JP2008062816A - Control device of electric power steering device - Google Patents

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Hideyuki Kobayashi
秀行 小林
Masaaki Hojo
正章 北條
Hiroaki Takase
博明 高瀬
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device of an electric power steering device improved in functions thereof by processing signals of a low pass filter to improve responsiveness and to reduce the noise. <P>SOLUTION: The control device of an electric power steering device controls a motor giving the steering assist force to a steering mechanism based on a current control value computed by using a steering assist command value computed based on the steering torque generated in a steering shaft and a current value of the motor. The control device comprises the structure for passing a signal for controlling the steering assist force to the low pass filter 332, and a switching means for switching output by inputting an input signal and an output signal of the low pass filter. The switching means is switched based on a difference between the input signal and the output signal. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、車両の操舵系にモータによる操舵補助力(アシスト力)を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に制御に用いる信号のノイズ低減と応答性確保とを両立させる信号処理を施すことによって高機能化を図っ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 relates to a control device for an electric power steering apparatus in which a steering assist force (assist force) by a motor is applied to a steering system of a vehicle, and more particularly, a signal that achieves both noise reduction and ensuring responsiveness of signals used for control. The present invention relates to a control device for an electric power steering device that is improved in function by performing processing.

車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク(操舵補助トルク)を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流制御値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデュ−ティ比の調整で行っている。   An electric power steering device for energizing a vehicle steering device with an auxiliary load by a rotational force of a motor energizes an auxiliary load to a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reducer. It is supposed to be. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque (steering assist torque). The feedback control adjusts the motor applied voltage so that the difference between the current control value and the motor current detection value becomes small. The adjustment of the motor applied voltage is generally performed by a PWM (pulse width modulation) control duty. This is done by adjusting the tee ratio.

ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図8に示して説明すると、操向ハンドル1のコラム軸2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4A及び4B、ピニオンラック機構5を経て操向車輪のタイロッド6に連結されている。コラム軸2には、操向ハンドル1の操舵トルクTを検出するトルクセンサ10が設けられており、操向ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット30には、バッテリ14から電力が供給されると共に、イグニションキー11からイグニションキー信号が入力されている。コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTと車速センサ12で検出された車速Vとに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値Iの演算を行い、演算された操舵補助指令値Iに基づいてモータ20に供給する電流を制御する。   Here, the general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. It is connected to the tie rod 6. The column shaft 2 is provided with a torque sensor 10 that detects the steering torque T of the steering handle 1, and a motor 20 that assists the steering force of the steering handle 1 is connected to the column shaft 2 via the reduction gear 3. Has been. The control unit 30 that controls the power steering apparatus is supplied with electric power from the battery 14 and also receives an ignition key signal from the ignition key 11. The control unit 30 calculates an assist command steering assist command value I based on the steering torque T detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 12, and the calculated steering assist command value I is calculated. Is used to control the current supplied to the motor 20.

コントロールユニット30は主としてCPU(MPUやMCUも含む)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図9のようになる。例えば位相補償部32は独立したハードウェアとしての位相補償部を示すものではなく、CPUで実行される位相補償機能を示している。   The control unit 30 is mainly composed of a CPU (including MPU and MCU), and FIG. 9 shows general functions executed by programs in the CPU. For example, the phase compensation unit 32 does not represent a phase compensation unit as independent hardware, but represents a phase compensation function executed by the CPU.

図9に沿ってコントロールユニット30の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ10で検出された操舵トルクT及び車速センサ12で検出された車速Vは操舵補助指令値演算部31に入力され、操舵補助指令値演算部31で演算された操舵補助指令値Iref1は操舵系の安定性を高めるための位相補償部32に入力されて位相補償され、位相補償された操舵補助指令値Iref2が加算部39Aに入力される。また、操舵トルクTは、ステアリングの中立付近の制御の応答性を高めて滑らかでスムーズな操舵を実現するためのセンタ応答性改善部33に入力され、応答性改善された操舵トルクTaが加算部39Aに入力される。加算部39Aには後述する補償信号CM3が入力されており、加算部39Aで加算された操舵補助指令値Iref3が減算部39Bに加算入力され、モータ電流Imとの偏差(Iref3−Im)が電流制御部34に入力され、電流制御部34はモータ巻き線35を経てモータ電流Imを供給する。   The function and operation of the control unit 30 will be described with reference to FIG. 9. The steering torque T detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 12 are input to the steering assist command value calculation unit 31, and the steering assist is performed. The steering assist command value Iref1 calculated by the command value calculation unit 31 is input to the phase compensation unit 32 for enhancing the stability of the steering system and phase compensated, and the phase-compensated steering assist command value Iref2 is input to the addition unit 39A. Entered. Further, the steering torque T is input to the center response improvement unit 33 for improving the control response in the vicinity of the neutral position of the steering to realize smooth and smooth steering, and the steering torque Ta with improved response is added. It is input to 39A. A compensation signal CM3, which will be described later, is input to the adding unit 39A, and the steering assist command value Iref3 added by the adding unit 39A is added to the subtracting unit 39B, and the deviation (Iref3-Im) from the motor current Im is the current. Input to the control unit 34, the current control unit 34 supplies the motor current Im through the motor winding 35.

モータにはモータ回転角度θを計測する角度センサ36Aが取付けられており、角度θは角速度演算部36Bに入力されて角速度ωを演算される。角速度ωはヨーレート推定部37A及び慣性補償部38に入力され、ヨーレート推定部37Aで推定されたヨーレートYrは収れん性制御部37Bに入力される。収れん性制御部37Bは車両のヨーの収れん性を改善するために、ハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけ、慣性補償部38はモータの慣性により発生する力相当分をアシストし、慣性感又は制御の応答性の悪化を防止する。慣性補償部38からの慣性補償信号CM1及び収れん性制御部37Bからの収れん性制御信号CM2は加算部39Cに入力されて加算され、その加算結果である補償信号CM3が加算部39Aに入力されている。   An angle sensor 36A for measuring the motor rotation angle θ is attached to the motor, and the angle θ is input to the angular velocity calculation unit 36B to calculate the angular velocity ω. The angular velocity ω is input to the yaw rate estimation unit 37A and the inertia compensation unit 38, and the yaw rate Yr estimated by the yaw rate estimation unit 37A is input to the convergence control unit 37B. In order to improve the yaw convergence of the vehicle, the convergence control unit 37B brakes the motion of the steering wheel, and the inertia compensation unit 38 assists the force equivalent generated by the inertia of the motor. Or deterioration of control responsiveness is prevented. The inertia compensation signal CM1 from the inertia compensation unit 38 and the convergence control signal CM2 from the convergence control unit 37B are input to the addition unit 39C and added, and the compensation signal CM3 as a result of the addition is input to the addition unit 39A. Yes.

ここにおいて、センタ応答性改善部33及び慣性補償部38の構成は図10に示すようになっている。図10はセンタ応答性改善部33について示しているが、慣性補償部38についても同様である。センタ応答性では操舵トルクTを微分した信号に基づいた操舵補助力を加えることにより操舵トルクTの変動を防ぎ、急操舵を行っても操舵トルクTが急増しないように作用する。慣性補償部38は角速度ωを微分した信号、即ち角加速度に基づいた操舵補助力を加えることによりモータ慣性を加減速させ、運転者に慣性感を感じさせないように働く。   Here, the configurations of the center response improvement unit 33 and the inertia compensation unit 38 are as shown in FIG. FIG. 10 shows the center response improvement unit 33, but the same applies to the inertia compensation unit 38. In the center responsiveness, a steering assist force based on a signal obtained by differentiating the steering torque T is applied to prevent fluctuations in the steering torque T, so that the steering torque T does not increase rapidly even when sudden steering is performed. The inertia compensator 38 acts to accelerate and decelerate the motor inertia by applying a steering assist force based on a signal obtained by differentiating the angular velocity ω, that is, the angular acceleration, so that the driver does not feel the inertia.

センタ応答性改善部33は差分計算部33A、ローパスフィルタ33B及び補償ゲイン部33Cで構成され、差分計算部33Aで操舵トルクTが微分され、微分によるノイズ低減のためにローパスフィルタ33Bを通し、車速V感応の補償ゲイン部33Cで補償ゲインを乗じて操舵トルクTaを求めている。   The center responsiveness improvement unit 33 includes a difference calculation unit 33A, a low-pass filter 33B, and a compensation gain unit 33C. The difference calculation unit 33A differentiates the steering torque T and passes the low-pass filter 33B to reduce noise by differentiation. The V-sensitive compensation gain unit 33C multiplies the compensation gain to obtain the steering torque Ta.

特開2002−234454号公報(特許文献1)に記載の電動パワーステアリング装置では、異音や振動の低減及び操舵感を両立させるため、電流指令値にローパスフィルタを介挿し、ローパスフィルタのカットオフ周波数を操舵速度や車速で変更するようにしている。
特開2002−234454号公報
In the electric power steering apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-234454 (Patent Document 1), a low-pass filter is inserted in the current command value in order to achieve both noise and vibration reduction and a steering feeling, thereby cutting off the low-pass filter. The frequency is changed by the steering speed and the vehicle speed.
JP 2002-234454 A

図10に示すようなローパスフィルタを備えたセンタ応答性改善部や慣性補償部では、微分による応答性向上とノイズ低減とを両立させなければならないが、両特性はトレードオフの関係にあり、妥協点を調整しなければならない。また、特許文献1に記載のように何らかの情報でローパスフィルタのカットオフ周波数を変更したとしても、トレードオフ関係を払拭するには不十分である。   In the center response improvement unit and the inertia compensation unit having the low-pass filter as shown in FIG. 10, it is necessary to achieve both the response improvement by differentiation and the noise reduction. However, both characteristics are in a trade-off relationship, and there is a compromise. The point must be adjusted. Moreover, even if the cut-off frequency of the low-pass filter is changed by some information as described in Patent Document 1, it is not sufficient to eliminate the trade-off relationship.

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、応答性とノイズ低減を両立できるようなローパスフィルタの信号処理を行って高機能化を図った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にある。   The present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus that achieves high functionality by performing signal processing of a low-pass filter that can achieve both responsiveness and noise reduction. It is to provide a control device.

本発明は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基づいて演算された操舵補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御値に基づいてステアリング機構に操舵補助力を与える前記モータを制御するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記操舵補助力を制御する信号をローパスフィルタに通す構造を備え、前記ローパスフィルタの入力信号及び出力信号を入力して差を判定し、判定結果に基づいて出力を切替える判定切替手段を設けることにより達成される。   The present invention controls the motor that applies a steering assist force to a steering mechanism based on a current control value calculated from a steering assist command value calculated based on a steering torque generated in a steering shaft and a current value of the motor. The above-described object of the present invention relates to a control device for an electric power steering device configured as described above, and has a structure in which a signal for controlling the steering assist force is passed through a low-pass filter, and inputs an input signal and an output signal of the low-pass filter. This is achieved by providing a judgment switching means for judging the difference and switching the output based on the judgment result.

また、本発明の上記目的は、前記ローパスフィルタがセンタ及び判定切替手段が応答性改善部に含まれていることにより、或いは前記ローパスフィルタ及び判定切替手段が慣性補償部に含まれていることにより、或いは前記ローパスフィルタ及び判定切替手段が逆起電圧補償部に含まれていることにより、或いは前記差の絶対値が第1所定値よりも大きい場合に、前記判定切替手段が前記ローパスフィルタの入力信号を出力し、前記差の絶対値が第2所定値(<第1所定値)よりも小さい場合に、前記判定切替手段が前記ローパスフィルタの出力信号を出力することにより、より効果的に達成される。   In addition, the object of the present invention is that the low-pass filter includes the center and the determination switching unit in the response improvement unit, or the low-pass filter and the determination switching unit are included in the inertia compensation unit. Alternatively, when the low-pass filter and the determination switching unit are included in the back electromotive force compensation unit, or when the absolute value of the difference is larger than a first predetermined value, the determination switching unit is input to the low-pass filter. When the absolute value of the difference is smaller than a second predetermined value (<first predetermined value), the determination switching means outputs the output signal of the low-pass filter more effectively. Is done.

本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、ローパスフィルタを備えたセンタ応答性改善部や慣性補償部において、或いは逆起電圧補償部において、ローパスフィルタへの入力信号及び出力信号をそれらの差に基づく判定結果に従って切替える処理を行うことにより、微分による応答性向上とノイズ低減とを両立させ、電動パワーステアリング装置の高機能化を図ることができる。   According to the control device for the electric power steering apparatus according to the present invention, the input signal and the output signal to the low-pass filter are supplied to the center response improvement unit and the inertia compensation unit provided with the low-pass filter, or the counter electromotive voltage compensation unit. By performing the process of switching according to the determination result based on the difference between the two, it is possible to achieve both improvement in response by differentiation and reduction in noise, and increase the functionality of the electric power steering apparatus.

本発明の全体的な構成は図9と同様であるが、本発明のセンタ応答性改善部33の構成は図1に示すようになっており、慣性補償部38の構成は図2に示すようになっている。   Although the overall configuration of the present invention is the same as that of FIG. 9, the configuration of the center response improvement unit 33 of the present invention is as shown in FIG. 1, and the configuration of the inertia compensation unit 38 is as shown in FIG. It has become.

センタ応答性改善部33は図1に示すように、差分計算部331、ローパスフィルタ332、判定部333、信号切替部334及び補償ゲイン部335で構成され、差分計算部331で操舵トルクTが微分され、微分トルクFi1がノイズ低減のためのローパスフィルタ332、信号切替部334及び信号の大小を比較判定する判定部333に入力される。判定部333及び信号切替部334で判定切替手段を構成している。また、ローパスフィルタ332の出力値Fo1は信号切替部334及び判定部333に入力され、信号切替部334は判定部333からの切替信号SW1によって出力S1をFi1又はFo1に切替え、出力S1は車速V感応の補償ゲイン部335で補償ゲインを乗じて操舵トルクTaとして出力される。   As shown in FIG. 1, the center response improvement unit 33 includes a difference calculation unit 331, a low-pass filter 332, a determination unit 333, a signal switching unit 334, and a compensation gain unit 335. The difference calculation unit 331 differentiates the steering torque T. Then, the differential torque Fi1 is input to the low-pass filter 332 for noise reduction, the signal switching unit 334, and the determination unit 333 that compares and determines the magnitude of the signal. The determination unit 333 and the signal switching unit 334 constitute a determination switching unit. The output value Fo1 of the low-pass filter 332 is input to the signal switching unit 334 and the determination unit 333. The signal switching unit 334 switches the output S1 to Fi1 or Fo1 by the switching signal SW1 from the determination unit 333, and the output S1 is the vehicle speed V. The sensitive compensation gain unit 335 multiplies the compensation gain and outputs it as a steering torque Ta.

ここにおいて、判定部333はローパスフィルタ332の入力値Fi1、つまり差分計算部331の出力値Fi1と、ローパスフィルタ332の出力値Fo1との大小と経過時間を判定し、その判定結果に基づいて切替信号SW1を出力し、信号切替部334は下記(a1)〜(d1)のように切替えて出力S1を出力する。なお、所定値A1>所定値B1である。

(a1) (Fi1−Fo1)>A1 が所定時間継続のとき、
出力S1を入力値Fi1とする。
Here, the determination unit 333 determines the magnitude and elapsed time between the input value Fi1 of the low-pass filter 332, that is, the output value Fi1 of the difference calculation unit 331, and the output value Fo1 of the low-pass filter 332, and switches based on the determination result. The signal SW1 is output, and the signal switching unit 334 performs switching as in the following (a1) to (d1) and outputs the output S1. The predetermined value A1> the predetermined value B1.

(A1) When (Fi1-Fo1)> A1 is continued for a predetermined time,
The output S1 is set as the input value Fi1.

(b1) (Fi1−Fo1)<−A1 が所定時間継続のとき、
出力S1を入力値Fi1とする。
(B1) When (Fi1-Fo1) <-A1 is continued for a predetermined time,
The output S1 is set as the input value Fi1.

(c1) |Fi1−Fo1|<B1 が所定時間継続のとき、
出力S1を出力値Fo1とする。
(C1) When | Fi1-Fo1 | <B1 is continued for a predetermined time,
The output S1 is set as an output value Fo1.

(d1) 上記以外のときは、出力S1を前回出力値とする。

ローパスフィルタ332の入力値Fi1と出力値Fo1の差が大きいときは入力値Fi1の変化が大きいとみなせる。よって、(Fi1−Fo1)が所定値A1より大きい状態が所定時間継続した場合、或いは(Fi1−Fo1)が所定値−A1より小さい状態が所定時間継続した場合には、入力値Fi1が大きい状態と判定して入力値Fi1を出力S1とする。また、入力値Fi1と出力値Fo1の差が小さいときは入力値Fi1の変化が小さいとみなせるため、|Fi1−Fo1|が所定値B1より小さい状態が所定時間継続したときは、出力値Fo1を出力S1とする。そして、信号の切替にチャタリングを生じないように、A1>B1となっている。
(D1) In cases other than the above, the output S1 is set as the previous output value.

When the difference between the input value Fi1 and the output value Fo1 of the low-pass filter 332 is large, it can be considered that the change of the input value Fi1 is large. Therefore, when (Fi1-Fo1) is larger than the predetermined value A1 for a predetermined time, or when (Fi1-Fo1) is smaller than the predetermined value -A1 for a predetermined time, the input value Fi1 is larger. And the input value Fi1 is set as the output S1. When the difference between the input value Fi1 and the output value Fo1 is small, it can be considered that the change in the input value Fi1 is small. Therefore, when | Fi1-Fo1 | is smaller than the predetermined value B1, the output value Fo1 is set. The output is S1. A1> B1 so that chattering does not occur in signal switching.

また、慣性補償部38は図2に示すように、差分計算部381、ローパスフィルタ382、判定部383、信号切替部384及び補償ゲイン部385で構成され、差分計算部381で角速度ωが微分され、微分された角加速度Fi2がノイズ低減のためのローパスフィルタ382、信号切替部384及び信号の大小を比較判定する判定部383に入力される。判定部383及び信号切替部384で判定切替手段を構成している。また、ローパスフィルタ382の出力値Fo2は信号切替部384及び判定部383に入力され、信号切替部384は判定部383からの切替信号SW2によって出力S2をFi2又はFo2に切替え、出力S2は車速V感応の補償ゲイン部385で補償ゲインを乗じて慣性補償信号CM1として出力される。   As shown in FIG. 2, the inertia compensation unit 38 includes a difference calculation unit 381, a low-pass filter 382, a determination unit 383, a signal switching unit 384, and a compensation gain unit 385, and the difference calculation unit 381 differentiates the angular velocity ω. The differentiated angular acceleration Fi2 is input to the low-pass filter 382 for noise reduction, the signal switching unit 384, and the determination unit 383 that compares and determines the magnitude of the signal. The determination unit 383 and the signal switching unit 384 constitute a determination switching unit. The output value Fo2 of the low-pass filter 382 is input to the signal switching unit 384 and the determination unit 383. The signal switching unit 384 switches the output S2 to Fi2 or Fo2 by the switching signal SW2 from the determination unit 383, and the output S2 is the vehicle speed V. The sensitive compensation gain unit 385 multiplies the compensation gain and outputs it as an inertia compensation signal CM1.

ここにおいて、判定部383はローパスフィルタ382の入力値Fi2、つまり差分計算部381の出力値Fi2と、ローパスフィルタ382の出力値Fo2との大小と経過時間を判定し、その判定結果に基づいて切替信号SW2を出力し、信号切替部384は下記(a2)〜(d2)のように切替えて出力S2を出力する。なお、所定値A2>所定値B2である。

(a2) (Fi2−Fo2)>A2 が所定時間継続のとき、
出力S2を入力値Fi2とする。
Here, the determination unit 383 determines the magnitude and elapsed time of the input value Fi2 of the low-pass filter 382, that is, the output value Fi2 of the difference calculation unit 381, and the output value Fo2 of the low-pass filter 382, and switches based on the determination result. The signal SW2 is output, and the signal switching unit 384 switches as follows (a2) to (d2) and outputs the output S2. The predetermined value A2> the predetermined value B2.

(A2) When (Fi2-Fo2)> A2 is continued for a predetermined time,
The output S2 is set as the input value Fi2.

(b2) (Fi2−Fo2)<−A2 が所定時間継続のとき、
出力S2を入力値Fi2とする。
(B2) When (Fi2-Fo2) <-A2 is continued for a predetermined time,
The output S2 is set as the input value Fi2.

(c2) |Fi2−Fo2|<B2 が所定時間継続のとき、
出力S2を出力値Fo2とする。
(C2) When | Fi2-Fo2 | <B2 is continued for a predetermined time,
The output S2 is set as an output value Fo2.

(d2) 上記以外のときは、出力S2を前回出力値とする。

ローパスフィルタ382の入力値Fi2と出力値Fo2の差が大きいときは入力値Fi2の変化が大きいとみなせる。よって、(Fi2−Fo2)が所定値A2より大きい状態が所定時間継続した場合、或いは(Fi2−Fo2)が所定値−A2より小さい状態が所定時間継続した場合には、入力値Fi2が大きい状態と判定して入力値Fi2を出力S2とする。また、入力値Fi2と出力値Fo2の差が小さいときは入力値Fi2の変化が小さいとみなせるため、|Fi2−Fo2|が所定値B2より小さい状態が所定時間継続したときは、出力値Fo2を出力S2とする。そして、信号の切替にチャタリングを生じないように、A2>B2となっている。
(D2) In cases other than the above, the output S2 is set as the previous output value.

When the difference between the input value Fi2 and the output value Fo2 of the low-pass filter 382 is large, it can be considered that the change of the input value Fi2 is large. Therefore, when (Fi2-Fo2) is larger than the predetermined value A2 for a predetermined time, or when (Fi2-Fo2) is smaller than the predetermined value -A2 for a predetermined time, the input value Fi2 is larger. And the input value Fi2 is set as the output S2. When the difference between the input value Fi2 and the output value Fo2 is small, it can be considered that the change in the input value Fi2 is small. Therefore, when the state where | Fi2-Fo2 | is smaller than the predetermined value B2 continues for a predetermined time, the output value Fo2 is set. The output is S2. In order to prevent chattering in signal switching, A2> B2.

このように本発明によれば、センタ応答性改善部33については操舵トルクTの大きい状態、つまり急操舵したような状態のときに、ローパスフィルタ前の信号を使用することにより補償の応答性を上げることができ、急操舵したときの操舵トルクTの急増を抑えることができる。また、慣性補償部38においてはモータ角速度ωの変化が大きい状態、例えばラックエンドに当たってモータ角速度ωが急減速したようなときに、ローパスフィルタ前の信号を使用することにより慣性補償の応答性を上げることができ、慣性を減速させる能力が高まり、衝撃力を緩和することができる。   As described above, according to the present invention, the center responsiveness improvement unit 33 can improve the responsiveness of compensation by using the signal before the low-pass filter when the steering torque T is large, that is, when the steering response is sudden. Thus, the sudden increase in the steering torque T at the time of sudden steering can be suppressed. Further, in the inertia compensator 38, when the change of the motor angular velocity ω is large, for example, when the motor angular velocity ω suddenly decelerates at the rack end, the response of the inertia compensation is improved by using the signal before the low-pass filter. The ability to decelerate inertia can be increased, and the impact force can be reduced.

このように本発明によれば、ローパスフィルタ入力信号の変化が大きくないときにはノイズ低減性能を優先するように働くため、ノイズ低減と応答性のトレードオフ関係を緩和することができる。   As described above, according to the present invention, when the change in the low-pass filter input signal is not large, the noise reduction performance is prioritized, so the trade-off relationship between noise reduction and responsiveness can be relaxed.

本発明は、ローパスフィルタを使用する逆起電圧補償機能を具備した電動パワーステアリング装置にも適用できるので、以下に逆起電圧補償を行う場合の例を説明する。   Since the present invention can also be applied to an electric power steering apparatus having a back electromotive force compensation function using a low-pass filter, an example of performing back electromotive force compensation will be described below.

先ず逆起電圧補償について、図3を参照して説明する。図3(A)は実際のモータを表わしており、逆起電圧EMF=Ke・ωが非線形要素なのでモータモデルは非線形要素となる。このモータモデルを線形化するということは、図3(B)に示すようにEMF推定値(算出値)を推定し、電圧指令値Vrefに加算すれば、実際のモータの逆起電圧EMFの影響を打ち消すことができ、モータモデルを1/(R+s・L)と線形化することができる。逆起電圧EMFは下記数1のように表わされる。
(数1)
EMF=V−(R+s・L)・I

ここで、逆起電圧EMFが完全に補償されていれば、EMF=0で上記数1は下記数2として表わされる。
(数2)
I/V=1/(Rn+s・Ln)=Pn
ここに、Rnは定挌モータ抵抗値、Lnは定挌モータインダクタンス値、Pnは
定格モータモデルである。

上記数2の特徴は線形式であることであり、数2を変形すると下記数3が得られる。
(数3)
V=I・(Rn+s・Ln)=I・Pn−1

数3を制御目標として書き表わすと、下記数4となる。
(数4)
Vref=Iref・(Rn+s・Ln)=Iref・Pn−1

よって、操舵補助指令値Irefを入力することにより電圧指令値Vrefを算出することができ、入力信号のノイズを除去するために、1次遅れのローパスフィルタを介挿する。即ち、下記数5が成立する。
(数5)
Vref=Iref・(Rn+s・Ln)/(1+s・T)
=Iref・Pn−1/(1+s・T)
ここに、T=1/2πfcであり、Tはローパスフィルタの時定数、fcはカットオフ周波数である。

上述の前提で、逆起電圧を補償するフィードフォワード制御の構成例を説明するが、ブラシレスモータの逆起電圧EMFは波形が電気角(角度)θの関数になり、振幅が角速度ωの関数になる。このことから、例えば電気角で1[rad/s]相当の振幅の逆起電圧波形を“E1”とすると、逆起電圧EMFは下記数6のようになる。
(数6)
EMF=E1(電気角[rad/s])×電気角速度[rad/s]

実際に使用する角速度ωの単位に合わせて逆起電圧波形E1を作成しておけば、角速度ωがどのような単位であっても対応可能である。
First, back electromotive force compensation will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows an actual motor. Since the back electromotive voltage EMF = Ke · ω is a non-linear element, the motor model is a non-linear element. Linearizing this motor model means that if an EMF estimated value (calculated value) is estimated and added to the voltage command value Vref as shown in FIG. And the motor model can be linearized to 1 / (R + s · L). The back electromotive force EMF is expressed as in the following formula 1.
(Equation 1)
EMF = V- (R + s · L) · I

Here, if the back electromotive force EMF is completely compensated, EMF = 0 and the above formula 1 is expressed as the following formula 2.
(Equation 2)
I / V = 1 / (Rn + s · Ln) = Pn
Here, Rn is a constant motor resistance value, Ln is a constant motor inductance value, and Pn is a rated motor model.

The feature of the above formula 2 is that it is a linear form. When the formula 2 is transformed, the following formula 3 is obtained.
(Equation 3)
V = I · (Rn + s · Ln) = I · Pn −1

When Expression 3 is expressed as a control target, the following Expression 4 is obtained.
(Equation 4)
Vref = Iref · (Rn + s · Ln) = Iref · Pn −1

Therefore, the voltage command value Vref can be calculated by inputting the steering assist command value Iref, and a first-order lag low-pass filter is inserted in order to remove noise from the input signal. That is, the following formula 5 is established.
(Equation 5)
Vref = Iref · (Rn + s · Ln) / (1 + s · T)
= Iref · Pn -1 / (1 + s · T)
Here, T = 1 / 2πfc, T is a time constant of the low-pass filter, and fc is a cutoff frequency.

Based on the above assumptions, a configuration example of feedforward control that compensates for the back electromotive force will be described. The back electromotive force EMF of the brushless motor has a waveform that is a function of an electrical angle (angle) θ and an amplitude that is a function of an angular velocity ω. Become. From this, for example, if the back electromotive voltage waveform having an electrical angle corresponding to 1 [rad / s] is “E1”, the back electromotive voltage EMF is expressed by the following equation (6).
(Equation 6)
EMF = E1 (electrical angle [rad / s]) × electrical angular velocity [rad / s]

If the counter electromotive voltage waveform E1 is prepared in accordance with the unit of the angular velocity ω that is actually used, it can be handled regardless of the unit of the angular velocity ω.

このような逆起電圧補償機能を具備した電動パワーステアリング装置の制御装置は、図9に対応させて図4に示すようになり、回転角度θ及び角速度ωを入力して逆起電圧補償値EMFを出力する逆起電圧補償部50が設けられている。逆起電圧補償値EMFは、電流制御部34の後段に設けられている加算部39Dにおいて電圧指令値Ic1と加算され、加算された電圧指令値Ic2がモータ巻き線35に入力される。   The control device of the electric power steering apparatus having such a back electromotive force compensation function is as shown in FIG. 4 corresponding to FIG. 9, and the back electromotive force compensation value EMF is inputted by inputting the rotation angle θ and the angular velocity ω. Is provided. The back electromotive force compensation value EMF is added to the voltage command value Ic1 in an adding unit 39D provided at the subsequent stage of the current control unit 34, and the added voltage command value Ic2 is input to the motor winding 35.

逆起電圧補償部50の詳細は図5に示すようになっており、回転角度θは波形生成部51に入力され、角速度ωはローパスフィルタ52、減算部53及び切替部54の接点bに入力される。波形生成部51は回転角度θに応じて図6に示すような波形Wを生成し、波形Wは逆起電圧EMFの振幅と符号を決定するために乗算部57に入力される。   The details of the back electromotive force compensation unit 50 are as shown in FIG. 5. The rotation angle θ is input to the waveform generation unit 51, and the angular velocity ω is input to the contact point b of the low pass filter 52, the subtraction unit 53, and the switching unit 54. Is done. The waveform generation unit 51 generates a waveform W as shown in FIG. 6 according to the rotation angle θ, and the waveform W is input to the multiplication unit 57 to determine the amplitude and sign of the back electromotive voltage EMF.

また、ローパスフィルタ52でノイズ除去のために濾過された角速度ωfは減算部53に減算入力されると共に、切替部54の接点aに入力される。減算部53は、ローパスフィルタ52前の角速度ωとローパスフィルタ52後の角速度ωfの差ωd(=ω−ωf)を求め、差ωdの絶対値|ωd|を絶対値化部55で求め、絶対値|ωd|が加減速状態検出部56に入力される。加減速状態検出部56は図7に示すように所定角速ω1及びω2に基づいて加減速状態を検出し、その加減速状態信号CSによって切替部54の接点a及びbを切替える。つまり、加減速状態でない非加減速状態の場合には加減速状態信号CSは出力されず、切替部54は接点aとなっており、切替部54から角速度ωfが出力され、加減速状態が検出されると加減速状態信号CSが出力され、加減速状態信号CSにより切替部54は接点aからbに切替えられ、ローパスフィルタ52を通らない角速度ωが切替部54から出力される。なお、減算部53、絶対値化部55、加減速状態検出部56及び切替部54で判定切替手段を構成している。   Further, the angular velocity ωf filtered for noise removal by the low-pass filter 52 is subtracted and input to the subtractor 53 and also input to the contact a of the switching unit 54. The subtractor 53 obtains a difference ωd (= ω−ωf) between the angular velocity ω before the low-pass filter 52 and the angular velocity ωf after the low-pass filter 52, and obtains an absolute value | ωd | The value | ωd | is input to the acceleration / deceleration state detection unit 56. As shown in FIG. 7, the acceleration / deceleration state detection unit 56 detects the acceleration / deceleration state based on the predetermined angular speeds ω1 and ω2, and switches the contacts a and b of the switching unit 54 by the acceleration / deceleration state signal CS. That is, in the non-acceleration / deceleration state that is not the acceleration / deceleration state, the acceleration / deceleration state signal CS is not output, the switching unit 54 is in the contact point a, the angular velocity ωf is output from the switching unit 54, and the acceleration / deceleration state is detected. Then, the acceleration / deceleration state signal CS is output, the switching unit 54 is switched from the contact point a to b by the acceleration / deceleration state signal CS, and the angular velocity ω that does not pass through the low-pass filter 52 is output from the switching unit 54. The subtraction unit 53, the absolute value conversion unit 55, the acceleration / deceleration state detection unit 56, and the switching unit 54 constitute a determination switching unit.

波形生成部51は回転角度θに従って図6の特性で波形Wを生成し、乗算部57で波形Wと切替部54の出力、つまり加減速状態では角速度ωと、非加減速状態では角速度ωfと乗算し、振幅と符号を決定された逆起電圧EMFを算出する。逆起電圧EMFは加算部39Dに入力される。   The waveform generation unit 51 generates the waveform W with the characteristics of FIG. 6 according to the rotation angle θ, and the multiplication unit 57 outputs the waveform W and the output of the switching unit 54, that is, the angular velocity ω in the acceleration / deceleration state and the angular velocity ωf in the non-acceleration / deceleration state. Multiplication is performed to calculate the back electromotive force EMF whose amplitude and sign are determined. The back electromotive voltage EMF is input to the adder 39D.

この結果、モータは非線形要素である逆起電圧EMFが予め補償された状態で制御されるので、制御誤差も少なく、トルクリップルも少ない電動パワーステアリング装置を得られると共に、応答性が必要な加減速操舵時はローパスフィルタ52前の角速度ωで逆起電圧を補償し、ノイズ除去が必要な操舵速度変化が小さい場合はローパスフィルタ52後の角速度ωfで逆起電圧を補償しているので、ラックエンドに当てた際の過電流を低減して信頼性を高めることができる。   As a result, the motor is controlled in a state in which the back electromotive force EMF, which is a non-linear element, is compensated in advance, so that an electric power steering apparatus with less control error and less torque ripple can be obtained, and acceleration / deceleration that requires responsiveness is required. At the time of steering, the back electromotive force is compensated by the angular velocity ω before the low-pass filter 52, and when the change in steering speed that requires noise removal is small, the back electromotive force is compensated by the angular velocity ωf after the low-pass filter 52. It is possible to increase the reliability by reducing the overcurrent when applied to.

本発明に係るセンタ応答性改善部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the center response improvement part which concerns on this invention. 本発明に係る慣性補償部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the inertia compensation part which concerns on this invention. 逆起電圧補償を説明するための図である。It is a figure for demonstrating back electromotive force compensation. 本発明を適用できる逆起電圧補償機能を有する装置の一例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows an example of the apparatus which has a back electromotive force compensation function which can apply this invention. 逆起電圧補償部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a back electromotive force compensation part. 逆起電圧補償部の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of a back electromotive force compensation part. 逆起電圧補償部の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of a back electromotive force compensation part. 一般的な電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。It is a figure showing an example of composition of a general electric power steering device. 一般的な制御装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a general control apparatus. センタ応答性改善部の構成例を示すブロックである。It is a block which shows the structural example of a center response improvement part.

符号の説明Explanation of symbols

1 操向ハンドル
2 コラム軸
3 減速ギア
10 トルクセンサ
11 イグニションキー
12 車速センサ
14 バッテリ
20 モータ
30 コントロールユニット
31 操舵補助指令値演算部
32 位相補償部
33 センタ応答性改善部
34 電流制御部
36A 角度センサ
36B 角速度演算部
38 慣性補償部
50 逆起電圧補償部
51 波形生成部
52、332、382 ローパスフィルタ
54 切替部
55 絶対値化部
56 加減速状態検出部
331、381 差分計算部
333、383 判定部
334、384 信号切替部
335、385 補償ゲイン部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering handle 2 Column axis | shaft 3 Reduction gear 10 Torque sensor 11 Ignition key 12 Vehicle speed sensor 14 Battery 20 Motor 30 Control unit 31 Steering assistance command value calculating part 32 Phase compensation part 33 Center response improvement part 34 Current control part 36A Angle sensor 36B Angular velocity calculation unit 38 Inertia compensation unit 50 Back electromotive force compensation unit 51 Waveform generation unit 52, 332, 382 Low pass filter 54 Switching unit 55 Absolute value conversion unit 56 Acceleration / deceleration state detection unit 331, 381 Difference calculation unit 333, 383 Determination unit 334, 384 Signal switching unit 335, 385 Compensation gain unit

Claims (4)

操舵トルク値及び車速に基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記電流指令値に基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与するモータを制御するモータ駆動制御部とを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置において、ラック移動量及びラック移動速度を考慮してラックエンドに近づいたことを判定するラックエンド判定部を具備し、前記ラックエンドに近づいたときに前記電流指令値を制限し、前記制限した電流指令値が零となるタイミングで前記モータに電磁ブレーキをかけるようにした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。 An electric motor comprising a current command value calculation unit that calculates a current command value based on the steering torque value and the vehicle speed, and a motor drive control unit that controls a motor that applies a steering assist force to the steering mechanism based on the current command value. The control device for the power steering device includes a rack end determination unit that determines whether the rack end is approached in consideration of the rack movement amount and the rack movement speed, and limits the current command value when approaching the rack end. And a controller for an electric power steering device, wherein the motor is electromagnetically braked at a timing when the limited current command value becomes zero. 前記電流指令値の制限を徐々に行うようになっている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 The control device for the electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the current command value is gradually limited. 前記電磁ブレーキをかける場合、前記モータの端子間を短絡するようになっている請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 The control device for an electric power steering apparatus according to claim 1 or 2, wherein when the electromagnetic brake is applied, the terminals of the motor are short-circuited. 前記ラックエンド判定部は舵角及び角速度を入力して前記ラックエンドに近づいたことを判定するようになっている請求項2又は3に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 4. The control device for an electric power steering apparatus according to claim 2, wherein the rack end determination unit inputs a steering angle and an angular velocity to determine that the rack end is approaching.
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