JP2011131629A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。 The present invention relates to an electric power steering apparatus.
従来、車両用のパワーステアリング装置には、モータを駆動源とする電動パワーステアリング装置(EPS)があり、通常、このようなEPSでは、ステアリングシャフトの途中にトルクセンサが設けられている。そして、操舵系に付与するアシスト力の制御は、その検出される操舵トルクに基づいて行なわれる。 Conventionally, there is an electric power steering device (EPS) using a motor as a drive source as a power steering device for a vehicle, and in such an EPS, a torque sensor is usually provided in the middle of a steering shaft. The assist force applied to the steering system is controlled based on the detected steering torque.
また、EPSには、ステアリングに生じた操舵角に基づいて、そのパワーアシスト制御を実行するものがある。そして、こうした操舵角(操舵速度)を用いたパワーアシスト制御の態様としては、そのパワーアシスト制御の基礎成分を補償すべく実行される各種補償制御の他、その基礎成分となる制御目標値(目標アシスト力)自体を演算する代替制御が挙げられる。 Some EPSs perform power assist control based on a steering angle generated in steering. As a mode of power assist control using such a steering angle (steering speed), in addition to various compensation controls executed to compensate for the basic component of the power assist control, a control target value (target) that serves as the basic component. Alternative control for calculating (assist force) itself can be mentioned.
具体的には、操舵角(操舵速度)を用いた補償制御としては、例えば、ステアリング中立位置への復帰性(ステアリング戻り性)を向上させる所謂ステアリング戻し制御等が挙げられる(例えば、特許文献1参照)。また、操舵角(及び操舵速度)に基づく代替制御については、例えば、特許文献2等にその開示がある。そして、このように操舵角をパワーアシスト制御に用いることにより、優れた操舵フィーリングを実現し、或いはトルクセンサに異常が生じた後においても、その操舵系に対するアシスト力付与を継続することが可能になる。 Specifically, the compensation control using the steering angle (steering speed) includes, for example, so-called steering return control that improves the return to the steering neutral position (steering returnability) (for example, Patent Document 1). reference). Further, for example, Patent Document 2 discloses an alternative control based on the steering angle (and the steering speed). By using the steering angle for power assist control in this way, it is possible to achieve excellent steering feeling, or to continue applying assist force to the steering system even after an abnormality occurs in the torque sensor. become.
ところで、従来、パワーステアリング装置においては、その操舵トルクに対する軸力(ステアリング操作に際してラック軸に作用する軸方向反力)のヒステリシス特性を最適化することで良好な操舵フィーリングが得られることが知られている。例えば、特許文献3には、トルクセンサにより検出される操舵トルクの大きさに基づいて、そのヒステリシスを増大させる構成が開示されている。そして、特許文献4には、操舵角に基づく基礎成分に操舵速度に応じたヒステリシス成分を付加することにより目標操舵トルクを演算し、その目標操舵トルクに実際の操舵トルクが追従するようにフィードバック制御を実行することにより、その目標アシスト力に対応する電流指令値を演算する構成が開示されている。
By the way, conventionally, in a power steering device, it is known that a good steering feeling can be obtained by optimizing the hysteresis characteristic of the axial force against the steering torque (the axial reaction force acting on the rack shaft during the steering operation). It has been. For example, Patent Document 3 discloses a configuration in which the hysteresis is increased based on the magnitude of steering torque detected by a torque sensor. In
即ち、通常、ステアリング操作時に生ずる軸力は、操舵角の増大に従って大となり、これにより操舵トルクもまた大となる。従って、例えば、上記特許文献3の構成を適用することにより、バタフライ状のヒステリシス特性が得られる(同文献第5図及び第6図参照)。そして、操舵角に基づく代替制御においてもまた、その操舵角に基づく目標アシスト力の基礎成分に対し、操舵方向に応じて同様のヒステリシス成分を付加することで、そのヒステリシス特性を制御することができる。 That is, normally, the axial force generated during the steering operation increases as the steering angle increases, and thus the steering torque also increases. Therefore, for example, by applying the configuration of Patent Document 3, butterfly-like hysteresis characteristics can be obtained (see FIGS. 5 and 6 of the same document). In the alternative control based on the steering angle, the hysteresis characteristic can be controlled by adding the same hysteresis component according to the steering direction to the basic component of the target assist force based on the steering angle. .
しかしながら、実際には、操舵角の大きさのみによって、一義的に、ステアリング操作時に生ずる軸力を求めることはできない。このため、操舵角に基づく代替制御の場合、そのヒステリシス特性を如何に最適なものとするかが問題となる。 However, in practice, the axial force generated during the steering operation cannot be uniquely determined only by the magnitude of the steering angle. For this reason, in the case of alternative control based on the steering angle, it becomes a problem how to optimize the hysteresis characteristic.
即ち、トルクセンサにより検出される操舵トルクには、当然にその検出時点における実際の軸力が反映される。従って、その検出値を用いたヒステリシス制御では、そのヒステリシス特性が自動的に最適化されることになる。ところが、操舵角に基づく代替制御では、そのヒステリシス制御に実際の軸力を反映させることができない。このため、従来、そのヒステリシス特性を最適化するための適合データが必要となっており、その収集に多大な時間及び労力を要するとともに、実装段階においても大容量のメモリが必要である等の課題を残しており、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。 In other words, the actual axial force at the time of detection is naturally reflected in the steering torque detected by the torque sensor. Therefore, in the hysteresis control using the detected value, the hysteresis characteristic is automatically optimized. However, in the alternative control based on the steering angle, the actual axial force cannot be reflected in the hysteresis control. For this reason, conventionally, calibration data for optimizing the hysteresis characteristics has been required, and it takes a lot of time and labor to collect the data, and a large capacity memory is required even at the mounting stage. In this respect, there was still room for improvement.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、構成簡素且つ容易に、操舵角に基づく代替制御時のヒステリシス特性を最適化することのできる電動パワーステアリング装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus capable of optimizing hysteresis characteristics at the time of alternative control based on a steering angle with a simple configuration and easily. Is to provide.
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、モータを駆動源として操舵系にアシスト力を付与する操舵力補助装置と、ステアリングに生じた操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記操舵角に基づいて前記操舵力補助装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記操舵角に基づく目標アシスト力の基礎成分に対して操舵方向に応じたヒステリシス成分を付加する電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、前記ヒステリシス成分として、車速の上昇に従って減少する第1のヒステリシス成分と、前記操舵角の増大及び車速の上昇に従って増大する第2のヒステリシス成分と、を演算すること、を要旨とする。
In order to solve the above problems, the invention according to
即ち、ステアリング操作に伴いラック軸に生じる軸方向反力(軸力)を構成する次の二つの要素、転舵輪のグリップ力に基づく「路面摩擦力」、及び走行時、転舵輪に生じた転舵角を中立状態に復元させる方向に作用する「路面抵抗力」は、その車速との関連性において、相反した傾向を有する。しかしながら、上記構成のように、その車速の上昇に従って減少する路面摩擦力に対応する第1のヒステリシス成分、及び操舵角の増大及び車速の上昇に従って増大する路面抵抗力に対応する第2のヒステリシス成分を、それぞれ独立に演算することで、そのヒステリシス特性に関する適合データの収集が容易になる。そして、実装段階においてまた、その必要とするメモリ容量を小さく抑えることができる。特に、上記車速と路面抵抗力との関係を考慮して当該車速が速いほど基礎制御量の絶対値を大とする構成を有するものについては、第2のヒステリシス成分を調整することにより、容易に、その車速の上昇に応じて増大するアシスト力に合わせてヒステリシスを拡大することができる。従って、上記構成によれば、構成簡素且つ容易に、操舵角に基づく代替制御時のヒステリシス特性を最適化することができる。 That is, the following two elements that constitute the axial reaction force (axial force) generated on the rack shaft in accordance with the steering operation, the “road friction force” based on the grip force of the steered wheel, and the rolling force generated on the steered wheel during traveling. The “road resistance” acting in the direction of restoring the rudder angle to the neutral state has a contradictory tendency in relation to the vehicle speed. However, as in the above configuration, the first hysteresis component corresponding to the road surface friction force that decreases as the vehicle speed increases, and the second hysteresis component that corresponds to the road surface resistance force that increases as the steering angle increases and the vehicle speed increases. Are independently calculated, it becomes easy to collect conformity data regarding the hysteresis characteristics. In the mounting stage, the required memory capacity can be kept small. In particular, in consideration of the relationship between the vehicle speed and the road surface resistance force, for those having a configuration in which the absolute value of the basic control amount is increased as the vehicle speed is higher, the second hysteresis component can be easily adjusted. The hysteresis can be expanded in accordance with the assist force that increases as the vehicle speed increases. Therefore, according to the above configuration, it is possible to optimize the hysteresis characteristic during the alternative control based on the steering angle with a simple and easy configuration.
請求項2に記載の発明は、前記制御手段は、前記操舵角がステアリング中立に対応する小舵角領域にある場合には、前記ヒステリシス成分を低減すること、を要旨とする。
上記構成によれば、ステアリング中立付近においては、そのアシスト力を低減させて、ステアリング戻り性を向上させることができる。加えて、ステアリングの「ふらつき」を抑えて所謂ステアリング剛性感を高めることができ、これにより「節度ある操舵フィーリング」を確保することができる。
The gist of the invention described in claim 2 is that the control means reduces the hysteresis component when the steering angle is in a small steering angle region corresponding to steering neutral.
According to the above configuration, in the vicinity of the neutral steering position, the assist force can be reduced and the steering return performance can be improved. In addition, it is possible to suppress the “stabilization” of the steering and enhance the so-called steering rigidity feeling, thereby ensuring “moderate steering feeling”.
請求項3に記載の発明は、前記制御手段は、前記操舵角に基づく目標アシスト力が上限値を超えないように制限するとともに該上限値を前記車速に応じて可変すること、を要旨とする。 The gist of the invention described in claim 3 is that the control means limits the target assist force based on the steering angle so as not to exceed the upper limit value, and varies the upper limit value according to the vehicle speed. .
即ち、所謂ステアリングエンドに対応する最大舵角近傍の領域においては、通常、車両のホイールアライメント(キャスター角等)の影響により、その操舵角の増加に応じた軸力の増大が鈍化する傾向がある。従って、上記構成によれば、その最大舵角近傍の領域において発生するアシスト過剰を抑制することができ、これにより、そのアシスト過剰を要因する問題、即ち急激に手応えが軽くなる所謂「抜け感」の発生、及びそれに起因したステアリングエンドへの衝突を抑制することができる。また、低車速領域では、車速に応じて増大する「路面抵抗力」に対応した第2のヒステリシス成分が小さな値となる。従って、上記構成により、その車速に応じてガード処理を低減することによって、当該ガード処理による最大舵角領域でのアシスト過剰の抑制を適切なものとすることができる。 That is, in the region in the vicinity of the maximum steering angle corresponding to the so-called steering end, the increase in the axial force corresponding to the increase in the steering angle tends to slow down due to the influence of the wheel alignment (caster angle etc.) of the vehicle. . Therefore, according to the above configuration, it is possible to suppress the excessive assist that occurs in the region in the vicinity of the maximum steering angle, thereby causing a problem that causes the excessive assist, that is, a so-called “disengagement feeling” that suddenly becomes less responsive. And the collision to the steering end due to the occurrence of the occurrence of the above can be suppressed. In the low vehicle speed region, the second hysteresis component corresponding to the “road resistance” that increases according to the vehicle speed has a small value. Therefore, with the above configuration, by reducing the guard process according to the vehicle speed, it is possible to appropriately suppress the excessive assist in the maximum steering angle region by the guard process.
請求項4に記載の発明は、ステアリングシャフトを介して伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記トルクセンサの異常を判定する異常判定手段とを備え、前記制御手段は、前記トルクセンサが正常である場合には、前記操舵トルクに基づき前記操舵力補助装置の作動を制御するとともに、前記トルクセンサに異常が生じた場合には、前記操舵角に対応した前記アシスト力を発生させるべく前記操舵力補助装置の作動を制御すること、を要旨とする。
The invention according to
上記構成によれば、簡素な構成にて、トルクセンサの異常時においても、安定的に、操舵系に対するアシスト力付与を継続することができる。 According to the above configuration, the assist force can be stably applied to the steering system even when the torque sensor is abnormal with a simple configuration.
本発明によれば、構成簡素且つ容易に、操舵角に基づく代替制御時のヒステリシス特性を最適化することのできる電動パワーステアリング装置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 apparatus capable of optimizing the hysteresis characteristic at the time of alternative control based on the steering angle in a simple and easy configuration.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置(EPS)1において、ステアリング2が固定されたステアリングシャフト3は、ラックアンドピニオン機構4を介してラック軸5と連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト3の回転は、ラックアンドピニオン機構4によりラック軸5の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト3は、コラムシャフト3a、インターミディエイトシャフト3b、及びピニオンシャフト3cを連結してなる。そして、このステアリングシャフト3の回転に伴うラック軸5の直線運動が、同ラック軸5の両端に連結されたタイロッド6を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪7の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, in the electric power steering apparatus (EPS) 1 of the present embodiment, a steering shaft 3 to which a steering 2 is fixed is connected to a
また、EPS1は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのEPSアクチュエータ10と、該EPSアクチュエータ10の作動を制御する制御手段としてのECU11とを備えている。
Further, the
本実施形態のEPSアクチュエータ10は、駆動源であるモータ12が減速機構13を介してコラムシャフト3aと駆動連結された所謂コラム型のEPSアクチュエータとして構成されている。尚、本実施形態では、モータ12には、ブラシ付の直流モータが採用されている。そして、EPSアクチュエータ10は、同モータ12の回転を減速してコラムシャフト3aに伝達することにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。
The
一方、ECU11には、トルクセンサ14、車速センサ15及び操舵角検出手段を構成するステアリングセンサ(操舵角センサ)16が接続されている。そして、ECU11は、これら各センサの出力信号に基づいて、操舵トルクτ、車速V及び操舵角θsを検出する。
On the other hand, the ECU 11 is connected with a
詳述すると、本実施形態では、コラムシャフト3aの途中、詳しくは、上記EPSアクチュエータ10を構成する減速機構13よりもステアリング2側にトーションバー17が設けられている。そして、本実施形態のトルクセンサ14は、このトーションバー17の捩れに基づいて、ステアリングシャフト3を介して伝達される操舵トルクτを検出可能なセンサ信号Sa,Sbを出力するセンサ素子14a,14bを備えて構成されている。
More specifically, in the present embodiment, the
尚、このようなトルクセンサは、例えば、特開2003−149062号公報に示されるように、トーションバー17の捩れに基づき磁束変化を生ずるセンサコア(図示略)の外周に、二つの磁気検出素子(本実施形態ではホールIC)を上記各センサ素子14a,14bとして配置することにより形成することが可能である。
Such a torque sensor has two magnetic detection elements (not shown) on the outer periphery of a sensor core (not shown) that generates a magnetic flux change based on torsion of the
即ち、回転軸であるステアリングシャフト3に対するトルク入力によりトーションバー17が捻れることで、その各センサ素子14a,14bを通過する磁束が変化する。そして、本実施形態のトルクセンサ14は、その磁束変化に伴い変動する各センサ素子14a,14bの出力電圧を、それぞれセンサ信号Sa,Sbとして、ECU11に出力する構成となっている。
That is, when the
また、本実施形態のステアリングセンサ16は、トルクセンサ14よりもステアリング2側においてコラムシャフト3aに固定された回転子18と、該回転子18の回転に伴う磁束変化を検出するセンサ素子(ホールIC)19とを備えた磁気式の回転角センサにより構成されている。
The steering sensor 16 according to the present embodiment includes a rotor 18 fixed to the
そして、ECU11は、これら検出される各状態量に基づいて目標アシスト力を演算し、当該目標アシスト力をEPSアクチュエータ10に発生させるべく、その駆動源であるモータ12への駆動電力の供給を通じて、該EPSアクチュエータ10の作動、即ち操舵系に付与するアシスト力を制御する構成となっている(パワーアシスト制御)。
Then, the ECU 11 calculates a target assist force based on each detected state quantity, and through the supply of drive power to the
次に、本実施形態のEPSによるパワーアシスト制御の態様について説明する。
図2に示すように、ECU11は、モータ制御信号を出力するマイコン21と、そのモータ制御信号に基づいて、EPSアクチュエータ10の駆動源であるモータ12に駆動電力を供給する駆動回路22とを備えている。
Next, the aspect of the power assist control by EPS of this embodiment is demonstrated.
As shown in FIG. 2, the ECU 11 includes a
尚、以下に示す各制御ブロックは、マイコン21が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。そして、同マイコン21は、所定のサンプリング周期で各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。
Each control block shown below is realized by a computer program executed by the
詳述すると、マイコン21は、モータ12に対する電力供給の目標値、即ち目標アシスト力に対応する電流指令値I*を演算する電流指令値演算部25と、電流指令値演算部25により算出された電流指令値I*に基づいてモータ制御信号を出力するモータ制御信号出力部26とを備えている。
More specifically, the
電流指令値演算部25には、基本アシスト制御部27が設けられており、上記車速V及び操舵トルクτは、この基本アシスト制御部27に入力される。そして、この基本アシスト制御部27において、上記目標アシスト力の基礎成分となる基本アシスト制御量Ias*が演算される。
The current command value calculation unit 25 is provided with a basic
ここで、本実施形態では、このように目標アシスト力の基礎となる操舵トルクτは、マイコン21に設けられた操舵トルク検出部28において、上記トルクセンサ14が出力するセンサ信号Sa,Sbに基づき検出される。そして、本実施形態の基本アシスト制御部27は、当該操舵トルク検出部28の出力する操舵トルクτ(の絶対値)が大きいほど、また車速Vが小さいほど、より大きなアシスト力を付与すべき値を有した基本アシスト制御量Ias*を演算するように構成されている。
Here, in this embodiment, the steering torque τ that is the basis of the target assist force is based on the sensor signals Sa and Sb output from the
更に、本実施形態では、上記操舵トルク検出部28には、トルクセンサ14の出力するセンサ信号Sa,Sbに基づき同トルクセンサ14の異常を判定する異常判定手段としての機能が備えられており、電流指令値演算部25には、その判定結果を示す異常判定信号Strが入力されるようになっている。そして、電流指令値演算部25は、その入力される異常判定信号Strが正常である旨を示すものである場合、即ちトルクセンサ14が正常に作動している通常時には、この基本アシスト制御量Ias*に基づく値を、上記目標アシスト力に対応する電流指令値I*として、モータ制御信号出力部26に出力する構成となっている。
Furthermore, in the present embodiment, the steering
一方、モータ制御信号出力部26には、電流指令値演算部25が出力する電流指令値I*とともに、電流センサ29により検出されたモータ12の実電流値Iが入力される。即ち、本実施形態のモータ制御信号出力部26は、目標アシスト力に対応する電流指令値I*に実電流値Iを追従させるべく電流フィードバック制御を実行することによりモータ制御信号を生成する。そして、本実施形態では、このようにして生成されたモータ制御信号が、マイコン21から駆動回路22へと出力され、同駆動回路22により当該モータ制御信号に基づく駆動電力がモータ12へと供給されることにより、その目標アシスト力に対応するアシスト力が操舵系に付与される構成となっている。
On the other hand, the motor control
また、本実施形態の電流指令値演算部25には、上記のように操舵トルクτ(及び車速V)に基づいて基本アシスト制御量Ias*を演算する基本アシスト制御部27とともに、ステアリング2に生じた操舵角θsに基づいて代替アシスト制御量Isb*を演算する代替アシスト制御部30が設けられている。そして、トルクセンサ14に何らかの異常が発生した場合には、その操舵トルクτに基づく通常のアシスト制御に代えて、操舵角θsに基づく代替アシスト制御を実行すべく、代替アシスト制御部30が演算する代替アシスト制御量Isb*を、その代替アシスト制御における目標アシスト力に対応する制御成分とする構成になっている。
In addition, the current command value calculation unit 25 according to the present embodiment is generated in the steering 2 together with the basic
具体的には、本実施形態の電流指令値演算部25には、切替制御部31が設けられており、代替アシスト制御部30において演算された代替アシスト制御量Isb*は、上記基本アシスト制御部27において演算された基本アシスト制御量Ias*及び上記操舵トルク検出部28の出力する異常判定信号Strとともに、この切替制御部31に入力される。そして、その入力される異常判定信号Strがトルクセンサ14の異常を示すものである場合には、同切替制御部31が、上記基本アシスト制御量Ias*に代えて、代替アシスト制御量Isb*を出力することにより、その操舵角θsに基づく代替アシスト制御が実行されるようになっている。
Specifically, the current command value calculation unit 25 of the present embodiment is provided with a switching
(操舵角に基づく代替アシスト制御時におけるヒステリシス制御)
次に、本実施形態における代替アシスト制御部の構成、及び操舵角に基づく代替アシスト制御時におけるヒステリシス制御の態様について説明する。
(Hysteresis control during alternative assist control based on steering angle)
Next, the configuration of the alternative assist control unit in the present embodiment and the mode of hysteresis control during the alternative assist control based on the steering angle will be described.
図2に示すように、本実施形態の代替アシスト制御部30は、操舵角θsに基づく目標アシスト力の基礎成分となる基礎制御量ε_bsを演算し、当該基礎制御量ε_bsに対してヒステリシス成分となるヒステリシス制御量ε_hyを付加することにより、上記代替アシスト制御量Isb*を演算する。
As shown in FIG. 2, the alternative
詳述すると、本実施形態では、代替アシスト制御部30には、基礎制御量演算部32及びヒステリシス制御量演算部33が設けられており、これらの各演算部には、それぞれ、操舵角θs及び車速Vが入力される。そして、これら操舵角θs及び車速Vに基づいて、基礎制御量演算部32は、基礎制御量ε_bsを演算し、ヒステリシス制御量演算部33は、ヒステリシス制御量ε_hyを演算する。
More specifically, in the present embodiment, the alternative
具体的には、本実施形態のヒステリシス制御量演算部33において、これら基礎制御量ε_bs及びヒステリシス制御量ε_hy(ε_hy´)は、付加演算部34に入力される。また、この付加演算部34には、操舵速度ωsが入力されるようになっており、同付加演算部34は、その操舵速度ωsに基づいて操舵方向を特定する。そして、付加演算部34は、その操舵方向に応じて基礎制御量ε_bsにヒステリシス制御量ε_hyを付加する。
Specifically, in the hysteresis control
より具体的には、付加演算部34は、操舵方向が「+」方向(本実施形態では、右操舵に対応)である場合には、当該「+」方向にヒステリシス制御量ε_hyを付加(加算)し、操舵方向が「−」方向(同じく、左操舵に対応)である場合には、当該「−」方向にヒステリシス制御量ε_hyを付加(減算)する。そして、本実施形態の代替アシスト制御部30は、このように基礎制御量ε_bsにヒステリシス制御量ε_hyを付加することにより得られる合算制御量ε_cm(ε_cm´)を代替アシスト制御量Isb*として上記切替制御部31に出力することにより、操舵角θsに基づく代替制御におけるヒステリシス特性を制御する。
More specifically, when the steering direction is the “+” direction (corresponding to right steering in this embodiment), the
さらに詳述すると、図3に示すように、基礎制御量演算部32は、検出される操舵角θsの絶対値が大きいほど、また、車速Vが速いほど、より大きな絶対値を有した基礎制御量ε_bsを演算する。具体的には、本実施形態では、基礎制御量ε_bsは、操舵角θsと比例関係となるように設定されている。そして、本実施形態の基礎制御量演算部32は、車速Vに応じて、その傾きαを変化させることにより、上記基礎制御量ε_bsの演算を実行する。
More specifically, as shown in FIG. 3, the basic control
一方、図2に示すように、本実施形態のヒステリシス制御量演算部33には、第1ヒス幅演算部35及び第2ヒス幅演算部36が設けられている。第1ヒス幅演算部35は、図4に示すように、車速Vの上昇に従って減少する第1のヒステリシス成分としての第1ヒス幅ε_hy1を演算する。尚、本実施形態では、第1ヒス幅ε_hy1は、車速Vの上昇に対して略反比例状に減少する設定となっている。また、第2ヒス幅演算部36は、図5に示すように、車速Vの上昇に従って大となる乗算係数βを演算し、当該乗算係数βを操舵角θs(の絶対値)に乗ずることにより、操舵角θsの増大及び車速Vの上昇に従って増大する第2のヒステリシス成分としての第2ヒス幅ε_hy2を演算する(ε_hy2=|θs|×β)。尚、本実施形態では、所定速度V1以下の低速度領域(V≦V1)においては、乗算係数βは「ゼロ」となるように設定されている(β=0)。そして、ヒステリシス制御量演算部33は、これら第1ヒス幅ε_hy1及び第2ヒス幅ε_hy2を加算器37において合算することにより、ヒステリシス制御量ε_hyを演算する。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the hysteresis
そして、本実施形態の代替アシスト制御部30は、このヒステリシス制御量ε_hy(ε_hy´)を、上記付加演算部34において基礎制御量ε_bsに付加することにより、図6に示すように、操舵角θs(の絶対値)の増大に従って、そのヒステリシスの大きさ(ヒス幅)が大となる所謂バタフライ状のヒステリシス特性が得られるような代替アシスト制御量Isb*を演算する。
Then, the alternative
尚、図6中、操舵角θsに基づく基礎成分としての基礎制御量ε_bsは、直線Lに表すことができる。そして、第1のヒステリシス成分として第1ヒス幅ε_hy1は、破線に示す囲みM内の領域、第2のヒステリシス成分としての第2ヒス幅ε_hy2は、その囲みMと実線に示す囲みNとの間の領域(ハッチング部分)に表される。 In FIG. 6, the basic control amount ε_bs as a basic component based on the steering angle θs can be represented by a straight line L. The first hysteresis width ε_hy1 as the first hysteresis component is a region in the enclosure M indicated by the broken line, and the second hysteresis width ε_hy2 as the second hysteresis component is between the enclosure M and the enclosure N indicated by the solid line. It is expressed in the area (hatched part).
即ち、ステアリング操作に伴いラック軸5に生じる軸方向反力(軸力)は、転舵輪7のグリップ力に基づき当該転舵輪7と路面との間に生ずる摩擦力、及び走行時、転舵輪7に生じた転舵角を中立状態に復元させる方向に作用する路面抵抗力(セルフアライニングトルクに相当する力)の二つを主たる構成要素とする。そして、前者の路面摩擦力は、車速Vが上昇するに従って減少する一方、後者のセルフアライニングトルクに相当する路面抵抗力は、その舵角が大きいほど、また車速Vが上昇するほどに大となる。つまり、ステアリング操作により生ずる軸力の二つの構成要素、上記「路面摩擦力」及び「路面抵抗力」は、車速Vとの関連性において、相反した傾向を有している。
That is, the axial reaction force (axial force) generated in the
この点を踏まえ、本実施形態では、車速Vの上昇に従って減少する路面摩擦力に対応する第1ヒス幅ε_hy1、及び操舵角θsの増大及び車速Vの上昇に従って増大する路面抵抗力に対応する第2ヒス幅ε_hy2を、それぞれ独立して演算する。即ち、これらを独立に演算することで、適合データの収集が容易になるとともに、実装段階において必要となるメモリ容量を小さく抑えることが可能になる。そして、本実施形態では、これにより、簡素な構成にて容易に、そのヒステリシス特性を最適化することが可能となっている。 Based on this point, in the present embodiment, the first hiss width ε_hy1 corresponding to the road friction force that decreases as the vehicle speed V increases, and the road surface resistance force that increases as the steering angle θs increases and the vehicle speed V increases. 2 His width ε_hy2 is calculated independently. That is, by calculating these independently, it becomes easy to collect the conforming data, and it is possible to reduce the memory capacity required in the mounting stage. In this embodiment, the hysteresis characteristic can be easily optimized with a simple configuration.
また、本実施形態では、ヒステリシス制御量演算部33には、舵角ゲイン演算部38が設けられており、当該舵角ゲイン演算部38は、操舵角θs(の絶対値)に基づいて舵角ゲインKθ(0≦Kθ≦1)を演算する。
In the present embodiment, the hysteresis control
具体的には、図7に示すように、舵角ゲイン演算部38は、検出される操舵角θsがステアリング中立に対応する小舵角領域にある場合(|θs|≦θ1)には、当該操舵角θs(の絶対値)の減少に従って、より小さな値の舵角ゲインKθを演算する。尚、舵角ゲイン演算部38は、操舵角θsが小舵角領域にない場合(|θs|>θ1)には、舵角ゲインKθとして「1」を演算する。そして、操舵角θsがステアリング中立を示す場合(θs=0)には、舵角ゲインKθとして「1」を演算する。
Specifically, as shown in FIG. 7, when the detected steering angle θs is in the small steering angle region corresponding to the steering neutral (| θs | ≦ θ1), the steering angle
図2に示すように、本実施形態では、舵角ゲイン演算部38の出力する舵角ゲインKθは、上記ヒステリシス制御量ε_hyとともに乗算器39に入力される。そして、本実施形態のヒステリシス制御量演算部33は、上記付加演算部34に対し、この舵角ゲインKθを乗ずることにより補正された後のヒステリシス制御量ε_hy´を出力する。
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the steering angle gain Kθ output from the steering angle
即ち、図8に示すように、このような舵角ゲインKθによる補正を行うことにより、操舵角θsが小舵角領域にある場合には、当該操舵角θsがステアリング中立位置に近づくほど、補正後のヒステリシス制御量ε_hy´が減少することにより、その操舵系に付与されるアシスト力が減少する。尚、同図中の二点鎖線は、舵角ゲインKθによる補正を行わなかった場合のアシスト力の推移を示している。そして、本実施形態では、これにより、そのステアリング戻り性を向上させるとともに、ステアリング2の「ふらつき」を抑えて所謂ステアリング剛性感を高めることにより、「節度ある操舵フィーリング」を確保することが可能となっている。 That is, as shown in FIG. 8, when the steering angle θs is in the small steering angle region by performing the correction using the steering angle gain Kθ, the correction is performed as the steering angle θs approaches the steering neutral position. As the subsequent hysteresis control amount ε_hy ′ decreases, the assist force applied to the steering system decreases. In addition, the dashed-two dotted line in the figure has shown transition of the assist force when not correct | amending by steering angle gain K (theta). And in this embodiment, while improving the steering return property by this, it is possible to ensure "moderate steering feeling" by suppressing the "stabilization" of the steering wheel 2 and enhancing the so-called steering rigidity feeling. It has become.
更に、図2に示すように、本実施形態のヒステリシス制御量演算部33には、ガード処理部40が設けられており、上記付加演算部34において基礎制御量ε_bsにヒステリシス制御量ε_hyを付加することにより得られた合算制御量ε_cmには、このガード処理部40によるガード処理が施される。具体的には、ガード処理部40は、合算制御量ε_cmの絶対値が上限値(εth)を超えないように制限する。そして、ヒステリシス制御量演算部33は、そのガード処理後の合算制御量ε_cm´を代替アシスト制御量Isb*として上記切替制御部31に出力する。
Further, as shown in FIG. 2, the hysteresis control
即ち、所謂ステアリングエンドに対応する最大舵角近傍の領域においては、通常、車両のホイールアライメント(キャスター角等)の影響により、上述のような操舵角θsの増加に応じた軸力の増大が鈍化する傾向がある。この点を踏まえ、本実施形態では、上記ガード処理によって、代替アシスト制御量Isb*となる合算制御量ε_cmを制限することにより、図9に示すように、操舵角θsが最大舵角領域にある場合において発生するアシスト過剰を抑制する。そして、これにより、当該最大舵角近傍の領域において、急激に手応えが軽くなる所謂「抜け感」の発生、及びそれに起因したステアリングエンドへの衝突を抑制する構成となっている。 That is, in the region in the vicinity of the maximum steering angle corresponding to the so-called steering end, the increase in the axial force according to the increase in the steering angle θs as described above is generally slowed down due to the influence of the wheel alignment (caster angle etc.) of the vehicle. Tend to. In view of this point, in the present embodiment, by limiting the combined control amount ε_cm that becomes the alternative assist control amount Isb * by the guard process, the steering angle θs is in the maximum steering angle region as shown in FIG. The excessive assist that occurs in the case is suppressed. As a result, in a region near the maximum steering angle, the so-called “disengagement” in which the response is suddenly lightened, and the collision with the steering end due to the so-called “disengagement feeling” are suppressed.
さらに詳述すると、本実施形態のガード処理部40は、セルフアライニングトルクに相当する上記「路面抵抗力」に対応して演算される第2ヒス幅ε_hy2の影響を考慮して、図10に示すように、車速Vに応じて、そのガード処理における上限値εthを可変する。具体的には、ガード処理部40は、検出される車速Vが所定値V2以下である場合には、その車速Vが低いほど上限値εthを低減する。即ち、上記のように「路面抵抗力」は、車速Vに応じて増大する。そして、本実施形態では、この「路面抵抗力」に対応した第2ヒス幅ε_hy2が小さくなる低車速領域では、そのガード処理の上限値εthを低減することにより、当該ガード処理の実行による最大舵角領域でのアシスト力の低減を適切なものとする構成になっている。
More specifically, the
以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
(1)代替アシスト制御部30は、基礎制御量演算部32と、ヒステリシス制御量演算部33とを備え、操舵角に基づく基礎制御量ε_bsにヒステリシス制御量ε_hyを付加することにより代替アシスト制御量Isb*を出力する。そして、車速Vの上昇に従って減少する第1ヒス幅ε_hy1を演算する第1ヒス幅演算部35と、操舵角θsの増大及び車速Vの上昇に従って増大する第2ヒス幅ε_hy2を演算する第2ヒス幅演算部36とを備える。
As described above, according to the present embodiment, the following operations and effects can be obtained.
(1) The alternative
即ち、ステアリング操作に伴いラック軸5に生じる軸方向反力(軸力)を構成する次の二つの要素、転舵輪7のグリップ力に基づく「路面摩擦力」、及び走行時、転舵輪7に生じた転舵角を中立状態に復元させる方向に作用する「路面抵抗力」は、その車速Vとの関連性において、相反した傾向を有する。しかしながら、上記構成のように、その車速Vの上昇に従って減少する路面摩擦力に対応する第1ヒス幅ε_hy1、及び操舵角θsの増大及び車速Vの上昇に従って増大する路面抵抗力に対応する第2ヒス幅ε_hy2を、それぞれ独立に演算することで、ヒステリシス特性に関する適合データの収集が容易になる。そして、実装段階においてまた、その必要とするメモリ容量を小さく抑えることができる。従って、上記構成によれば、構成簡素且つ容易に、操舵角に基づく代替制御時のヒステリシス特性を最適化することができる。
That is, the following two elements constituting the axial reaction force (axial force) generated in the
(2)基礎制御量演算部32は、検出される操舵角θsの絶対値が大きいほどより大きな絶対値を有した基礎制御量ε_bsを演算するとともに、併せて、その車速Vが速いほど、当該基礎制御量ε_bsの絶対値を大とする。
(2) The basic control
即ち、車両走行時においては、車速Vが大となるほど、そのセルフアライニングトルクに相当する路面抵抗力が大となる。従って、上記構成によれば、車速Vによらず、より適切なアシスト力を付与することができる。そして、ヒステリシス特性については、上記第2ヒス幅ε_hy2により、車速Vの上昇に応じて増大するアシスト力に合わせて、ヒステリシスを拡大することで、容易に最適化を図ることができる。 That is, when the vehicle travels, the road resistance corresponding to the self-aligning torque increases as the vehicle speed V increases. Therefore, according to the above configuration, a more appropriate assist force can be applied regardless of the vehicle speed V. The hysteresis characteristic can be easily optimized by expanding the hysteresis in accordance with the assist force that increases as the vehicle speed V increases by the second hysteresis width ε_hy2.
(3)ヒステリシス制御量演算部33は、操舵角θs(の絶対値)に基づき舵角ゲインKθ(0≦Kθ≦1)を演算する舵角ゲイン演算部38を備える。そして、この舵角ゲインKθをヒステリシス制御量ε_hyに乗ずることにより、操舵角θsがステアリング中立に対応する小舵角領域にある場合(|θs|≦θ1)には、当該操舵角θsがステアリング中立位置に近づくほど、その補正後のヒステリシス制御量ε_hy´を低減させる。
(3) The hysteresis
上記構成によれば、ステアリング中立付近においては、そのアシスト力を低減させて、ステアリング戻り性を向上させることができる。加えて、ステアリング2の「ふらつき」を抑えて所謂ステアリング剛性感を高めることができ、これにより「節度ある操舵フィーリング」を確保することができる。 According to the above configuration, in the vicinity of the neutral steering position, the assist force can be reduced and the steering return performance can be improved. In addition, it is possible to suppress the “fluctuation” of the steering wheel 2 and enhance a so-called steering rigidity feeling, thereby ensuring a “moderate steering feeling”.
(4)ヒステリシス制御量演算部33は、ガード処理部40を備え、当該ガード処理部40は、基礎制御量ε_bsにヒステリシス制御量ε_hyを付加することにより得られる合算制御量ε_cm(の絶対値)が上限値(εth)を超えないように制限する。そして、ガード処理部40は、車速Vに応じて、そのガード処理における上限値εthを可変する。
(4) The hysteresis control
即ち、所謂ステアリングエンドに対応する最大舵角近傍の領域においては、通常、車両のホイールアライメント(キャスター角等)の影響により、その操舵角θsの増加に応じた軸力の増大が鈍化する傾向がある。従って、上記構成によれば、その最大舵角近傍の領域において発生するアシスト過剰を抑制することができ、これにより、そのアシスト過剰を要因する問題、即ち急激に手応えが軽くなる所謂「抜け感」の発生、及びそれに起因したステアリングエンドへの衝突を抑制することができる。また、低車速領域では、車速Vに応じて増大する「路面抵抗力」に対応した第2ヒス幅ε_hy2が小さな値となる。従って、上記構成のように、車速に応じてガード処理の上限値εthを低減することにより、当該ガード処理の実行による最大舵角領域でのアシスト力の低減を適切なものとすることができる。 That is, in the region in the vicinity of the maximum steering angle corresponding to the so-called steering end, the increase in the axial force corresponding to the increase in the steering angle θs tends to slow down due to the influence of the vehicle wheel alignment (caster angle, etc.). is there. Therefore, according to the above configuration, it is possible to suppress the excessive assist that occurs in the region in the vicinity of the maximum steering angle, thereby causing a problem that causes the excessive assist, that is, a so-called “disengagement feeling” that suddenly becomes less responsive. And the collision to the steering end due to the occurrence of the occurrence of the above can be suppressed. In the low vehicle speed region, the second hysteresis width ε_hy2 corresponding to the “road resistance” that increases with the vehicle speed V is a small value. Accordingly, by reducing the upper limit value εth of the guard process according to the vehicle speed as in the above configuration, it is possible to appropriately reduce the assist force in the maximum steering angle region by executing the guard process.
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、本発明を所謂コラム型のEPS1に具体化したが、本発明は、所謂ピニオン型やラックアシスト型のEPSに適用してもよい。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
In the above embodiment, the present invention is embodied in a so-called
・上記実施形態では、本発明をブラシ付の直流モータを駆動源とするEPS1に具体化したが、ブラシレスモータを駆動源とするEPSに適用してもよい。
・上記実施形態では、本発明を、トルクセンサ異常後の代替アシスト制御に具体化したが、常時、操舵角θsに基づくアシスト力を操舵系に付与する構成に適用してもよい。
In the above embodiment, the present invention is embodied in
In the above embodiment, the present invention is embodied in the alternative assist control after the abnormality of the torque sensor, but may be applied to a configuration in which an assist force based on the steering angle θs is always applied to the steering system.
・上記実施形態では、第2ヒス幅演算部36は、車速Vの上昇に従って大となる乗算係数βを演算し、当該乗算係数βを操舵角θs(の絶対値)に乗ずることにより、操舵角θsの増大及び車速Vの上昇に従って増大する第2のヒステリシス成分としての第2ヒス幅ε_hy2を演算することとした(ε_hy2=|θs|×β)。しかし、これに限らず、マップ演算等により、操舵角θs及び車速Vから直接的に第2のヒステリシス成分を演算する構成であってもよい。
In the above-described embodiment, the second hysteresis
・上記実施形態では、舵角ゲインKθをヒステリシス制御量ε_hyに乗ずることにより、操舵角θsがステアリング中立に対応する小舵角領域にある場合(|θs|≦θ1)には、当該操舵角θsがステアリング中立位置に近づくほど、その補正後のヒステリシス制御量ε_hy´を低減させることとした。しかし、これに限らず、同様にヒステリシス制御量ε_hyを低減させる低減成分を演算してヒステリシス制御量ε_hyに加算する構成としてもよい。 In the above embodiment, by multiplying the steering angle gain Kθ by the hysteresis control amount ε_hy, when the steering angle θs is in the small steering angle region corresponding to the steering neutral (| θs | ≦ θ1), the steering angle θs As the value approaches the steering neutral position, the corrected hysteresis control amount ε_hy ′ is reduced. However, the present invention is not limited to this, and a configuration may be adopted in which a reduction component for reducing the hysteresis control amount ε_hy is calculated and added to the hysteresis control amount ε_hy.
・上記実施形態では、基礎制御量演算部32は、検出される操舵角θsの絶対値が大きいほどより大きな絶対値を有した基礎制御量ε_bsを演算するとともに、併せて、その車速Vが速いほど、当該基礎制御量ε_bsの絶対値を大とすることとした。しかし、これに限らず、操舵角θsのみ、或いは車速V以外の状態量との組み合わせに基づいて基礎制御量ε_bsを演算する構成に適用してもよい。
In the above embodiment, the basic control
・上記実施形態では、操舵角θsがステアリング中立に対応する小舵角領域にある場合(|θs|≦θ1)には、当該操舵角θsがステアリング中立位置に近づくほど、その補正後のヒステリシス制御量ε_hy´を低減させることとした。しかし、これに限らず、その低減の態様については、例えば、小舵角領域の全域に亘って一律に低減する、或いはステップ状に段階的に低減する等としてもよい。 In the above embodiment, when the steering angle θs is in the small steering angle region corresponding to the steering neutral (| θs | ≦ θ1), the hysteresis control after the correction is performed as the steering angle θs approaches the steering neutral position. The amount ε_hy ′ was reduced. However, the present invention is not limited to this. For example, the reduction may be uniformly reduced over the entire small steering angle region, or may be reduced stepwise in a stepwise manner.
次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想を効果とともに記載する。
(イ)請求項1に記載の電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、前記車速の上昇に従って大となる乗算係数を演算し、該乗算係数を前記操舵角に乗ずることにより、第2のヒステリシス成分を演算すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。これにより、適合データを格納するためのメモリ容量を抑えることができる。
Next, technical ideas that can be grasped from the above embodiments will be described together with effects.
(A) In the electric power steering apparatus according to
(ロ)請求項2に記載の電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、前記小舵角領域においては、前記操舵角の減少に従って、前記ヒステリシス成分を低減すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。これにより、アシスト力の変動を抑えて良好な操舵フィーリングを確保することができる。 (B) The electric power steering apparatus according to claim 2, wherein the control means reduces the hysteresis component as the steering angle decreases in the small steering angle region. apparatus. Thereby, the fluctuation | variation of assist force can be suppressed and a favorable steering feeling can be ensured.
(ハ)上記(ロ)又は請求項2に記載の電動パワーステアリング装置において、前記制御手段は、前記操舵角がゼロである場合には、前記基礎成分に付加する前記ヒステリシス成分をゼロとすること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。これにより、そのステアリング戻り性を更に向上させることができる。 (C) In the electric power steering apparatus according to (b) or claim 2, the control means sets the hysteresis component to be added to the basic component to zero when the steering angle is zero. An electric power steering apparatus characterized by the above. Thereby, the steering return property can be further improved.
1…電動パワーステアリング装置(EPS)、2…ステアリング、3…ステアリングシャフト、3a…コラムシャフト、5…ラック軸、7…転舵輪、10…EPSアクチュエータ、11…ECU、12…モータ、14…トルクセンサ、15…車速センサ、16…ステアリングセンサ、21…マイコン、22…駆動回路、25…電流指令値演算部、26…モータ制御信号出力部、27…基本アシスト制御部、28…操舵トルク検出部、30…代替アシスト制御部、31…切替制御部、32…基礎制御量演算部、33…ヒステリシス制御量演算部、34…付加演算部、35…第1ヒス幅演算部、36…第2ヒス幅演算部、37…加算器、38…舵角ゲイン演算部、39…乗算器、40…ガード処理部、I*…電流指令値、Ias*…基本アシスト制御量、τ…操舵トルク、Sa,Sb…センサ信号、Str…異常検出信号、Isb**…代替アシスト制御量、θs…操舵角、V…車速、ε_bs…基礎制御量、ε_hy,ε_hy´…ヒステリシス制御量、ε_hy1…第1ヒス幅、ε_hy2…第2ヒス幅、ε_cm,ε_cm´…合算制御量、εth…上限値、Kθ…舵角ゲイン。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記制御手段は、前記ヒステリシス成分として、
車速の上昇に従って減少する第1のヒステリシス成分と、
前記操舵角の増大及び車速の上昇に従って増大する第2のヒステリシス成分と、
を演算すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。 A steering force assisting device for applying an assisting force to the steering system using a motor as a drive source, a steering angle detecting means for detecting a steering angle generated in the steering, and controlling the operation of the steering force assisting device based on the steering angle. An electric power steering apparatus that adds a hysteresis component according to a steering direction to a basic component of a target assist force based on the steering angle,
The control means, as the hysteresis component,
A first hysteresis component that decreases as the vehicle speed increases;
A second hysteresis component that increases as the steering angle increases and the vehicle speed increases;
An electric power steering device characterized by calculating
前記制御手段は、前記操舵角がステアリング中立に対応する小舵角領域にある場合には、前記ヒステリシス成分を低減すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。 The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein
The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the control means reduces the hysteresis component when the steering angle is in a small steering angle region corresponding to steering neutral.
前記制御手段は、前記操舵角に基づく目標アシスト力が上限値を超えないように制限するとともに該上限値を前記車速に応じて可変すること、
を特徴とする電動パワーステアリング装置。 In the electric power steering device according to claim 1 or 2,
The control means limits the target assist force based on the steering angle so as not to exceed an upper limit value, and varies the upper limit value according to the vehicle speed;
An electric power steering device.
ステアリングシャフトを介して伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記トルクセンサの異常を判定する異常判定手段とを備え、
前記制御手段は、前記トルクセンサが正常である場合には、前記操舵トルクに基づき前記操舵力補助装置の作動を制御するとともに、前記トルクセンサに異常が生じた場合には、前記操舵角に対応した前記アシスト力を発生させるべく前記操舵力補助装置の作動を制御すること、を特徴とする電動パワーステアリング装置。 In the electric power steering device according to any one of claims 1 to 3,
A torque sensor for detecting a steering torque transmitted via the steering shaft; and an abnormality determining means for determining an abnormality of the torque sensor;
The control means controls the operation of the steering force assisting device based on the steering torque when the torque sensor is normal, and responds to the steering angle when an abnormality occurs in the torque sensor. And controlling the operation of the steering force assisting device to generate the assist force.
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