JP2009149184A - Electric power steering and electric damper system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車や車両のステアリング系にパワーステアリング用の電動モータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置、及び車両用サスペンション装置に備える電動ダンパ装置を含む電動パワーステアリング・電動ダンパ・システムに関する。 The present invention relates to an electric power steering device including an electric power steering device for applying a steering assist force by an electric motor for power steering to a steering system of an automobile or a vehicle, and an electric damper device provided in a vehicle suspension device. -Regarding the system.
一般に電動モータによる操舵補助力で運転者の操向ハンドルに掛ける操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置は、一般に良く知られている(特許文献1参照)。また、近年、サスペンション装置に用いられる油圧ダンパに代えて、ラックアンドピニオン機構を用いて、車輪の上下動に伴い上下運動をするロッドに対して噛み合わせたピニオンギアにより回転運動に変換し、その回転運動をダンパ用の電動モータに伝えて、その電動モータの回生発電を制御することによりダンパの減衰力を制御する電動ダンパが提案されている(特許文献2参照)。
しかしながら、従来の電動パワーステアリング装置と電動ダンパ装置は、パワーステアリング用の電動モータと、ダンパ用の電動モータに対して、個別のマイクロコンピュータにより制御演算して、それぞれの電動モータを個別に制御する制御装置を、個別に車両に搭載するものであった。そのため、例えば、電動パワーステアリング装置のマイクロコンピュータに入力される操舵トルクや、電動ダンパ装置のマイクロコンピュータに入力される車輪の上下の変位量等のアナログデータを、各マイクロコンピュータに組み合わせられるデジタルデータに変換するAD変換器においてデジタルデータに変換したとき、AD変換器の特性のばらつきによっては、操舵力の軽い電動パワーステアリング装置と、減衰力の高い、つまり、乗り心地の硬い電動ダンパ装置が組み合わせれられてしまうという可能性、また、その逆の組み合わせになってしまう可能性がある。
一般的に、操向ハンドルの操作感覚が軽い車はラグジュアリ車であり、サスペンション装置による乗り心地も柔らかいものが好まれる。
逆に、操向ハンドルの操作感覚が重い車はスポーティ車であり、サスペンション装置による乗り心地も硬いものが好まれる。これは、車両の操縦性に重きを置いて運転者が運転できるからである。
これらの特性の組み合わせが逆になって、例えば、操向ハンドルの操作感覚が軽いのに、サスペンション装置による乗り心地が硬いと、運転特性からいって運転が難しく、乗員の快適性が失われる。
本発明は、前記問題を解決するため、操向ハンドルの操作感覚とサスペンション装置による乗り心地が矛盾無く容易に組み合わせることができる電動パワーステアリング・電動ダンパ・システムを提供することを目的とする。
However, the conventional electric power steering device and the electric damper device control and calculate the electric motor for power steering and the electric motor for damper by individual microcomputers, and individually control each electric motor. The control device was individually mounted on the vehicle. Therefore, for example, analog data such as steering torque input to the microcomputer of the electric power steering device and vertical displacement of the wheel input to the microcomputer of the electric damper device is converted into digital data that can be combined with each microcomputer. When converted to digital data in the AD converter to be converted, depending on variations in the characteristics of the AD converter, an electric power steering device with a light steering force and an electric damper device with a high damping force, that is, a hard riding comfort can be combined. There is a possibility that it will be, and the reverse combination.
In general, a vehicle with a light steering handle feel is a luxury vehicle, and a vehicle with a soft riding comfort by a suspension device is preferred.
Conversely, a car with a heavy steering handle feel is a sporty car, and it is preferred that the suspension device has a hard ride. This is because the driver can drive with emphasis on the controllability of the vehicle.
If the combination of these characteristics is reversed, for example, if the steering wheel has a light operating feeling, but the riding comfort of the suspension device is hard, driving is difficult due to driving characteristics, and passenger comfort is lost.
In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an electric power steering / electric damper system that can easily combine the operation feeling of the steering wheel and the riding comfort of the suspension device without any contradiction.
前記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、パワーステアリング用の電動モータと、操向ハンドルからの操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、少なくともこの操舵トルクセンサからの信号により、パワーステアリング用の電動モータの駆動を制御する電動パワーステアリング制御手段と、電動パワーステアリング制御手段からの信号にもとづいてパワーステアリング用の電動モータを駆動するステアリングモータ駆動手段と、を有し、転舵輪を転舵する補助トルクを出力する電動パワーステアリング装置と、
車輪の上下動をダンパ用の電動モータの回転に変換する変換機構と、車輪の上下動の位置を検出する位置検出手段と、少なくとも位置検出手段からの信号にもとづいてダンパ用の電動モータによる減衰力を制御する電動ダンパ制御手段と、電動ダンパ制御手段からの信号にもとづいてダンパ用の電動モータによる減衰力を生じさせるダンパモータ駆動手段とを、有し、変換機構により車輪の上下動を減衰させる電動ダンパ装置と、を備え、
電動パワーステアリング制御手段と電動ダンパ制御手段が、少なくとも同じ一つのマイクロコンピュータ上で実行されることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, an invention according to
A conversion mechanism for converting the vertical movement of the wheel into the rotation of the electric motor for the damper, a position detection means for detecting the position of the vertical movement of the wheel, and attenuation by the electric motor for the damper based on at least a signal from the position detection means Electric damper control means for controlling the force, and damper motor driving means for generating a damping force by the electric motor for the damper based on a signal from the electric damper control means, and the vertical movement of the wheel is attenuated by the conversion mechanism An electric damper device,
The electric power steering control means and the electric damper control means are executed on at least one same microcomputer.
特に、マイクロコンピュータは、少なくとも、CPU(Central Pricessing Unit)に信号を送るまでの経路で、操舵トルクセンサからの信号及び位置検出手段からの信号が、インタフェース回路を経て、同じAD変換器に入力されてアナログ信号からデジタル信号に変換されることが望ましい。 In particular, in the microcomputer, at least on the route until a signal is sent to a CPU (Central Pricessing Unit), the signal from the steering torque sensor and the signal from the position detection means are input to the same AD converter via the interface circuit. Therefore, it is desirable to convert from an analog signal to a digital signal.
電動パワーステアリング制御手段と電動ダンパ制御手段が一つのマイクロコンピュータ上で実行され、特にインタフェース回路により同じAD変換器に入力され、共通の一つのマイクロコンピュータのCPUに入力されて演算制御されるので、AD変換器等や入力インタフェース回路に含まれる回路の特性のばらつきによる電動パワーステアリング装置の補助トルク特性のばらつきと、電動ダンパの減衰特性のばらつきの組み合わせが独立に生じることを防止できる。 The electric power steering control means and the electric damper control means are executed on one microcomputer, in particular, input to the same AD converter by the interface circuit, and input to the CPU of one common microcomputer for arithmetic control. It is possible to prevent the combination of the variation in the auxiliary torque characteristic of the electric power steering device due to the variation in the characteristic of the circuit included in the AD converter or the input interface circuit and the variation in the attenuation characteristic of the electric damper from occurring independently.
本発明によれば、操向ハンドルの操作感覚とサスペンション装置による乗り心地が矛盾無く容易に組み合わせることができる電動パワーステアリング・電動ダンパ・システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electric power steering / electric damper / system that can easily combine the operation feeling of the steering wheel and the riding comfort of the suspension device without contradiction.
本発明の実施形態を図を参照しながら説明する。
《電動ステアリング・電動ダンパ・システムの主要な構成》
先ず、図1を参照しながら適宜図2、図4を参照して、実施形態に係る電動ステアリング・電動ダンパ・システムの主要な構成について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る電動ステアリング・電動ダンパ・システムの主要な構成の配置図である。
図1に示すように、左右の前輪(車輪)1FL,1FRを転舵するラックギア8aにピニオンギア7aが噛み合い、ラックギア8aのラック軸8に操向ハンドル3のハンドル軸が、図示省略の自在継ぎ手を介して接続されている。操向ハンドル3とピニオンギア7aとの間にはトルクセンサ(操舵トルクセンサ)17とピニオン軸7に操舵補助力(補助トルク)を付与するパワーステアリング用の電動モータ4から駆動力を伝達されるウォームホイールギア5bが設けられ、電動パワーステアリング装置のうちの機械的構成部分である電動パワーステアリング機構25を構成している。
ここで車輪1FL,1FRは請求項に記載の転舵輪に対応する。
トルクセンサ17からの出力信号は制御ECU(Electric Control Unit)200に入力されている。電動モータ4は、車速センサ104、トルクセンサ17(図2参照)等からの信号により制御ECU200により制御される。
電動パワーステアリング機構25の詳細な構成の説明は、図2を参照しながら後記する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Main components of electric steering, electric damper and system>
First, with reference to FIG. 1 and FIG. 2 and FIG. 4 as appropriate, main components of the electric steering / electric damper system according to the embodiment will be described.
FIG. 1 is a layout diagram of main components of an electric steering / electric damper system according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a
Here, the wheels 1FL and 1FR correspond to the steered wheels recited in the claims.
An output signal from the
The detailed configuration of the electric
また、各車輪1FL,1FR,1RL,1RRに設けられるサスペンション装置14FL,14FR,14RL,14RR(図4参照)には、電動ダンパ変換機構(変換機構)30FL,30FR,30RL,30RRが組み込まれる。各電動ダンパ変換機構30FL,30FR,30RL,30RRは、それぞれ制御ECU200により制御されるダンパ用の電動モータ35FL,35FR,35RL,35RRを有している。また、サスペンション装置14FL,14FR,14RL,14RR(図4参照)には、車輪1FL,1FR,1RL,1RRの上下の変位量を検出する変位量検出センサ(位置検出手段)80FL,80FR,80RL,80RRが設けられ、その出力信号が制御ECU200に入力される。
電動ダンパ変換機構30FL,30FR,30RL,30RRの詳細な構成は図4から図6を参照しながら後記する。
Further, electric damper conversion mechanisms (conversion mechanisms) 30FL, 30FR, 30RL, and 30RR are incorporated in suspension devices 14FL, 14FR, 14RL, and 14RR (see FIG. 4) provided in the respective wheels 1FL, 1FR, 1RL, and 1RR. Each of the electric damper conversion mechanisms 30FL, 30FR, 30RL, 30RR has damper electric motors 35FL, 35FR, 35RL, 35RR controlled by the
The detailed configuration of the electric damper conversion mechanisms 30FL, 30FR, 30RL, and 30RR will be described later with reference to FIGS.
《電動パワーステアリング装置》
次に、図2、図3を参照しながら本実施形態の電動ステアリング・電動ダンパ・システムにおける電動パワーステアリング装置について詳細に説明する。
図2は、電動パワーステアリング装置の構成図である。図3は電動パワーステアリング装置に用いられるトルクセンサの詳細な構成図である。
電動パワーステアリング装置301は、図2に示すように操向ハンドル3が設けられたハンドル軸3aと、シャフト3cと、ピニオン軸7とが、2つの自在継ぎ手3bによって連結され、ピニオン軸7の下端部に設けられたピニオンギア7aは、車幅方向に往復運動可能なラック軸8のラックギア8aに噛合し、ラック軸8の両端には、タイロッド9、9を介して左右の前輪(車輪)1L、1Rが連結されている。
《Electric power steering device》
Next, the electric power steering apparatus in the electric steering / electric damper / system of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 2 is a configuration diagram of the electric power steering apparatus. FIG. 3 is a detailed configuration diagram of a torque sensor used in the electric power steering apparatus.
As shown in FIG. 2, the electric
なお、ピニオン軸7は、その上部、中間部、下部を軸受3e、3f、3gを介してステアリングギアボックス10に支持され、軸受3e、3fの間に磁歪式のトルクセンサ(操舵トルクセンサ)17が設けられている。
前記したステアリングギアボックス10のうち、ピニオンギア7a、ラック軸8、軸受3gを収容するラック部分の内部に、ラック軸8を軸方向自在に摺動させる滑り軸受10aが設けられている。
この構成により、電動パワーステアリング装置301は、操向ハンドル3の操作時に車両の進行方向を変えることができる。ここで、ラック軸8、ラックギア8a、タイロッド9、9は転舵機構を構成する。
The pinion shaft 7 is supported at its upper, middle and lower portions by a
In the
With this configuration, the electric
また、電動パワーステアリング装置301は、操向ハンドル3による操舵力を軽減するための操舵補助力(補助トルク)を供給する電動モータ4を備えており、この電動モータ4の出力軸に設けられたウォームギア5aが、ピニオン軸7に設けられたウォームホイールギア5bに噛合している。
すなわち、ウォームギア5aとウォームホイールギア5bとで減速機構5が構成されている。また、電動モータ4の回転子と電動モータ4に連結されているウォームギア5aとウォームホイールギア5bとピニオン軸7とラック軸8とラックギア8aとタイロッド9、9等により、電動パワーステアリング機構25が構成されている。
The electric
That is, the
電動モータ4は、例えば、ブラシ付き直流モータであり、電力を機械的動力(PM=ωMTM)に変換するものである。
ここで、ωMは電動モータ4の角速度であり、TMは電動モータ4の発生トルクである。
The
Here, ω M is the angular velocity of the
ここで、操向ハンドル3に加えられる操舵トルクをTs、減速機構5を介して倍力された電動モータ4の発生トルクによりアシストするアシスト量AHの係数を、例えば、車速VSの関数として変化するkA(VS)とする。この場合、AH=kA(VS)×Tsであるから、ピニオン軸7に掛かるピニオントルクTpは、次式(1)のように表される。
Tp=Ts+AH
=Ts+kA(VS)×Ts ・・・・・・・(1)
これより、操舵トルクTsは、次式(2)のように表現される。
Ts=Tp/(1+kA(VS)) ・・・・・・・(2)
Here, the steering torque applied to the steering wheel 3 Ts, the coefficients of the assist amount A H, which assists the booster has been generated torque of the
Tp = Ts + A H
= Ts + k A (VS) × Ts (1)
Thus, the steering torque Ts is expressed as the following equation (2).
Ts = Tp / (1 + k A (VS)) (2)
従って、操舵トルクTsは、ピニオントルクTp(負荷)の1/{1+kA(VS)}倍に軽減される。例えば、車速VS=0のときにkA(0)=2ならば、操舵トルクTsは、ピニオントルクTpの1/3の軽さに制御され、車速VS=100km/hのときに、kA(100)=0ならば、操舵トルクTsは、ピニオントルクTpと等しくなり、マニュアルステアリングと同等のしっかりとした重さの操舵トルクの手応え感に制御される。すなわち、車速VSに応じて操舵トルクTsを制御することにより、低速走行時には軽やかに、高速走行時にはしっかりとした安定な操舵トルクの手応え感が付与される。 Therefore, the steering torque Ts is reduced to 1 / {1 + k A (VS)} times the pinion torque Tp (load). For example, if k A (0) = 2 when the vehicle speed VS = 0, the steering torque Ts is controlled to be 1/3 lighter than the pinion torque Tp, and k A when the vehicle speed VS = 100 km / h. If (100) = 0, the steering torque Ts becomes equal to the pinion torque Tp, and is controlled to feel the steering torque with a firm weight equivalent to that of manual steering. In other words, by controlling the steering torque Ts in accordance with the vehicle speed VS, a sense of responsiveness of a stable and stable steering torque is imparted lightly during low-speed traveling and firmly during high-speed traveling.
また、電動パワーステアリング装置301は、電動モータ4を駆動するモータ駆動部206と、ピニオン軸7に加えられるピニオントルクTpを検出するトルクセンサ17と、車両の速度(車速)を検出する車速センサ104と、電動モータ4の駆動を制御する制御ECU200を備えている。
The electric
モータ駆動部206は、例えば、H型のFETブリッジ回路のような複数のスイッチング素子を備え、制御ECU200からのPWM制御信号を用いて、電動モータ4を駆動するものである。また、モータ駆動部206は図示しない電動モータ4に供給するモータ電流値を検出する機能を備えている。
モータ駆動部206の詳細な構成については、後記する図8及び図9の(b)の説明において詳細に述べる。
The
The detailed configuration of the
車速センサ104は、車速を単位時間あたりのパルス数として検出するものであり、車速VSを示す信号を出力する。
The
(トルクセンサ)
次に図3を参照しながら適宜図2、図12を参照してトルクセンサの詳細な構成について説明する。トルクセンサ17は、ピニオン軸7に加えられる操舵トルクTsの大きさと方向を検出するものであり、ステアリングギアボックス10(図2参照)の内の前記したラック部分にフランジ接合されるリッド部分の軸受3fより上の部分の中に、ピニオン軸7と一体に組み立てられて、軸受3e,3fとともに収容されている。
ちなみに、ピニオン軸7の上端には結合部3kが設けられている。
(Torque sensor)
Next, the detailed configuration of the torque sensor will be described with reference to FIGS. 2 and 12 as appropriate with reference to FIG. The
Incidentally, the upper end of the pinion shaft 7 is provided with a
図3に示すように磁歪式のトルクセンサ17は、軸受3eと軸受3fとの間に、ピニオン軸7に同軸に設けられている。
トルクセンサ17は、特開2006−322952号公報の図1、図2に記載されたものと同じ構成であり、ピニオン軸7の外周面に、例えば、Fe−Ni系やFe−Cr系等正の磁歪定数を示す磁歪材がメッキや蒸着等により、所定の膜厚、例えば、30ミクロン以下で、周方向全周に亘って、所定の軸方向間隔を設けて軸方向に2ヶ所形成され、磁歪膜17a,17bを構成している。しかも、それぞれ逆方向の磁気異方性が得られるように、ピニオン軸7に所定のトルクを印加した状態で高周波加熱により加熱し室温に戻し、トルクを取り去ることにより付与している。これにより、磁歪膜17a,17bに捩りトルクが印加されていない場合においても、常に捩じり応力が掛かっており、捩じりの歪が加わっているため、逆磁歪特性での歪の作用方向、即ち印加トルクの作用方向と大きさを検出している。
As shown in FIG. 3, the
The
そして、トルクセンサ17の磁歪膜17aに対してはソレノイド形状をして磁歪膜17aを励磁するとともに検出する検出コイル17cが、磁歪膜17bに対してはソレノイド形状をして磁歪膜17bを励磁するとともに検出する検出コイル17dが、配置されている。
トルクセンサ17において、ピニオン軸7にトルクが作用したとき、磁歪膜17a,17bにもトルクが作用し、このトルクに応じて磁歪膜17a,17bに逆磁歪効果が生じる。図示しない励磁電圧供給源から前記した励磁と検出を兼ねた検出コイル17c,17dに高周波の交流電圧(励磁電圧)を供給すると、磁歪膜17a,17bに掛かっているトルクにもとづく逆磁歪効果による磁界の変化を、検出コイル17c,17dによりインピーダンスあるいは誘導電圧の変化としてそれぞれ検出することができる。このとき、ピニオン軸7の捩りトルク以外にも常に捩じり応力が磁歪膜17a,17bに印加された状態となっているため、歪の作用方向、即ちピニオン軸7に加えられたトルク(操舵トルク)の作用方向と大きさを検出することができる。
検出コイル17c,17dそれぞれから出力される信号VT1,VT2は、入力インタフェース回路112(図12参照)の中の入力インタフェース部112aの一部を構成する変換回路231,232に入力されアナログ電圧信号(トルク検出電圧)に変換され、更に差動増幅回路233に入力され、増幅されてアナログ電圧信号であるトルク検出電圧VT3として、後段のAD変換器112b(図12参照)に入力される。
電動パワーステアリング装置301における制御の詳細については制御ECU200の詳細な構成の説明の中で後記する。
A
In the
Signals VT1 and VT2 output from the detection coils 17c and 17d, respectively, are input to the
Details of the control in the electric
《電動ダンパ変換装置》
次に、図4から図6を参照しながら電動ダンパ装置の電動ダンパ変換機構について説明する。
図4は、電動ダンパ装置を適用した車両用サスペンション装置を備えた車両の、背面から見た模式図である。図5は電動ダンパ装置用の電動ダンパ変換機構の断面構造図である。図6は図5におけるA−A部分断面図である。
図4では、直接にはリアサスペンションを示しているが、フロントサスペンションは、図4における車輪支持部材13がステアリングナックルに置き換わるだけであり、基本的にリアサスペンションと同じ構成である。図4において( )内にフロントサスペンションにおける符号を示してある。ここで、左右前輪に係わる構成で、説明上区別するときには数字符号の後ろに左前輪を示すFL、右前輪を示すFRを付し、例えば、単に車輪1と表示せず車輪1FL,1FRと表示し、左右後輪に係わる構成で、説明上区別するときには数字符号の後ろに左後輪を示すRL、右後輪を示すRRを付し、例えば、単に車輪1と表示せず車輪1RL,1RRと表示する。他の各車輪1に係わるサスペンション装置14及びその構成についても同様である。
本実施形態では、左右の前輪1FL,1FR及び左右の後輪1RL,1RRすべてのサスペンション装置14FL,14FR,14RL,14RRに電動ダンパ装置303(図8参照、図8中、303FL,303FR,303RL,303RRと表示)の電動ダンパ変換機構30FL,30FR,30RL,30RRを備えた場合を例に説明する。
《Electric damper conversion device》
Next, the electric damper conversion mechanism of the electric damper device will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a schematic view of a vehicle including a vehicle suspension device to which the electric damper device is applied, as viewed from the back. FIG. 5 is a cross-sectional structure diagram of an electric damper conversion mechanism for the electric damper device. 6 is a partial cross-sectional view taken along line AA in FIG.
Although the rear suspension is shown directly in FIG. 4, the front suspension is basically the same as the rear suspension, except that the
In the present embodiment, the electric damper device 303 (see FIG. 8, 303FL, 303FR, 303RL, A case where the electric damper conversion mechanism 30FL, 30FR, 30RL, 30RR (shown as 303RR) is provided will be described as an example.
(サスペンション装置)
図4に示すように、車両2は車体6に左右一対の車両用サスペンション装置(以下、単にサスペンション装置と称する)14FL,14FR、及びサスペンション装置14RL,14RRを備えている。車体6は、前後左右の上部にサスペンション取付部6a,6a,6a,6aを有している。サスペンション装置14FL,14FR,14RL,14RRは、車両2のフロントサスペンション、又はリヤサスペンションとして採用され、車体6には左右の車輪1FL,1FR,1RL,1RRを懸架する。
(Suspension device)
As shown in FIG. 4, the vehicle 2 includes a vehicle body 6 having a pair of left and right vehicle suspension devices (hereinafter simply referred to as suspension devices) 14FL and 14FR, and suspension devices 14RL and 14RR. The vehicle body 6 has
左のサスペンション装置14RL(14FL)は、例えば、上側のアッパーアーム11及び下側のロアアーム12と、車輪支持部材13と、電動ダンパ変換機構30RL(30FL)とからなる、ダウルウィッシュボーン式サスペンション又はマルチリンク式サスペンションである。
The left suspension device 14RL (14FL) is, for example, a dow wishbone type suspension or multi-unit comprising an
アッパーアーム11及びロアアーム12は、車体6の側部に上下スイング可能に連結されている。車輪支持部材13は、車輪1RL(1FL)を回転可能に支持するためのナックルからなり、アッパーアーム11の先端及びロアアーム12の先端部に上下スイング可能に連結されている。左の電動ダンパ変換機構30RL(30FL)は、上部に電動モータ35RL(35FL)を有し、車体6のサスペンション取付部6aと車輪支持部材13の下部との間に掛け渡されて、車輪1RL(1FL)に作用する上下方向の振動を電動モータ35RL(35FL)により減衰させるものである。
The
左の電動ダンパ変換機構30RL(30FL)は、図4に示すように、車体6に対して車輪1RL(1FL)が相対的に上下方向に変位するときの変位量St(図示せず)を検出する変位量検出センサ(位置検出手段)80RL(80FL)をそれぞれ有している。 The left electric damper conversion mechanism 30RL (30FL) detects a displacement St (not shown) when the wheel 1RL (1FL) is displaced in the vertical direction relative to the vehicle body 6, as shown in FIG. Displacement amount detecting sensor (position detecting means) 80RL (80FL).
右のサスペンション装置14RR(14FR)及びそれに備わる電動ダンパ変換機構30RR(30FR)は、それぞれ左のサスペンション装置14RL(14FL)及び電動ダンパ変換機構30RL(30FL)と左右対称である他には同じ構成なので、説明を省略する。
以下、重複する説明を省略するため、左側の電動ダンパ変換機構30RL(30FL)を例に詳細な構成を説明する。
The right suspension device 14RR (14FR) and the electric damper conversion mechanism 30RR (30FR) included in the right suspension device 14RR (14FR) have the same configuration as the left suspension device 14RL (14FL) and the electric damper conversion mechanism 30RL (30FL) except that they are bilaterally symmetric. The description is omitted.
Hereinafter, in order to omit redundant description, a detailed configuration will be described by taking the left-side electric damper conversion mechanism 30RL (30FL) as an example.
(コイルスプリング)
図4に示すように、コイルスプリング36は、車輪1RL(1FL)に作用した車体重量を支えつつ、上下方向の振動や衝撃力を吸収する緩衝装置である。図5に示すように、このコイルスプリング36は、電動ダンパ変換機構30RL(30FL)の下部側に配置され、電動モータ35RL(35FL)に対してロッド32により下方向に離れた位置に、ロッド32と同軸に、つまり、後記するダンパハウジング31のロッド部42をコイルスプリング36のコイル内径内方に収容して配置されている。このコイルスプリング36の上端部36aはロッド部42の上方側に固定されたばね座71(図5参照)に、下端部36bはロッド32の下方側の端部32aに固定されたばね座72(図5参照)にそれぞれ、個別に取り付けられている。このコイルスプリング36は、ばね座71とばね座72の間に介在することにより、ダンパハウジング31のロッド部42とロッド32とを、上下軸方向に互いに離反する方向へ付勢する。
(coil spring)
As shown in FIG. 4, the
図5に示すようにロッド部42の開放端と、開放端から下方に突出しているロッド32とを覆うダストブーツ37がロッド32の軸方向へ伸縮自在に設けられている。ダストブーツ37は、ダンパハウジング31の内部を外部からシールし、塵埃等異物の侵入防止や、雨水や路面の水が侵入しないようにダンパハウジング31の開口部をシールする。
As shown in FIG. 5, a dust boot 37 covering the open end of the rod portion 42 and the
以下に、図5、図6を参照しながら適宜図4を参照して電動ダンパ変換機構30RL(30FL)の詳細な構成を説明する。
《電動ダンパ変換機構》
図5に示すように、電動ダンパ変換機構30RL(30FL)は、主にダンパハウジング31と、ロッド32と、ラックアンドピニオン機構33と、電動モータ35RL(35FL)からなる。
ここで、本実施形態におけるラックアンドピニオン機構33が請求項に記載の変換器機構に対応する。
Hereinafter, the detailed configuration of the electric damper conversion mechanism 30RL (30FL) will be described with reference to FIGS.
<Electric damper conversion mechanism>
As shown in FIG. 5, the electric damper conversion mechanism 30RL (30FL) mainly includes a
Here, the rack and
図5に示すようにダンパハウジング31は、上下方向に細長い略円筒状の部材であって、ラックピニオン部41とロッド部42とからなる。ラックピニオン部41とロッド部42は、互いに同軸に配置されて一端部で、例えば、圧入や溶接接続されて、それぞれの中空部が同軸で連通している。ラックピニオン部41の上端側(他端)は端面部41aを有し、皿状のインシュレータ43と取付ボルト44とを有し、取付ボルト44によってサスペンション取付部6a(図4参照)に固定される。ダンパハウジング31のロッド部42の下端(他端)は、開放されている。
As shown in FIG. 5, the
ロッド32は、図5に示すようにダンパハウジング31と同軸に配置された細長い丸棒からなり、ダンパハウジング31内に収納され、ラックピニオン部41に収容されたラックアンドピニオン機構33と、ロッド部42内部に配置された滑り軸受45により、上下方向にスライド可能に支持されている。ロッド32は、その下端に環状の連結部47を有する端部32aが、ダンパハウジング31のロッド部42の下端開口から下方側に延び、車輪支持部材13の下部にスイング可能に接続されている。
なお、連結部47は、ロアアーム12にスイング可能に接続されていても良い。
As shown in FIG. 5, the
The connecting
また、ラックピニオン部41の端面部41aには、ラバー等の弾性材からなるバンプストッパ48が固定され、ロッド32の上端面がバンプストッパ48に、衝突したとき、その弾性で衝撃を吸収する。
A
(ラックアンドピニオン機構)
図6に示すように、電動ダンパ変換機構30RL(30FL)の上部には、そのモータ軸35a(図5参照)が、ロッド32の上部の外周面に設けられたラックギア51の軸方向と略直角をなすように取り付けられている。モータ軸35aにはピニオン軸53が接続され、ピニオン軸53に設けられたピニオンギア52と、前記したラックギア51が、噛み合いラックアンドピニオン機構33を構成している。ラックアンドピニオン機構33は、ラックピニオン部41の内部に収納され、ピニオン軸53はその両端部を、ラックピニオン部41に固定された軸受54,55により回転可能に支持されている。
電動モータ35RL(35FL)は、フランジによりラックピニオン部41に固定されている。
(Rack and pinion mechanism)
As shown in FIG. 6, the motor shaft 35 a (see FIG. 5) is disposed at an upper portion of the electric damper conversion mechanism 30 RL (30 FL) substantially at right angles to the axial direction of the
The electric motor 35RL (35FL) is fixed to the rack and
ところで、ラックアンドピニオン機構33は、電動モータ35RL(35FL)から大出力を受けるとともに、車輪1RL(1FL)が高速で上下動した場合には、上下動を高速で回転運動に変換する。そのような場合であっても、ラックギア51とピニオンギア52の噛み合い状態は確実に維持される必要がある。そのため、ラックギア51とピニオンギア52の各歯幅は大きく設定される。
By the way, the rack and
図6に示すように、ラックギア51が設けられたロッド32の背面を、摺動部材61を介してロッドガイド62が押圧し、ラックギア51をピニオンギア52に押し付ける。このピニオンギア52方向へのラックギア51に対する与圧は、調整ボルト64により付勢力を調整された圧縮コイルばね63がロッドガイド62を押圧することによりなされる。
As shown in FIG. 6, the
ロッドガイド62は、ラックギア51の背面側からロッド32を支えるとともに、ロッド32を軸方向にスライド可能に案内する。摺動部材61は、ロッド32とロッドガイド62との間に介在し、ラックギア51の背面側のロッド32の外周面に直接接触して、スライド抵抗を低減する。この摺動部材61は、耐摩耗性を有するとともに摩擦抵抗が小さい材料からなる。ロックナット65は、調整ボルト64の位置決めをした後の緩みを防止するものである。
The
このように、ロッドガイド62によりラックギア51をピニオンギア52方向に押すことにより、ラックギア51とピニオンギア52との噛み合いの遊び(バックラッシュ)をゼロ又は最小限に設定することができ、ロッド32の上下運動が微振動であっても、確実にピニオンギア52の回転に変換することができ、電動モータ35RL(35FL)に応答性良く減衰力を発生させることができる。
Thus, by pushing the
(電動モータ)
電動モータ35RL(35FL)は、例えば、ブラシ付き直流モータからなり、ラックピニオン部41のフランジ部に取り付けられている。電動モータ35のモータ軸35aとピニオン軸53の連結方法としては、例えば、図6に示すようにセレーションによる連結でも良いし、又は、図示せぬカップリングによる弾性的連結でも良い。
(Electric motor)
The electric motor 35RL (35FL) is composed of, for example, a DC motor with a brush, and is attached to the flange portion of the rack and
(変位量検出センサ)
次に図7を参照しながら適宜図4を参照して電動ダンパ装置の変位量検出センサの詳細な構成を説明する。図7は変位量検出センサの模式図である。
変位量検出センサ80を個別に区別する必要がある場合は、前記したように数字の符号80の後ろに符号FL,FR,RL,RRを付加するが、その必要がないときは単に変位量検出センサ80と称する。
(Displacement detection sensor)
Next, the detailed configuration of the displacement detection sensor of the electric damper device will be described with reference to FIG. 4 as appropriate with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram of a displacement detection sensor.
When it is necessary to individually distinguish the
変位量検出センサ80は、例えば、図4に示すようにロアアーム12と車体6との間に掛け渡されたスイングロッド82と車体6側に取り付けられたセンサハウジング81とを有し、ロアアーム12が上下にスイングするスイング角の変位量を検出することによって、車輪1の上下動の変位、つまり、ストロークを間接的に検出する。
The displacement
以下、左の変位量検出センサ80FL,80RLについて、詳細に説明する。図7に示すように、変位量検出センサ80は、スイングロッド82の一方の端部82aがロアアーム12(図4参照)に回動可能に接続され、他の端部82bがセンサハウジング81から突出した伝達機構84の軸と回動可能に接続し、伝達機構84がセンサハウジング81内の例えば、ポテンショメータ85に接続されて構成されている。
Hereinafter, the left displacement amount detection sensors 80FL and 80RL will be described in detail. As shown in FIG. 7, in the
スイングロッド82自体は、端部82a、端部82b、筒状体の調整管82c、及びロックナット82dから構成されている。図7において調整管82cの端部82a側の内周に雌ねじが切ってあり、調整管82cに端部82aの雄ねじをねじ込んで、一本のスイングロッド82に組み立ててある。スイングロッド82をロアアーム12と伝達機構84とに接続するときに、端部82aを回して長さを調整し、長さ調整が終わったところで、ロックナット82dを調整管82c側に締付けて、スイングロッド82全体の長さを固定する。
The
ポテンショメータ85は、スイングロッド82のスイング角を検出するものである。ポテンショメータ85は、抵抗素子85aと摺動素子85bとからなる。抵抗素子85aの一端は、抵抗器86を介して定電圧電源87に接続されている。抵抗素子85aの他端は、抵抗器88を介してアースに接続されている。摺動素子85bは、スイングロッド82のスイング運動に応じて抵抗素子85a上を摺動可能である。摺動素子85bによって得られた電圧信号(変位量検出センサ80の検出信号)は、出力端子85cから出力される。このようにして、変位量検出センサ80は、図4に示す車輪1の変位量Stをロアアーム12を介して検出することができる。
The
以上の説明を纏めると、次の通りである(図4〜図7参照)。
サスペンション装置14は、コイルスプリング36のコイル内径の内方側に、同軸に電動ダンパ変換機構30のロッド32及びそれを収納するダンパハウジング31の下部側のロッド部42を収容し、コイルスプリング36の上端部36aを固定するロッド部42に固定されたばね座71よりも上側にラックアンドピニオン機構33や電動モータ35が配置されている。
つまり、電動ダンパ変換機構30の構成部品のうちロッド32のみがコイルスプリング36の「ばね下荷重」に含まれる極めて軽量な構造になっている。
しかも、従来の油圧式ダンパ装置のように、コイルスプリング36のコイル径内方に大径の油圧用ピストンを設ける必要は無いので、コイルスプリング36のコイル径を小さく設定することができ、コイルスプリング36の設計の自由度が高まるとともに、小型化、軽量化を図ることができるとともに車両2の車室を大きくとることができる。
The above description is summarized as follows (see FIGS. 4 to 7).
The suspension device 14 accommodates the
That is, of the components of the electric damper conversion mechanism 30, only the
In addition, unlike the conventional hydraulic damper device, there is no need to provide a large-diameter hydraulic piston inside the coil diameter of the
更には、コイルスプリング36によって「ばね上荷重」(車体6を含む)を支えることができるので、電動モータ35は、ダンパ機能、つまり、減衰力を制御するだけで良い。このため、電動モータ35を小出力の小型のものにすることができる。従って、電動ダンパ変換機構30全体を小型軽量化することができる。
Furthermore, since the “spring load” (including the vehicle body 6) can be supported by the
電動モータ35を小型軽量化することによって、モータ自体の機械的な内部損失や、ロータの慣性による出力損失を小さくすることができる。例えば、ロータの径が小さいほど、ロータの慣性モーメントは小さくなる(慣性モーメントは、ロータ径の二乗に比例する)。従って、電動モータによって減衰力を制御するのに、モータ自体の機械的な内部損失やロータ慣性による影響を極力抑制することができ、車体6に対する車輪1の相対的な上下運動を、応答性良く減衰できるので、車両を安定させるとともに滑らかに収束させることができる。
By reducing the size and weight of the electric motor 35, the mechanical internal loss of the motor itself and the output loss due to the inertia of the rotor can be reduced. For example, the smaller the rotor diameter, the smaller the rotor inertia moment (the moment of inertia is proportional to the square of the rotor diameter). Therefore, when the damping force is controlled by the electric motor, the influence of the mechanical internal loss of the motor itself and the rotor inertia can be suppressed as much as possible, and the relative vertical movement of the
更には、車輪1が上下動したときに、電動モータ35は車輪1とともに上下動しないので、電動モータ35の耐久性を高めることができる。
Furthermore, since the electric motor 35 does not move up and down with the
《電動パワーステアリング・電動ダンパ・システムの制御回路と電動モータ駆動回路》
次に、電動パワーステアリング・電動ダンパ・システム100の制御回路と電動モータ駆動回路について、図8を参照しながら適宜図9、図10を参照して説明する。
本制御回路と電動モータ駆動回路の特徴は、電動パワーステアリング・電動ダンパ・システム100を構成する電動パワーステアリング装置301と電動ダンパ装置303の制御を、故障診断用に別にマイクロコンピュータを設けることはあっても、基本的にマイクロコンピュータ113のCPU一つで行ない、その制御信号に従い電動モータの駆動回路(後記するモータ駆動部106FL,106FR,106RL,106RR,206が相当)が制御される点である。
図8は、電動パワーステアリング・電動ダンパ・の制御回路と電動モータ駆動回路のブロック構成図であり、図9の(a)は電動ダンパ装置の電動モータの駆動回路を構成するブリッジ回路の例としてHブリッジ回路を示す図であり、(b)は電動パワーステアリング装置の電動モータの駆動回路を構成するブリッジ回路の例としてHブリッジ回路を示す図である。
図8に示すように、電動パワーステアリング・電動ダンパ・システム100の制御回路と電動モータの駆動回路とは、バッテリ101と、メインスイッチ102と、メインリレー103と、車速センサ104と、各車輪の変位量検出センサ80(図8中、80FL,80FR,80RL,80RRと表示)と、制御ECU200、各電動ダンパ装置303のモータ駆動部106(図8中、106FL,106FR,106RL,106RRと表示)と、トルクセンサ17とを含んで構成される。
<< Control circuit and electric motor drive circuit for electric power steering, electric damper, system >>
Next, the control circuit and electric motor drive circuit of the electric power steering / electric damper / system 100 will be described with reference to FIGS. 9 and 10 as appropriate with reference to FIG.
The control circuit and the electric motor drive circuit are characterized in that a separate microcomputer is provided for controlling the electric
FIG. 8 is a block configuration diagram of an electric power steering / electric damper / control circuit and an electric motor drive circuit, and FIG. 9 (a) is an example of a bridge circuit constituting an electric motor drive circuit of the electric damper device. It is a figure which shows an H bridge circuit, (b) is a figure which shows an H bridge circuit as an example of the bridge circuit which comprises the drive circuit of the electric motor of an electric power steering apparatus.
As shown in FIG. 8, the control circuit of the electric power steering / electric damper / system 100 and the drive circuit of the electric motor include a
メインスイッチ102は、例えば、イグニッションスイッチからなる。メインリレー103は、例えば、バッテリ101に接続された常開接点103aと常開接点103aを閉動作させる励磁コイル103bとからなり、制御ECU200に含まれる後記するマイクロコンピュータ113に制御されて、リレー駆動回路116を介して開閉動作がなされる。
The
(制御ECU)
制御ECU200は、各変位量検出センサ(図8中80FL,80FR,80RL,80RRと表示)からの信号にもとづき各電動ダンパ変換機構30の電動モータ35(図8中、35FL,35FR,35RL,35RRと表示)を駆動して、各車輪1(図4参照)の上下動の減衰制御機能と、トルクセンサ17からの信号にもとづき電動モータ4を駆動して補助トルクの出力制御機能と、を有する部分である。制御ECU200は、その他にワンパルス発生回路111、マイクロコンピュータ113、その入力信号用の入力インタフェース回路112、マイクロコンピュータ113からの出力信号用の出力インタフェース回路114、マイクロコンピュータ113の故障検出のためのウォッチドックタイマ回路115、リレー駆動回路116等を含んでいる。
(Control ECU)
The
ワンパルス発生回路111は、メインスイッチ102がオン操作されたときに1パルスの信号をマイクロコンピュータ113に発するものであり、例えば、微分回路からなる。
入力インタフェース回路112は、変位量検出センサ80のスイング角変化に対応する抵抗変化を電圧に変換するハーフブリッジ回路とアンプ回路やローパスフィルタや車速センサ104からのパルス信号を波形整形するシュミットトリガ回路や後記するモータ電流センサ124(図8中、124FL,124FR,124RL,124RRと表示)、224からの信号を増幅するアンプ回路や、それぞれの信号のノイズを除去するローパスフィルタや、トルクセンサ17からの信号をアナログ電圧信号に変換して増幅する入力インタフェース部112a(図12参照)、AD変換器112b(図12参照)等から構成される。これらの電圧変換、又は増幅されたアナログ信号は、図12に示すように前記したAD変換器112bでデジタル信号に変換されてマイクロコンピュータ113の入力ポートに接続される。又、車速信号のようなパルス状の波形整形された信号は、直接、入力ポートに接続される。
ただし、AD変換器112bは、複数の入力端子を有し、アナログ・マルチプレクサ機能を有している。
なお、入力インタフェース部112aで電圧変換、又は増幅されたアナログ信号はマイクロコンピュータ113の各ADポートへ入力しても良い。この場合は、マイクロコンピュータ113自身が有するアナログ信号をデジタル信号に変換することができる入力ポートの機能を利用できるので、マイクロコンピュータ113に供給される電源は、マイクロコンピュータ113内のAD変換器のそれぞれのポートに同一の電圧を供給する。従って、AD変換時のそれぞれのポートに入力される信号のデジタル変換にばらつきを生じない。
The one-
The
However, the
The analog signal that has been voltage-converted or amplified by the
図8に戻って、ウォッチドックタイマ回路115は、マイクロコンピュータ113から一定周期の信号を受け取り、それを監視し、万が一、マイクロコンピュータ113が故障して一定の周期信号が途絶えたときや信号の周期が乱れたときに、それを検出して、マイクロコンピュータ113に異常信号を発して、マイクロコンピュータ113を停止させ、リレー駆動回路116が停止して、メインリレー103をオフする。
ウォッチドックタイマ回路115は、マイクロコンピュータ113が正常のときは、マイクロコンピュータ113がリレー駆動回路116に制御信号を出してリレー駆動回路116を駆動し、メインリレー103をオンにする。
また、マイクロコンピュータ113は、その他にも自身の故障診断制御フローにより異常状態を検出したときは、リレー駆動回路116を介してメインリレー103をオフにする。
Returning to FIG. 8, the
When the
In addition, the
出力インタフェース回路114からは、マイクロコンピュータ113からの制御信号がリレー駆動回路116に出力されるとともに、ダンパ用の各電動モータ35を制御する制御信号がモータ駆動部106に出力し、パワーステアリング用の電動モータ4を制御する制御信号がモータ駆動部206出力する。
From the
ダンパ用の各モータ駆動部106は、ゲート駆動回路121、ブリッジ回路122、昇圧回路123、及びモータ電流センサ124を含んでいる。
ブリッジ回路122は、図9の(a)に示すように、電動モータ35がブラシ付き直流モータの場合は、例えば、4個のNチャンネルエンハンスメント型のFET(Fieid Effect Transistor:電界効果型トランジスタ)91A,91B,91C,91Dのスイッチング素子をH字状に結線した、いわゆるHブリッジ回路である。
同様に、パワーステアリング用のモータ駆動部206は、ゲート駆動回路221、ブリッジ回路222、昇圧回路223、及びモータ電流センサ224を含んでいる。
ブリッジ回路222は、図9の(b)に示すように、電動モータ4がブラシ付き直流モータの場合は、例えば、4個のNチャンネルエンハンスメント型のFET(Fieid Effect Transistor:電界効果型トランジスタ)291A,291B,291C,291Dのスイッチング素子とをH字状に結線した、いわゆるHブリッジ回路である。
Each
As shown in FIG. 9A, when the electric motor 35 is a brushed DC motor, the
Similarly, the power steering
As shown in FIG. 9B, when the
次に、電動ダンパ装置のHブリッジ回路における回生発電による減衰力の制御方法について説明する。
図10はダンパ用のHブリッジ回路における4つのFETの制御状態を説明する図であり、(a)は伸び側の回生発電の場合の各FETの制御状態を説明する図であり、(b)は縮み側の回生発電の場合の各FETの制御状態を説明する図である。
本実施形態では、電動モータ35を伸び側、つまり、ロッド32(図5参照)が下方に移動するときに回生発電するモータ電流を「正」、縮み側、つまり、ロッド32が上方に移動するときに回生発電するモータ電流を「負」と定義する。
Next, a method for controlling the damping force by regenerative power generation in the H bridge circuit of the electric damper device will be described.
FIG. 10 is a diagram for explaining the control states of the four FETs in the damper H-bridge circuit. FIG. 10 (a) is a diagram for explaining the control states of the FETs in the case of regenerative power generation on the expansion side. FIG. 6 is a diagram for explaining the control state of each FET in the case of regenerative power generation on the contraction side.
In the present embodiment, when the electric motor 35 is extended, that is, when the rod 32 (see FIG. 5) moves downward, the motor current to be regenerated is “positive”, and on the contraction side, that is, the
昇圧回路123は、例えば、トランジスタと抵抗とコンデンサを組み合わせた回路であり、バッテリ101(図8参照)から供給される電力の電圧を約2倍に昇圧してゲート駆動回路121へ供給する。ゲート駆動回路121は、昇圧回路123から供給される高電圧を用い、マイクロコンピュータ113(図8参照)から出力インタフェース回路114(図8参照)を介して受けた制御信号にもとづいてブリッジ回路122の各FET91A〜91Dの内、FET91AとFET91Dのゲート電圧を制御してHブリッジの各FET91A〜91Dのオン、オフ制御を、損失を最小限にして効率良く行なう。
なお、このオン、オフ制御の中には、PWM(Pulse Width Modulation)制御も含まれる。
The
The on / off control includes PWM (Pulse Width Modulation) control.
図10は本ブリッジ回路におけるPWM制御時の電流の流れの一例を説明する図であり、特に電動モータ35に回生発電させるときの電流の流れを示す。(a)は、ロッド32の伸び側(下方)移動するときに電動モータ35に回生発電させて伸び側移動に対して減衰力を働かせさせる場合における、PWM制御時オン状態とオフ状態の電流の流れを示したものであり、(b)は、ロッド32の縮み側(上方)移動するときに電動モータ35に回生発電させて縮み側移動に対して減衰力を働かせさせる場合における、PWM制御時オン状態とオフ状態の電流の流れを示したものである。
伸び側回生発電の場合、(a)に示すように、FET91A,91B,91Cはオフ状態に保たれ、FET91Dは昇圧回路123を介してPWM制御のオン、オフ動作の制御を受ける。PWM制御のオン状態では、実線のように、(図8参照)電動モータ35で発電された電流は、FET91Aの図示しない寄生ダイオードによりソース側からドレイン側に流れ、FET91Dのドレイン側からソース側に戻り、電動モータ35に戻り、電動モータ35は減衰力を発揮する。PWM制御のオフ状態では、電動モータ35自身のインダクタンスをL、電動モータ35を流れる電流をiとすると、V=Ldi/dtの式にもとづいて、バッテリ電圧よりも充分に高い電圧Vを発生させることにより、アースから入った電流iは、FET91Cの図示しない寄生ダイオードによりソース側からドレイン側に流れ、電動モータ35を経て、FET91Aの図示しない寄生ダイオードによりソース側からドレイン側に流れ、最後にバッテリ側に流れ、バッテリ101(図8参照)を充電する。
ここで、前記di/dtのdtが小さければ、即ち、PWMのキャリア周波数を高くすれば、電圧Vはiが小さくてもバッテリ電圧よりも大きくでき、点線のような回生を行うことができる。
FIG. 10 is a diagram for explaining an example of a current flow during PWM control in the bridge circuit, and particularly shows a current flow when the electric motor 35 is caused to generate regenerative power. (A) shows the currents in the on state and off state during PWM control when the electric motor 35 regenerates power when the
In the case of the extension side regenerative power generation, as shown in FIG. 5A, the
If the dt of di / dt is small, that is, if the carrier frequency of PWM is increased, the voltage V can be larger than the battery voltage even if i is small, and regeneration such as a dotted line can be performed.
電動モータ35の発生する回生電流と減衰力を制御する方法をもう少し詳しく説明する。電動モータ35が回転しているときに、例えば、図10(a)のようにFET91DをPWM駆動してその他のFET91A,91B,91Cをすべてオフしているとする。このときにPWMをデューティ100%、即ち、FET91Aは自身の寄生ダイオードによりON状態に保たれるので、電動モータ35の端子は事実上短絡されたのと同様になる。このときに流れる電流は図10の(a)に実線で示した流れである。このときに電動モータ35に流れる電流は最大となり仮に10Aとすると、10Aに相当する減衰力を発生する。次に、PWMのデューティを、仮に50%にすると、PWMのデューティ50%のオンのときには、(実際には電動モータ35のインダクタンスLにより、すぐには立ち上がらないが、説明を簡単にするために)おおむね10Aの電流が流れる。PWMのデューティ50%のオフのときは、図10の(a)に点線で示したような電流が流れる。このときはもともと電動モータ35の回生発電の電圧はバッテリ電圧よりも低いので、オンからオフに切り替わった直後は、モータ35のインダクタンスによりモータ端子電圧はバッテリ電圧より高くなり10Aの電流がバッテリに流れるが、時間とともにモータ端子電圧は低くなるので電流は0Aに収束してしまう。この回生発電による電流が10Aから0Aに収束する過程の電流の変化の平均値を仮に3Aとすると、この電流の平均値がバッテリに回生され、充電されることになる。電動モータ35から見れば最初の50%オンの状態の電流値が10A、後の50%オフの状態の電流値が仮に平均で3Aであるから、全体の平均の電流値は6.5Aになる。モータ電流センサ124にはこの平均電流が検出されるので、モータ電流センサ124にて電動モータ35に流れる電流を検知して目標電流になるようにデューティを変えてやれば、即ち、PWMのデューティのオン時間を制御すれば、電動モータ35の減衰力を制御しつつ回生発電を可能とできる。
図10の(a)により伸び側の回生発電の場合の回生電流と減衰力の制御を説明したが、図10の(b)に示す縮み側の回生発電の場合の回生電流と減衰力の制御も同様である。
A method for controlling the regenerative current and damping force generated by the electric motor 35 will be described in a little more detail. Assume that when the electric motor 35 is rotating, for example, as shown in FIG. 10A, the
Although the control of the regenerative current and the damping force in the case of the expansion-side regenerative power generation has been described with reference to FIG. 10A, the control of the regenerative current and the damping force in the case of the contraction-side regenerative power generation shown in FIG. Is the same.
縮み側回生発電の場合、図10の(b)に示すように、FETFET91B,91C,91Dはオフ状態に保たれ、FET91Aは昇圧回路123を介してPWM制御のオン、オフ動作の制御を受ける。PWM制御のオン状態では、実線のように、(図8参照)電動モータ35で発電された電流は、FET91Dの図示しない寄生ダイオードによりソース側からドレイン側に流れ、FET91Aのドレイン側からソース側に戻り、電動モータ35に戻り、電動モータ35は減衰力を発揮する。PWM制御のオフ状態では、前記したV=Ldi/dtの式にもとづいて、バッテリ電圧よりも充分に高い電圧Vを発生させることにより、アースから入った電流はFET91Bの図示しない寄生ダイオードによりソース側からドレイン側に流れ、電動モータ35を経て、FET91Dの図示しない寄生ダイオードによりソース側からドレイン側に流れ、最後にバッテリ側に流れ、バッテリ101(図8参照)を充電する。
ここで、前記di/dtのdtが小さければ、即ち、PWMのキャリア周波数を高くすれば、Vはiが小さくてもバッテリ電圧よりも大きくでき、点線のような回生を行うことができる。
In the case of contraction-side regenerative power generation, as shown in FIG. 10B, the
Here, if dt of di / dt is small, that is, if the carrier frequency of PWM is increased, V can be larger than the battery voltage even if i is small, and regeneration such as a dotted line can be performed.
モータ電流センサ124は、例えば、ホール素子や抵抗器からなり、ブリッジ回路122から電動モータ35に実際に供給される駆動電流を検出して検出電流値Id(図8参照)として、制御ECU200(図8参照)へ入力する。
The motor
次に電動パワーステアリング装置のHブリッジ回路における左右転舵時の転舵補助力の制御方法について説明する。
図11はパワーステアリング用のHブリッジ回路における4つのFETの制御状態を説明する図であり、(a)は左側への転舵駆動の場合の各FETの制御状態を説明する図であり、(b)は右側への転舵駆動の場合の各FETの制御状態を説明する図である。
本実施形態では、電動モータ4を左側方向へ転舵駆動するモータ電流を「正」、右側方向へ転舵駆動するモータ電流を「負」と定義する。
Next, a description will be given of a method for controlling the steering assist force during left-right steering in the H-bridge circuit of the electric power steering device.
FIG. 11 is a diagram for explaining the control state of the four FETs in the power steering H-bridge circuit, and FIG. 11 (a) is a diagram for explaining the control state of each FET in the case of steering to the left side. b) is a diagram for explaining the control state of each FET in the case of steering to the right.
In the present embodiment, the motor current that drives the
昇圧回路223は、例えば、トランジスタと抵抗とコンデンサを組み合わせた回路であり、バッテリ101(図8参照)から供給される電力の電圧を約2倍に昇圧してゲート駆動回路221へ供給する。ゲート駆動回路221は、昇圧回路223から供給される高電圧を用い、マイクロコンピュータ113(図8参照)から出力インタフェース回路114(図8参照)を介して受けた制御信号にもとづいてブリッジ回路222の各FET291A〜291Dの内、FET291AとFET291Dのゲート電圧を制御してHブリッジの各FET291A〜291Dのオン、オフ制御を、損失を最小限にして効率良く行なう。
なお、このオン、オフ制御の中には、PWM(Pulse Width Modulation)制御も含まれる。
The
The on / off control includes PWM (Pulse Width Modulation) control.
図11は本ブリッジ回路222におけるPWM制御時の電流の流れの一例を説明する図であり、(a)は、電動モータ4が前輪1FL,1FRを左側方向に転舵駆動する場合における、PWM制御時オン状態とオフ状態の電流の流れを示したものであり、(b)は、電動モータ4が右側方向に転舵駆動する場合における、PWM制御時オン状態とオフ状態の電流の流れを示したものである。
左側方向への転舵駆動の場合、(a)に示すように、昇圧回路223を介してFET291Aはオン状態に保たれ、FET291B、291Dはオフ状態に保たれ、FET291Cは通常のバッテリ電圧でPWM制御のオン、オフ動作の制御を受ける。PWM制御のオン状態では、実線のように、バッテリ101(図8参照)からの電流は、ブリッジ回路222の入力側から入り、FET291Aのドレイン側からソース側に流れ、電動モータ4を経て、FET291Cのドレイン側からソース側に流れ、最後にアースに流れる。PWM制御のオフ状態では、FET291Aのドレイン側からソース側に流れた電流は、電動モータ4を経た後、FET291Dのソース側からドレイン側に戻り、ブリッジ回路222の入力側に戻る。
FIG. 11 is a diagram for explaining an example of a current flow during PWM control in the
In the case of leftward steering driving, as shown in (a), the
右側方向への転舵駆動の場合、図11の(b)に示すように、FET291A、291Cはオフ状態に保たれ、昇圧回路223を介してFET291Dはオン状態に保たれ、FET291Bは通常のバッテリ電圧でPWM制御のオン、オフ動作の制御を受ける。PWM制御のオン状態では、実線のように、バッテリ101(図8参照)からの電流は、ブリッジ回路222の入力側から入り、FET291Dのドレイン側からソース側に流れ、電動モータ4を(a)とは逆方向に経て、FET291Bのドレイン側からソース側に流れ、最後にアースに流れる。PWM制御のオフ状態では、FET291Dのドレイン側からソース側に流れた電流は、電動モータ4を経た後、FET291Aのソース側からドレイン側に戻り、ブリッジ回路222の入力側に戻る。
In the case of rightward steering driving, as shown in FIG. 11B, the
(マイクロコンピュータにおける電動パワーステアリングと電動ダンパの制御機能)
次に図12から図18を参照しながら適宜図3、図8を参照してマイクロコンピュータにおける制御機能について説明する。
図12は、電動パワーステアリング・電動ダンパ・システム100の制御機能ブロック図である。
マイクロコンピュータ113(図8参照)は、図示しないROM,RAM,フラッシュメモリ等のメモリ、CPU、AD変換器等から構成されており、電動パワーステアリング装置301に含まれる電動モータ4の制御や、電動ダンパ装置303FL,303FR,303RL,303RRそれぞれに含まれる電動ダンパ変換機構30FL,30FR,30RL,30RRの制御は、前記ROMに格納されたプログラムや、フラッシュメモリに格納された各種データを用いてCPUにおいて図8の制御部210として示した機能が実行される。
ここで制御部210が請求項に記載のマイクロコンピュータに対応する。
(Control function of electric power steering and electric damper in microcomputer)
Next, control functions in the microcomputer will be described with reference to FIGS. 3 and 8 as appropriate with reference to FIGS.
FIG. 12 is a control function block diagram of the electric power steering / electric damper system 100.
The microcomputer 113 (see FIG. 8) includes a memory such as a ROM, a RAM, and a flash memory (not shown), a CPU, an AD converter, and the like. The
Here, the control unit 210 corresponds to the microcomputer described in the claims.
図12に示すように、各種のセンサ(トルクセンサ17、変位量検出センサ80FL,80FR,80RL,80RR、モータ電流センサ124FL,124FR,124RL,124RR、モータ電流センサ224)からの信号が入力インタフェース回路112に入力される。これらの入力信号の内アナログ信号は、必要に応じて入力インタフェース回路112の入力インターフェース部112aに変換回路を設けて電圧信号に変換し、AD変換器112bでデジタル信号に変換されて、マイクロコンピュータ113のCPUに入力される。
例えば、図3に示されたトルクセンサ17の検出コイル17c,17dからの信号VT1,VT2は、図12に示すように入力インタフェース部112aに入力されて、そこで変換回路231,232(図3参照)でアナログ電圧に変換され、更に差動増幅回路233(図3参照)において増幅されて、AD変換器112bを介して御部210に入力される。
車速センサ104からのパルス信号はそのままCPUに入力される。
As shown in FIG. 12, signals from various sensors (
For example, the signals VT1 and VT2 from the detection coils 17c and 17d of the
The pulse signal from the
制御部210は、ソフト的にトルクセンサ17、車速センサ104、変位量検出センサ80(図12中、80FL,80FR,80RL,80RRで表示)等の故障を検出して、いずれかでも故障の検出をしたときには、異常信号をリレー駆動回路116に出力して電動パワーステアリング装置301及び全電動ダンパ装置303の制御を停止させる故障診断部201を有している。
故障診断部201におけるトルクセンサ17や車速センサ104や変位量検出センサ80の故障判定は、例えば、正常時には検出電圧信号が所定の範囲に入るように設定しておいて、トルクセンサ17、車速センサ104、変位量検出センサ80からの信号が所定の範囲に入らない場合を故障と判定する。
The control unit 210 detects a failure such as the
The failure determination of the
そして、制御部210は、ダンパ制御部202、電動パワーステアリング制御部205、ダンパ用の駆動回路出力部207及びパワーステアリング用の駆動回路出力部209を有している。
ここで、電動パワーステアリング制御部205と駆動回路出力部209は請求項に記載の電動パワーステアリング制御手段を構成し、ダンパ制御部202と駆動回路出力部207は請求項に記載の電動ダンパ制御手段を構成する。
ダンパ制御部202は、具体的には個々の電動モータ35FL,35FR,35RL,35RRを制御するために設けられている4つのダンパ制御部202A,202B,202C,202Dに対する総称であり、同様に駆動回路出力部207も個々の電動モータ35FL,35FR,35RL,35RRのモータ駆動部106FL,106FR,106RL,106RRへそれぞれのゲート制御信号を出力する4つの駆動回路出力部207A,207B,207C,207Dの総称である。
The control unit 210 includes a damper control unit 202, an electric power
Here, the electric power
Specifically, the damper control unit 202 is a generic name for the four
(全体の制御フロー)
次に図13を参照しながら、適宜図8、図12を参照して、電動パワーステアリング・電動ダンパ・システムにおける全体の制御フローについてに説明する。
図13は電動パワーステアリング・電動ダンパ・システムにおける全体制御のメインフローチャートである。
車両2の、例えば、メインスイッチ102、例えば、キースイッチを回してオンにすると、制御ECU200にバッテリ101からの電源電圧が供給される。そうするとこの電源投入を制御ECU200内のワンパルス発生回路111が検出してマイクロコンピュータ113をリセットして、このマイクロコンピュータ113に予め設定されたプログラムが、図示しない水晶発振器からのクロック信号に同期して動作を始める。
(Overall control flow)
Next, the entire control flow in the electric power steering / electric damper / system will be described with reference to FIG. 13 and FIG. 8 and FIG. 12 as appropriate.
FIG. 13 is a main flowchart of overall control in the electric power steering / electric damper / system.
When the vehicle 2, for example, a
以下は、制御部210(図12参照)における処理である。
先ずステップS01(各センサ信号読込)では、トルクセンサ17、変位量検出センサ80(図12中、80FL,80FR,80RL,80RRと表示)、車速センサ104、モータ電流センサ124(図12中、124FL,124FR,124RL,124RRと表示)、224からの信号等が読み込まれる。
The following is processing in the control unit 210 (see FIG. 12).
First, in step S01 (each sensor signal reading), the
そして、ステップS02(故障診断)では、故障診断部201は、ステップS01で読み込んだ信号の故障診断を実施する。トルクセンサ17や変位量検出センサ80の故障診断は、例えば、正常時には検出電圧が所定の範囲に入るように設定しておいて、それが所定の範囲から外れると故障と診断する。また、車速センサ104は、図示されないエンジン回転数センサからの信号を入力し車速を推定して、比較し所定の範囲を外れて異常であれば故障と診断する。この結果、故障と診断されれば、前記のメインリレー103をリレー駆動回路116を介してオフして、電源供給を遮断する。各センサの信号が正常であれば次のステップS03に進む。
In step S02 (failure diagnosis), the
ステップS03(電動パワーステアリングのモータ制御量の計算とFET駆動)では、電動パワーステアリング制御部205が、トルクセンサ17、車速センサ104等の信号にもとづいて前記した電動パワーステアリング装置301の制御に必要な補助トルクを出力させるに必要なモータ電流信号を電動モータ4に対する制御量として計算し、その結果にもとづいてブリッジ回路222の各EFT291A〜291Dを駆動する。
ステップS04(電動ダンパのモータ制御量の計算とFET駆動)では、ダンパ制御部202が、変位量検出センサ80の信号にもとづいて前記したダンパ制御に必要な減衰力を電動モータ35に対する制御量として計算し、その結果にもとづいてブリッジ回路122の各EFT91A〜91Dを駆動する。
そしてステップS01に戻る。
なお、このメインフローチャートでは、各ステップをシーケンシャルで行なうように記載してあるが、各ステップを並行に処理しても良い。その場合、ダンパ制御は高速性が要求されるので、マイクロコンピュータ113はマルチコアタイプのCPUを用いると良い。
In step S03 (calculation of motor control amount of electric power steering and FET driving), the electric power
In step S04 (calculation of the motor control amount of the electric damper and FET driving), the damper control unit 202 uses the damping force necessary for the damper control as a control amount for the electric motor 35 based on the signal of the
Then, the process returns to step S01.
In the main flowchart, each step is described as being performed sequentially, but each step may be processed in parallel. In that case, since the damper control requires high speed, the
次に、図14から図16を参照しながら適宜図3、図11を参照して電動パワーステアリング制御部205及び駆動回路出力部209における電動モータ4の駆動制御の流れを説明する。
図14はパワーステアリング用の電動モータを駆動制御する流れを示すフローチャートである。図15はトルク検出電圧と操舵トルクとの関係を示す図である。図16の(a)は、操舵トルクTsの絶対値とパワーステアリング用の電動モータのモータ電流の目標値(モータ電流信号Ma)との関係図であり、図16の(b)は、図16の(a)で求めたモータ電流信号Maに乗じる車速係数Kavの関数を示す図である。
図16の(a)から分かるように操舵トルクTsの増大に応じて、電動モータ4へのモータ電流の目標値を増大させ、所定以上の操舵トルクTsに対しては、それ以上モータ電流の目標値を増大させないで一定にする。
また、図16の(b)から分かるように車速VSが所定値以上になると車速VSに応じて車速係数Kavを減じて、高速走行時に路面反力を運転者により強く伝え、操向ハンドル3の操作感をしっかりしたものにするようにしてある。
ちなみに、図16の(a),(b)のデータは、マイクロコンピュータ113のROMに予め書き込まれている。
図15において横軸は操舵トルクTsを示し、縦軸は差動増幅回路233(図3参照)から出力されるトルク検出電圧VT3を示す。ちなみに、図15中のVT1,VT2を付した直線は、検出コイル17c,17d(図3参照)からの信号VT1,VT2がそれぞれ変換回路231,232(図3参照)においてアナログ電圧信号に変換された後のトルク検出電圧に対応し、それらが差動増幅回路233に入力されて、トルク検出電圧VT3、つまり、トルク検出信号となる。
ここでは、説明を簡単化するために、トルクセンサ17からのトルク検出電圧VT3と、車速センサ104からの車速VSを示す信号と、にもとづく基本的な電動パワーステアリング制御について説明する。
Next, the flow of drive control of the
FIG. 14 is a flowchart showing a flow of drive control of the electric motor for power steering. FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the torque detection voltage and the steering torque. 16A is a relationship diagram between the absolute value of the steering torque Ts and the target value (motor current signal Ma) of the motor current of the electric motor for power steering, and FIG. 16B is a diagram of FIG. It is a figure which shows the function of the vehicle speed coefficient Kav multiplied by the motor current signal Ma calculated | required by (a) of (a).
As can be seen from FIG. 16 (a), the target value of the motor current to the
Further, as can be seen from FIG. 16B, when the vehicle speed VS becomes equal to or higher than a predetermined value, the vehicle speed coefficient Kav is reduced according to the vehicle speed VS, and the road surface reaction force is strongly transmitted to the driver during high speed traveling, and the steering handle 3 The feeling of operation is made solid.
Incidentally, the data shown in FIGS. 16A and 16B are written in advance in the ROM of the
In FIG. 15, the horizontal axis indicates the steering torque Ts, and the vertical axis indicates the torque detection voltage VT3 output from the differential amplifier circuit 233 (see FIG. 3). Incidentally, in the straight lines with VT1 and VT2 in FIG. 15, the signals VT1 and VT2 from the detection coils 17c and 17d (see FIG. 3) are converted into analog voltage signals in the
Here, in order to simplify the description, basic electric power steering control based on the torque detection voltage VT3 from the
先ず、ステップS11では、電動パワーステアリング制御部205は、操舵トルクTsの作用方向と大きさを算出する。差動増幅回路233からのトルク検出電圧VT3(図15参照)に対して、Ts=VT3−2.5の計算を行い、操舵トルクTsを算出する。ステップS12では、電動パワーステアリング制御部205は、操舵トルクTsが0以上か否かをチェックする。操舵トルクTsが0以上の場合(Yes)はステップS13へ進み、操舵トルクTs=Tsとし、IFLAG=0とする(ステップS13)。ここで、操舵トルクTsが0以上の場合は、操舵トルクの作用方向を中立又は左転舵と判定し、転舵方向を示すフラグIFLAGの値を0とするものである。ステップS12において、操舵トルクTsが0未満の場合(No)はステップS14へ進み、操舵トルクTs=−Tsとし、IFLAG=1とする。ここで、操舵トルクTsが0未満の場合は、操舵トルクの作用方向を右転舵と判定し、転舵方向を示すフラグIFLAGの値を1とするものである。
First, in step S11, the electric power
ステップS15では、電動パワーステアリング制御部205は、図16の(a)に示すデータを参照して、操舵トルクTsにもとづいてモータ電流信号Maを検索する。ステップS16では、電動パワーステアリング制御部205は、図16の(b)に示すデータを参照して車速VSに応じた車速係数Kavを検索する。
In step S15, the electric power
ステップS17では、電動パワーステアリング制御部205は、ステップS15において求められたモータ電流信号MaにステップS16において求められた車速係数Kavを乗じて(Ma=Kav・Ma)、モータ電流信号Maを設定する。
In step S17, the electric power
ステップS18では、駆動回路出力部209は、モータ電流信号Maの値が0か否かと、モータ電流信号Maの値が0でないときIFLAG=0か否かをチェックする(Ma≠0?、IFLAG=0?)。Ma≠0でかつIFLAG=0の場合はステップS19へ進み、Ma≠0でかつIFLAG=1の場合はステップS20へ進み、Ma=0の場合はステップS21へ進む。 In step S18, the drive circuit output unit 209 checks whether or not the value of the motor current signal Ma is 0 and whether or not IFLAG_0 when the value of the motor current signal Ma is not 0 (Ma ≠ 0 ?, IFLAG = 0?) If Ma ≠ 0 and IFLAG = 0, the process proceeds to step S19. If Ma ≠ 0 and IFLAG = 1, the process proceeds to step S20. If Ma = 0, the process proceeds to step S21.
ステップS19では、駆動回路出力部209は、操舵トルクTsの作用方向が左側方向への転舵と判定して、図11の(a)に示すようにブリッジ回路222のFET291Aをオン、FET291Cをモータ電流信号Maにもとづいたデューティ比でPWM駆動し、FET291B,291Dをオフとする指令をモータ駆動部206に出力し、モータ電流センサ224からの検出電流値Is(図12参照)がモータ電流信号Maと一致するようにPID制御する。
In step S19, the drive circuit output unit 209 determines that the operation direction of the steering torque Ts is turning leftward, and turns on the
ステップS20では、駆動回路出力部209は、操舵トルクTsの作用方向が右側方向への転舵と判定して、図11の(b)に示すようにブリッジ回路222のFET291Dをオン、FET291Bをモータ電流信号Maにもとづいたデューティ比でPWM駆動し、FET291A,291Cをオフとする指令をモータ駆動部206に出力し、モータ電流センサ224からの検出電流値Is(図12参照)がモータ電流信号Maと一致するようにPID制御する。
ステップS21では、駆動回路出力部209は、ブリッジ回路222のFET291A〜291Dの全てをオフとし、補助トルクを出力させない。
ステップS19,S20,S21の後、全体フローチャートのステップS04に戻る。
なお、このフローーチャートでは、操舵トルクTsと車速VSのみでモータ電流信号Maを設定するものとしたがそれに限定されるものではない。電動モータ4の誘起電圧から電動モータ4の回転角速度を演算して求めて、この回転角速度に応じて操舵補助力のダンピング補償を行なっても良い。
In step S20, the drive circuit output unit 209 determines that the action direction of the steering torque Ts is turning to the right, turns on the
In step S <b> 21, the drive circuit output unit 209 turns off all the FETs 291 </ b> A to 291 </ b> D of the
After steps S19, S20, and S21, the process returns to step S04 in the overall flowchart.
In this flowchart, the motor current signal Ma is set only by the steering torque Ts and the vehicle speed VS, but the present invention is not limited to this. The rotational angular velocity of the
次に、図17、図18を参照しながら適宜図10、図12を参照してダンパ制御部202及び駆動回路出力部207における電動モータ35に発生させる減衰力の制御の流れを説明する。
図17はダンパ用の電動モータによる減衰力制御の流れを示すフローチャートである。ここでは代表的に一つの電動モータ35に対する、ダンパ制御部202(図12参照)及び駆動回路出力部207(図12参照)における減衰力の制御について説明する。
図18の(a)は、変位速度Svの絶対値とダンパ用の電動モータの制御目標値である伸び側減衰力Deのとの関係図であり、図18の(b)は、変位速度Svの絶対値とダンパ用の電動モータの制御目標値である縮み側減衰力Dcとの関係図であり、図18の(c)は、伸び側減衰力De及び縮み側減衰力Dcに乗じる車速係数Kdvの関数を示す図である。
図18の(a)から分かるように伸び側の変位速度Svの絶対値の増大に応じて、電動モータ35の伸び側減衰力Deのを増大させるが、変位速度Svの絶対値の増加に対する伸び側減衰力Deの増加の割合(傾き)は、変位速度Svの絶対値によって変化させ、変位速度Svの絶対値が大きい側の傾きを、0を含む所定の変位速度Svの絶対値の範囲における傾きよりも小さくするように設定している。
Next, the flow of control of the damping force generated in the electric motor 35 in the damper control unit 202 and the drive
FIG. 17 is a flowchart showing the flow of damping force control by the damper electric motor. Here, the damping force control in the damper control unit 202 (see FIG. 12) and the drive circuit output unit 207 (see FIG. 12) for one electric motor 35 will be typically described.
18A is a relationship diagram between the absolute value of the displacement speed Sv and the extension side damping force De that is the control target value of the electric motor for damper, and FIG. 18B is the displacement speed Sv. FIG. 18C is a relationship diagram between the absolute value of D and the contraction-side damping force Dc that is the control target value of the damper electric motor. FIG. 18C is a vehicle speed coefficient multiplied by the expansion-side damping force De and the compression-side damping force Dc. It is a figure which shows the function of Kdv.
As can be seen from FIG. 18A, the elongation-side damping force De of the electric motor 35 is increased in accordance with the increase in the absolute value of the extension-side displacement speed Sv, but the elongation with respect to the increase in the absolute value of the displacement speed Sv is increased. The rate of increase (inclination) of the side damping force De is changed depending on the absolute value of the displacement speed Sv, and the inclination on the side where the absolute value of the displacement speed Sv is large is within the range of the absolute value of the predetermined displacement speed Sv including zero. It is set to be smaller than the inclination.
また、図18の(b)から分かるように縮み側の変位速度Svの絶対値の増大に応じて、電動モータ35の縮み側減衰力Deを増大させるが、変位速度Svの絶対値の増加に対する縮み側減衰力Deの増加の割合(傾き)は、変位速度Svの絶対値によって変化させ、変位速度Svの絶対値が大きい側の傾きを、0を含む所定の変位速度Svの絶対値の範囲における傾きよりも小さくするように設定している。そして、同じ変位速度Svの絶対値に対して、縮み側の減衰力Dcの方が伸び側の減衰力Deよりも小さく設定してある。
ここで、図18の(a),(b)において「伸び側減衰力De」、「縮み側減衰力Dc」と表示しているが、具体的には電動モータ35に回生発電させて発生させる電流値の目標値のことであり、伸び側も縮み側の場合もまとめて回生発電時に発生させる目標電流値のことを「目標減衰力Dt」と表記する。
Further, as can be seen from FIG. 18B, the contraction-side damping force De of the electric motor 35 is increased in accordance with the increase in the absolute value of the contraction-side displacement speed Sv. The rate of increase (inclination) of the compression-side damping force De is changed according to the absolute value of the displacement speed Sv, and the inclination on the side where the absolute value of the displacement speed Sv is large is within the range of the absolute value of the predetermined displacement speed Sv including zero It is set to be smaller than the inclination at. The contraction-side damping force Dc is set smaller than the expansion-side damping force De with respect to the same absolute value of the displacement speed Sv.
Here, in FIGS. 18A and 18B, “extension-side damping force De” and “contraction-side damping force Dc” are displayed. Specifically, the electric motor 35 is generated by regenerative power generation. This is the target value of the current value, and the target current value generated during regenerative power generation is collectively expressed as “target damping force Dt” in both cases of the expansion side and the contraction side.
また、図18の(c)から分かるように、車速係数Kdvは、車速VSが所定値までの範囲では、車速VSに応じて増加し、車速VSは所定値以上では一定値に設定されるようにしてある。
ちなみに、図18の(a),(b),(c)のデータは、マイクロコンピュータ113のROMに予め書き込まれている。
Further, as can be seen from FIG. 18 (c), the vehicle speed coefficient Kdv increases according to the vehicle speed VS when the vehicle speed VS is up to a predetermined value, and is set to a constant value when the vehicle speed VS is equal to or higher than the predetermined value. It is.
Incidentally, the data of (a), (b), and (c) of FIG. 18 are written in advance in the ROM of the
先ず、ステップS51では、ダンパ制御部202は、変位量検出センサ80からの変位量Stの時間微分である変位速度Svの計算をする。次いで、ステップS52では、ダンパ制御部202は、変位速度Svの正負の符号にもとづいて、変位方向が伸び側か縮み側かを判定する。伸び側の場合はステップS53へ進み、縮み側の場合はステップS55へ進む。
ちなみに、変位速度Svが正の場合は変位方向が伸び側と判定され、変位速度Svが負の場合は変位方向が縮み側と判定される。
ステップS53では、ダンパ制御部202は、図18の(a)に示すようなデータを参照して変位速度|Sv|にもとづいて伸び側減衰力Deを検索する。次いで、ステップS54では、ダンパ制御部202は、目標減衰力Dt=Deとする。
ステップS55では、ダンパ制御部202は、図18の(b)に示すようなデータを参照して変位速度|Sv|にもとづいて縮み側減衰力Deを検索する。次いで、ステップS56では、ダンパ制御部202は、目標減衰力Dt=−Dcとする。
ここで、ステップS54では、目標減衰力Dtを正値とし、ステップS56では目標減衰力Dtを負値とするのは、後段のステップS59において伸び側減衰力と縮み側減衰力との判定を可能とするためである。
First, in step S51, the damper control unit 202 calculates a displacement speed Sv that is a time derivative of the displacement St from the
Incidentally, when the displacement speed Sv is positive, the displacement direction is determined to be the expansion side, and when the displacement speed Sv is negative, the displacement direction is determined to be the contraction side.
In step S53, the damper control unit 202 searches for the expansion side damping force De based on the displacement speed | Sv | with reference to data as shown in FIG. Next, in step S54, the damper control unit 202 sets the target damping force Dt = De.
In step S55, the damper control unit 202 searches the contraction-side damping force De based on the displacement speed | Sv | with reference to data as shown in FIG. Next, in step S56, the damper control unit 202 sets the target damping force Dt = −Dc.
Here, in step S54, the target damping force Dt is set to a positive value, and in step S56, the target damping force Dt is set to a negative value. In the subsequent step S59, it is possible to determine the extension side damping force and the contraction side damping force. This is because.
ステップS57では、ダンパ制御部202は、図18の(c)に示すようなデータを参照して、車速VSにもとづいて車速係数Kdvを検索する。ステップS58では、ダンパ制御部202は、ステップS54又はステップS56で設定された目標減衰力Dtに、ステップS57において検索された車速係数Kdvを乗じて、目標減衰力Dtを設定する(Dt=Kdv・Dt)。
ステップS59では、駆動回路出力部207は、目標減衰力Dtが0以上か否かチェックする。目標減衰力Dtが0以上の場合(Yes)は、伸び側の回生発電と判定してステップS60へ進み、目標減衰力Dtが0未満の場合(No)は、縮み側の回生発電と判定してステップS61へ進む。
In step S57, the damper control unit 202 searches the vehicle speed coefficient Kdv based on the vehicle speed VS with reference to data as shown in FIG. In step S58, the damper control unit 202 sets the target damping force Dt by multiplying the target damping force Dt set in step S54 or step S56 by the vehicle speed coefficient Kdv searched in step S57 (Dt = Kdv · Dt).
In step S59, the drive
ステップS60では、駆動回路出力部207は、図10の(a)に示すようにブリッジ回路122のFET91A,91B,91Cをオフするとともに、FET91Dを目標減衰力Dtにもとづいたデューティ比でPWM駆動する指令をモータ駆動部106に出力し、モータ電流センサ124からの検出電流値Id(図12参照。ただし図12ではでは、IdFL,IdFR,IdRL,IdRRと個別に表示)が目標減衰力Dtと一致するようにPID制御する。
In step S60, the drive
ステップS61では、駆動回路出力部207は、Dt=−Dtとする。そして、ステップS62では、駆動回路出力部207は、図10の(b)に示すようにブリッジ回路122のFET91B,91C,91Dをオフするとともに、FET91Aを目標減衰力Dtにもとづいたデューティ比でPWM駆動する指令をモータ駆動部106に出力し、モータ電流センサ124からの検出電流値Id(図12参照。ただし図12では、IdFL,IdFR,IdRL,IdRRと個別に表示)が目標減衰力Dtと一致するようにPID制御する。
ステップS60,又はステップS62の処理後、全体フローチャートのステップS01に戻る。
In step S61, the drive
After the process of step S60 or step S62, the process returns to step S01 of the overall flowchart.
以上のように本実施形態によれば、例えば、トルクセンサ17、車速センサ104、変位量検出センサ80FL,80FR,80RL,80RR、モータ電流センサ124FL,124FR,124RL,124RR,224等の信号が一つのマイクロコンピュータ113に入力されるため、前記角センサからの入力取り込み時のばらつきが無い。仮に、本電動パワーステアリング・電動ダンパ・システム100と異なって、マイクロコンピュータを2つ備えて、トルクセンサ17からの信号を一方のマイクロコンピュータに、変位量検出センサ80FL,80FR,80RL,80RRからの信号を他方のマイクロコンピュータに入力すると、例えば、それぞれのAD変換器に供給される電源電圧が異なると同じ値の信号であっても取り込み値が異なるという誤差が発生し、トルクセンサ17からの信号は小さくなる特性で、変位量検出センサ80FL,80FR,80RL,80RRからの信号は大きくなる特性で取り込まれる場合が生じうる。その場合、操舵力が重い特性の電動パワーステアリング装置と、減衰力の柔らかい特性の電動ダンパ装置の違和感のある組み合わせができる。
As described above, according to the present embodiment, for example, signals from the
逆に、例えば、AD変換器の取り込み誤差により、トルクセンサ17からの信号は大きくなる特性で、変位量検出センサ80FL,80FR,80RL,80RRからの信号は小さくなる特性で取り込まれる場合も生じうる。その場合、操舵力が軽い特性の電動パワーステアリング装置と、減衰力の高い、即ち、乗り心地の硬い特性の電動ダンパ装置の違和感のある組み合わせができる。
これに対し、本実施形態では、図12に示すように同じ電源電圧のAD変換器112bを通すようにしているので、AD変換器112bの特性がばらついても電動パワーステアリング装置301と、電動ダンパ装置303FL,303FR,303RL,303RRとの間に前記したような同様の傾向にばらつくので、違和感のある組み合わせを生じない。
On the other hand, for example, a signal from the
In contrast, in the present embodiment, since the
これにより、操向ハンドル3の操作感の軽い車両2はラグジュアリ車であり、乗り心地も柔らかいものが好まれ、乗り心地に重きをおいた車両設定が可能となる。
一方、操向ハンドル3の操作感の重い車両2はスポーティ車であり、乗り心地も硬いものが好まれ、操縦性に重きをおいた車両設定が可能となる。
As a result, the vehicle 2 with a light operating feeling of the steering handle 3 is a luxury vehicle, and a vehicle with a soft ride comfort is preferred, and a vehicle setting that emphasizes the ride comfort is possible.
On the other hand, the vehicle 2 having a heavy feeling of operation of the steering handle 3 is a sporty vehicle, and a vehicle having a high ride comfort is preferred, and it is possible to set a vehicle with a high maneuverability.
更に、本実施形態によれば、2つのマイクロコンピュータのクロック周波数のばらつきも無いので、前記したトルクセンサ17、車速センサ104、変位量検出センサ80FL,80FR,80RL,80RR、モータ電流センサ124FL,124FR,124RL,124RR,224等からの入力信号の読み込みタイミングのずれによる、信号レベルのばらつきも少なくなる。更に、読み込みタイミングのずれによる故障診断の誤診断も無くなり、電動パワーステアリング装置301と電動ダンパ装置303FL,303FR,303RL,303RRとの間で、協調した滑らかな制御で、しかも誤診断の無い安定した作動を得ることができる。
Further, according to the present embodiment, since there is no variation in the clock frequency of the two microcomputers, the
なお、本実施形態では、モータ駆動部106FL,106FR,106RL,106RRや、モータ駆動部206を制御ECU200の外に配置し、電動モータ35FL,35FR,35RL,35RRや電動モータ4の近くに配置可能にして、電力ケーブルを短くして、電力損失を小さくできるようにしてある。また、このような配置を可能にすることにより、モータ駆動部106FL,106FR,106RL,106RRや、モータ駆動部206からのノイズがマイクロコンピュータ113に影響するのを抑制できる。
In this embodiment, the motor drive units 106FL, 106FR, 106RL, and 106RR and the
1FL,1FR 車輪(転舵輪)
1RL,1RR 車輪
2 車両
3 操向ハンドル
4 電動モータ(パワーステアリング用の電動モータ)
5 減速機構
5a ウォームギア
5b ウォームホイールギア
6 車体
7 ピニオン軸
7a ピニオンギア
8 ラック軸
8a ラックギア
11 アッパーアーム
12 ロアアーム
13 車輪支持部材
14FL,14FR,14RL,14RR サスペンション装置
17 トルクセンサ(操舵トルクセンサ)
17a,17b 磁歪膜
17c,17d 検出コイル
25 電動パワーステアリング機構
30,30FL,30FR,30RL,30RR 電動ダンパ変換機構(変換機構)
31 ダンパハウジング
32 ロッド
33 ラックアンドピニオン機構
35,35FL,35FR,35RL、35RR 電動モータ
36 コイルスプリング
80,80FL,80FR,80RL,80RR 変位量検出センサ(位置検出手段)
81 センサハウジング
82 スイングロッド
85 ポテンショメータ
85a 抵抗素子
85b 摺動素子
85c 出力端子
86 抵抗器
87 定電圧電源
88 抵抗器
91A,91B,91C,91D、291A,291B,291C,291D FET
100 電動パワーステアリング・電動ダンパ・システム
104 車速センサ
106,106FL,106FR,106RL,106RR,206 モータ駆動部(ダンパモータ駆動手段)
112 入力インタフェース回路
112a 入力インタフェース部
112b AD変換器
113 マイクロコンピュータ
114 出力インタフェース回路
124,124FL,124FR,124RL,124RR,224 モータ電流センサ
200 制御ECU
201 故障診断部
202,202A,202B,202C,202D ダンパ制御部(電動ダンパ制御手段)
205 電動パワーステアリング制御部(電動パワーステアリング制御手段)
206 モータ駆動部(ステアリングモータ駆動手段)
207,207A,207B,207C,207D 駆動回路出力部(電動ダンパ制御手段)
209 駆動回路出力部(電動パワーステアリング制御手段)
210 制御部(CPU)
221 ゲート駆動回路
222 ブリッジ回路
223 昇圧回路
231 変換回路
233 差動増幅回路
301 電動パワーステアリング装置
303FL,303FR,303RL,303RR 電動ダンパ装置
1FL, 1FR wheels (steered wheels)
1RL, 1RR Wheel 2 Vehicle 3 Steering handle 4 Electric motor (electric motor for power steering)
DESCRIPTION OF
17a,
31
81
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Electric power steering *
DESCRIPTION OF
201
205 Electric power steering control unit (electric power steering control means)
206 Motor drive unit (steering motor drive means)
207, 207A, 207B, 207C, 207D Drive circuit output unit (electric damper control means)
209 Drive circuit output unit (electric power steering control means)
210 Control unit (CPU)
221
Claims (2)
車輪の上下動をダンパ用の電動モータの回転に変換する変換機構と、前記車輪の上下動の位置を検出する位置検出手段と、少なくとも前記位置検出手段からの信号にもとづいて前記ダンパ用の電動モータによる減衰力を制御する電動ダンパ制御手段と、前記電動ダンパ制御手段からの信号にもとづいて前記ダンパ用の電動モータによる減衰力を生じさせるダンパモータ駆動手段とを、有し、前記変換機構により前記車輪の上下動を減衰させる電動ダンパ装置と、
を備え、
前記電動パワーステアリング制御手段と前記電動ダンパ制御手段が、少なくとも同じ一つのマイクロコンピュータ上で実行されることを特徴とする電動パワーステアリング・電動ダンパ・システム。 An electric motor for power steering, a steering torque sensor for detecting a steering torque from the steering handle, and an electric power steering control means for controlling the driving of the electric motor for power steering by at least a signal from the steering torque sensor And an electric power steering device that outputs an auxiliary torque for turning the steered wheels, and a steering motor driving means for driving the electric motor for power steering based on a signal from the electric power steering control means. ,
A conversion mechanism for converting the vertical movement of the wheel into the rotation of the electric motor for the damper, a position detection means for detecting the position of the vertical movement of the wheel, and an electric motor for the damper based on at least a signal from the position detection means Electric damper control means for controlling the damping force by the motor, and damper motor driving means for generating the damping force by the electric motor for the damper based on a signal from the electric damper control means, and the conversion mechanism An electric damper device that attenuates the vertical movement of the wheel;
With
The electric power steering / electric damper system, wherein the electric power steering control means and the electric damper control means are executed on at least one same microcomputer.
少なくとも、前記操舵トルクセンサからの信号及び前記位置検出手段からの信号が、同じAD変換器に入力されてアナログ信号からデジタル信号に変換されることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング・電動ダンパ・システム。 The microcomputer is
2. The electric power steering according to claim 1, wherein at least a signal from the steering torque sensor and a signal from the position detection means are input to the same AD converter and converted from an analog signal to a digital signal.・ Electric damper system.
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