つまり、現在、角速度目標値ωrよりも高速で電動モータ12が回転している状態であって、減速させる必要があるときにはゲインGとして、予め設定した一定値g2を設定する。一方、これら条件を満足しないときは、角速度フィードバックを行う必要はないことからゲインGとして零を設定する。なお、角速度目標値設定部126a、減算器127、増幅器128a、切替回路129及び加算器124でフィードバック制御部130aを構成している。
The gain G in the
つまり、電流制限部22では、絶対舵角推定値φabsの大きさに応じて操舵補助トルク指令値IMを抑制すると共に、絶対舵角推定値φabsがしきい値よりも大きく操舵限界近傍位置にあって衝撃抑制のためのトルク制限を行う必要があり、且つ、電動モータ12の現在の角速度が角速度目標値よりも高速であって減速する必要があるときに、角速度偏差分をフィードバックして操舵補助トルク指令値IMを抑制する。
That is, in the current limiting
したがって、実際の電動モータ12の回転状態に応じて的確に角速度偏差分をフィードバック制御することができ、角速度偏差分を不必要にフィードバックして電動モータ12の減速させることを回避することができ、必要な操舵補助力を発生させつつ、操舵限界に達したときの衝撃の発生を確実に回避することができる。
なお、この第3の実施の形態においても、上記第1の実施の形態と同様に、角速度目標値ωrを設定する際に、モータ角速度ωが大きいときほど角速度目標値ωrが小さくなるように可変に設定してもよく、このようにすることによって、電動モータ12の速度制御が必要な状態にあるときに電動モータ12の回転状態に応じて的確に速度制御を行うことができ、操舵限界位置に達したときの衝撃の発生を的確に回避することができる。
Therefore, it is possible to accurately feedback control the angular velocity deviation according to the actual rotation state of the
In the third embodiment, similarly to the first embodiment, when the angular velocity target value ωr is set, the angular velocity target value ωr is variable so as to decrease as the motor angular velocity ω increases. In this way, when the speed control of the
なお、上記実施の形態において、操舵トルクセンサ14が操舵トルク検出手段に対応し、図3の操舵補助トルク指令値演算部21が電流指令値演算手段に対応し、モータ電流制御部25がモータ制御手段に対応し、モータ角速度センサ17及び相対舵角演算部101が相対舵角検出手段に対応し、絶対舵角推定部26が絶対舵角推定手段に対応し、電流制限部22が緩衝制御手段に対応している。
In the above embodiment, the
また、ラックエンド判定部102、102a、102b及び舵角中立判定部111のそれぞれがステアリング状態判定手段に対応し、絶対舵角演算部107及び116が変換手段に対応している。
また、外力推定部131が外力推定手段に対応し、角速度演算部31が角速度検出手段に対応し、車速センサ16が車速検出手段に対応している。
また、角速度目標値設定部126、126aがそれぞれモータ角速度設定手段に対応し、フィードバック制御部130、130aがそれぞれ角速度フィードバック制御手段に対応している。
Each of the rack
The external
Further, the target angular
SM ステアリング機構
1 ステアリングホイール
2 ステアリングシャフト
12 電動モータ
14 操舵トルクセンサ
15 コントローラ
16 車速センサ
17 モータ回転角センサ
21 操舵補助トルク指令値演算部
22 電流制限部
26 絶対舵角推定部
Claims (13)
少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、
前記ステアリング機構のステアリングシャフトに与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、
前記電流指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するモータ制御手段と、
前記ステアリング機構の相対舵角を検出する相対舵角検出手段と、
当該相対舵角検出手段で検出した相対舵角を用いて前記ステアリング機構の絶対舵角を推定する絶対舵角推定手段と、
当該絶対舵角推定手段で推定した絶対舵角が操舵限界舵角手前の限界判定しきい値を上回るとき、前記ステアリング機構の前記ステアリングシャフト及び転舵輪間のトルク伝達部材に伝達されるトルクを抑制する緩衝制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置の制御装置であって、
前記絶対舵角推定手段は、前記ステアリング機構が、前記相対舵角検出手段で検出される相対舵角と前記ステアリング機構の絶対舵角とを対応付けることの可能な基準状態にあるかどうかを判断するステアリング状態判定手段と、
当該ステアリング状態判定手段で前記ステアリング機構が前記基準状態にあると判断されたとき、前記相対舵角検出手段で検出される相対舵角と前記ステアリング機構の前記基準状態における既知の基準絶対舵角とを対応付け、以後、対応付けられた前記基準絶対舵角及びこれに対応する相対舵角とを用いて前記相対舵角検出手段で検出される相対舵角を絶対舵角に変換する変換手段と、を備え、
前記緩衝制御手段は、前記絶対舵角推定手段で前記絶対舵角の推定が可能な状態となった後、当該絶対舵角を用いて緩衝制御を行うことを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。 Steering torque detection means for detecting steering torque input to the steering mechanism;
Current command value calculation means for calculating a current command value based on at least the steering torque detected by the steering torque detection means;
An electric motor for generating a steering assist torque to be applied to a steering shaft of the steering mechanism;
Motor control means for driving and controlling the electric motor based on the current command value;
Relative steering angle detection means for detecting the relative steering angle of the steering mechanism;
Absolute steering angle estimation means for estimating the absolute steering angle of the steering mechanism using the relative steering angle detected by the relative steering angle detection means;
When the absolute rudder angle estimated by the absolute rudder angle estimating means exceeds the limit judgment threshold value before the steering limit rudder angle, the torque transmitted to the torque transmission member between the steering shaft and the steered wheels of the steering mechanism is suppressed. A control device for the electric power steering device comprising:
The absolute steering angle estimation means determines whether the steering mechanism is in a reference state in which the relative steering angle detected by the relative steering angle detection means and the absolute steering angle of the steering mechanism can be associated with each other. Steering state determination means;
When the steering state determination means determines that the steering mechanism is in the reference state, a relative steering angle detected by the relative steering angle detection means and a known reference absolute steering angle in the reference state of the steering mechanism Conversion means for converting the relative steering angle detected by the relative steering angle detection means into the absolute steering angle using the reference absolute steering angle and the relative steering angle corresponding thereto associated with each other. With
The buffer control means controls the electric power steering apparatus using the absolute steering angle after the absolute steering angle estimation means is able to estimate the absolute steering angle. apparatus.
前記ステアリング状態判定手段は、前記外力推定手段で推定された外力推定値がそのしきい値以上であるときに、前記操舵限界状態にあると判定することを特徴とする請求項2又は請求項3記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 An external force estimating means for estimating an external force acting on the steering mechanism;
4. The steering state determining means determines that the steering state is in the steering limit state when the external force estimated value estimated by the external force estimating means is equal to or greater than the threshold value. The control apparatus of the electric power steering apparatus as described.
前記ステアリング状態判定手段は、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクの変化率がそのしきい値を上回るとき又は前記電流指令値演算手段で演算された電流指令値の変化率がそのしきい値を上回る状態であり、且つ前記外力推定手段で推定された外力推定値がそのしきい値以上であるときに、前記操舵限界状態にあると判定することを特徴とする請求項2記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 An external force estimating means for estimating an external force acting on the steering mechanism;
The steering state determining means is configured such that when the rate of change of the steering torque detected by the steering torque detecting means exceeds the threshold value, or the rate of change of the current command value calculated by the current command value calculating means is the threshold value. 3. The electric power according to claim 2, wherein the electric power is determined to be in the steering limit state when the external force estimated value estimated by the external force estimating means is equal to or greater than the threshold value. Control device for steering device.
前記ステアリング状態判定手段は、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクの絶対値及びその変化率がそれぞれのしきい値を共に上回り、且つ前記角速度検出手段で検出される角速度の絶対値がそのしきい値以下であるときに、前記操舵限界状態にあると判定することを特徴とする請求項2から請求項5の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 Angular velocity detection means for detecting the angular velocity of the electric motor,
The steering state determination means has both the absolute value of the steering torque detected by the steering torque detection means and the rate of change thereof exceeding the respective threshold values, and the absolute value of the angular speed detected by the angular speed detection means. The control device for an electric power steering apparatus according to any one of claims 2 to 5, wherein when it is equal to or less than a threshold value, the steering limit state is determined.
前記ステアリング状態判定手段は、前記操舵トルクの絶対値がそのしきい値以下且つ前記車速検出手段で検出される車速がそのしきい値以上であり、さらにこの状態が規定時間以上継続したときに、前記中立状態にあると判定することを特徴とする請求項2から請求項6の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed,
The steering state determination means has an absolute value of the steering torque equal to or lower than the threshold value, and the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means is equal to or higher than the threshold value. The control device for an electric power steering apparatus according to any one of claims 2 to 6, wherein the controller is determined to be in the neutral state.
前記電動モータの角速度を検出する角速度検出手段と、
前記絶対舵角の絶対値がそのしきい値を上回るとき、前記モータ角速度設定手段で設定した角速度目標値と前記角速度検出手段で検出したモータ角速度との偏差相当分を低減するように前記電流指令値をフィードバック制御する角速度フィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする請求項8記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 The buffer control means is a motor angular speed setting means for setting an angular speed target value of the electric motor at the absolute steering angle from the absolute steering angle;
Angular velocity detection means for detecting the angular velocity of the electric motor;
When the absolute value of the absolute steering angle exceeds the threshold value, the current command so as to reduce a deviation equivalent between the target angular speed set by the motor angular speed setting means and the motor angular speed detected by the angular speed detection means 9. The control device for an electric power steering apparatus according to claim 8, further comprising angular velocity feedback control means for feedback-controlling the value.
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