JP2012076657A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に関し、特に、ハンドル戻し時に、電動パワーステアリング装置により発生するアシストトルクの向きや大きさを制御することのできる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 mounted on a vehicle, and more particularly to an electric power steering apparatus capable of controlling the direction and magnitude of assist torque generated by the electric power steering apparatus when the steering wheel is returned.
電動パワーステアリング装置は、運転者がハンドルを操作することによって生じる操舵トルクを検出し、車速と、検出された操舵トルクの値に応じた電流を電動モータに印加して回転駆動する。電動モータは電動パワーステアリング装置の機構に噛み合っているので、この電流の印加により必要なアシストトルクを発生させることができる。
また、一般に電動パワーステアリング装置は、セルフアライニング機能を有する。すなわち、転舵後に直進状態に戻る過程で、運転者がハンドルを回転させる力を0にすれば(いわゆる手放し状態にすれば)、車輪は自動的に中立位置方向に戻ろうとする。
The electric power steering device detects a steering torque generated when the driver operates the steering wheel, and applies a current corresponding to the vehicle speed and the detected value of the steering torque to the electric motor for rotational driving. Since the electric motor meshes with the mechanism of the electric power steering device, the necessary assist torque can be generated by applying this current.
In general, the electric power steering apparatus has a self-aligning function. That is, in the process of returning to the straight traveling state after turning, if the driver turns the force for rotating the steering wheel to 0 (so-called hand-off state), the wheel automatically attempts to return to the neutral position.
しかしながら、従来の電動パワーステアリング装置においては、セルフアライニング機能により車輪が中立位置方向に戻ろうとする時にも、電動モータのロータや車両及びステアリング系のフリクションに相当する摩擦力等により、中立位置まで戻りきらず、運転者がハンドルを直進方向へ回転し直す場合があった。
この不具合を部分的に解消する方法として、ハンドル戻りを改善する方法が提案されている。この方法は、モータ回転方向と操舵トルクの方向とが異なる方向であれば、電動モータの回転速度または回転加速度に応じて、電動モータの回転方向と同一方向(戻り方向)のアシストトルクを発生し、この発生されたアシストトルクに応じた電流を電動モータに供給して回転駆動させる。
However, in the conventional electric power steering device, even when the wheel tries to return to the neutral position direction due to the self-aligning function, the frictional force corresponding to the friction of the rotor of the electric motor and the vehicle and the steering system etc. In some cases, the driver did not return completely, and the driver re-rotated the steering wheel in the straight direction.
As a method for partially solving this problem, a method for improving the handle return has been proposed. This method generates assist torque in the same direction (return direction) as the rotation direction of the electric motor according to the rotation speed or rotation acceleration of the electric motor if the rotation direction of the motor and the direction of the steering torque are different. Then, a current corresponding to the generated assist torque is supplied to the electric motor for rotation.
上記のような構成により、低車速では手放し時にハンドルの戻りを改善する効果は期待できるが、操舵の回転方向によるステアリング装置各部や車両の回転方向でのフリクションの左右差の影響で、ハンドル戻り特性に左右差が生じてしまう欠点があった。この結果、セルフアライニング機能により車輪が中立位置方向に戻ろうとする力が同じ場合には、右と左の操舵からの戻りの戻しトルク感、速度、戻り角の特性に大きなアンバランスが生じる欠点があった。 The above configuration can be expected to improve the return of the steering wheel when it is released at low vehicle speeds, but the steering wheel return characteristics are affected by the difference in the left and right friction in each part of the steering system and the rotational direction of the vehicle. There was a drawback that left and right difference would occur. As a result, if the self-aligning function causes the wheels to return to the neutral position, the imbalance between the characteristics of the return torque feeling, speed, and return angle from the right and left steering will occur. was there.
本発明の目的は、電動モータのロータや車両及びステアリング系の操舵時のフリクションの左右差を実測して記憶し、その結果により、ハンドルの戻りの方向による戻し力やフリクションのアンバランスを補正する補正量を、それぞれの方向に合わせて適正値に調整できるようにすることで、ハンドル戻り特性の左右差を解消することである。 The object of the present invention is to actually measure and store the difference in left and right friction during steering of the rotor of the electric motor, the vehicle, and the steering system, and to correct the return force and the friction imbalance due to the return direction of the steering wheel. By correcting the correction amount to an appropriate value in accordance with each direction, it is possible to eliminate the left-right difference in the steering wheel return characteristic.
本発明の電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングを回転させる事によって生じる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクに基づいて、運転者による操舵トルクを補助するアシストトルクを決定する基本アシスト制御手段と、アシストトルクを発生するための電動モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段と、前記電動モータの回転方向を判定するモータ回転方向判定手段と、前記モータ回転速度検出手段からのモータ回転速度信号と前記操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号とにより、モータ回転速度が無負荷回転数相当となった場合の操舵トルクを、前記モータ回転方向判定手段によって判定された電動モータの回転方向別に記憶する記憶手段と、タイヤが路面から受けるタイヤの路面反力に相当するトルクに対して、前記記憶手段に記憶された各電動モータの回転方向における操舵トルクの前記回転トルク既定値に対する割合を係数として、トルク左右差の調整をするトルク左右差調整手段とを備え、前記基本アシスト制御手段によって決定されたアシストトルクに対して、前記トルク左右差調整手段によって調整された路面反力に相当するトルクを減算することにより、ハンドル戻し制御を行うことを特徴とする。 The electric power steering apparatus according to the present invention includes a steering torque detecting means for detecting a steering torque generated by the driver rotating the steering, and a steering torque by the driver based on the steering torque detected by the steering torque detecting means. Basic assist control means for determining assist torque for assisting the motor, motor rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the electric motor for generating the assist torque, and motor rotation direction determination means for determining the rotation direction of the electric motor And the steering torque when the motor rotational speed is equivalent to the no-load rotational speed based on the motor rotational speed signal from the motor rotational speed detecting means and the steering torque signal from the steering torque detecting means, Storage means for storing each rotation direction of the electric motor determined by the determination means; With respect to the torque corresponding to the road surface reaction force of the tire that the tire receives from the road surface, the ratio of the steering torque in the rotational direction of each electric motor stored in the storage means with respect to the predetermined value of the rotational torque is used as a coefficient. Torque left and right difference adjusting means for adjusting, by subtracting the torque corresponding to the road surface reaction force adjusted by the torque left and right difference adjusting means from the assist torque determined by the basic assist control means, Handle return control is performed.
モータ回転速度が無負荷回転数相当となった場合の操舵トルクは、ステアリング機構内のラック&ピニオンや車両のステアリングに連動して運動する機構部、その他車両のフリクショントルクをそのまま表わすと考えられる。そこで、どちらの回転方向のフリクションを補正するかの方向判定を行って、このフリクショントルクを方向別に記憶手段に記憶し、補正すべきフリクションの方向に応じて、ハンドル戻し補助トルク信号に補正係数を掛けて出力する。これによりハンドル戻り特性の左右差を解消することができる。 The steering torque when the motor rotational speed is equivalent to the no-load rotational speed is considered to directly represent the friction torque of the rack and pinion in the steering mechanism, the mechanism portion that moves in conjunction with the steering of the vehicle, and other vehicles. Therefore, the direction of which direction of friction is to be corrected is determined, this friction torque is stored in the storage means for each direction, and a correction coefficient is added to the steering assist torque signal according to the direction of the friction to be corrected. Multiply and output. As a result, the left-right difference in the handle return characteristic can be eliminated.
一般にステアリング機構内のラック&ピニオンや車両のステアリングに連動して運動する機構部のフリクショントルクの値は、ハンドルの操舵方向によって異なり、フリクションの値が大きいと、その操舵の回転方向による各々の回転方向でのフリクションの大きさの差も大きくなる傾向があるが、本発明の制御により、回転方向に応じてそれぞれの異なるフリクションを、適切に補償することができる。 Generally, the friction torque value of the mechanism part that moves in conjunction with the rack and pinion in the steering mechanism or the steering of the vehicle varies depending on the steering direction of the steering wheel. If the friction value is large, each rotation depends on the rotation direction of the steering. Although the difference in the magnitude of the friction in the direction tends to increase, the control according to the present invention can appropriately compensate for each different friction depending on the rotation direction.
前記モータ回転方向判定手段で電動モータMの端子電圧によって電動モータMの回転方向を判別することとすれば、舵角センサでハンドル方向をモニタする必要がなくなる。
前記タイヤの路面反力に相当するトルクは、前記電動モータに流れる電動モータ電流と、前記操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクとに基づいて推定することができる。
If the motor rotation direction determination means determines the rotation direction of the electric motor M based on the terminal voltage of the electric motor M, it is not necessary to monitor the steering wheel direction with the steering angle sensor.
The torque corresponding to the road surface reaction force of the tire can be estimated based on the electric motor current flowing in the electric motor and the steering torque detected by the steering torque detecting means.
以上のように本発明によれば、車両のフリクションの、回転方向での差異を学習し、学習結果により、ハンドルの戻りの方向によって異なる戻し力やフリクションのアンバランスを、それぞれの方向に合わせて適正値に調整することにより、ハンドル戻り特性の左右差を自動的に解消する効果が得られる。 As described above, according to the present invention, the difference in the vehicle friction in the rotation direction is learned, and the return force and the friction imbalance that differ depending on the return direction of the steering wheel are adjusted to the respective directions according to the learning result. By adjusting to an appropriate value, the effect of automatically eliminating the left-right difference in the handle return characteristics can be obtained.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、電動パワーステアリング装置の構成例を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両に搭載されて用いられ、操作部材としてのステアリングハンドル51の操作に応じて電動モータM(たとえば、ブラシレス電動モータ)を駆動し、この電動モータMが発生するアシストトルクを操舵機構52に機械的に伝達することによって操舵補助を行うものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram for explaining a configuration example of an electric power steering apparatus. This electric power steering device is used by being mounted on a vehicle, and drives an electric motor M (for example, a brushless electric motor) in accordance with an operation of a
この電動パワーステアリング装置は、ステアリングハンドル51に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサ53と、コントローラとしての電動パワーステアリング用ECU(電子制御ユニット)とを備えている。ECUには、さらに車両の速度(車速)を検出する車速センサ54の出力信号が与えられており、また、電動モータMの回転角を検出するロータリーエンコーダなどの回転角センサ55の出力信号も与えられている。ECUは、トルクセンサ53、車速センサ54及び回転角センサ55からの信号に基づいて、電動モータMを駆動制御する。
The electric power steering apparatus includes a
ECUは、マイクロコンピュータ60とともに、電流検出回路58と、PWM(パルス幅変調)パルス生成回路56と電動モータ駆動回路57とを備えている。
マイクロコンピュータ60は、操舵トルク、車速及び電動モータMの回転角に基づいて、電動モータMを制御するための制御信号を生成して、PWMパルス生成回路56に与える。PWMパルス生成回路56は、与えられた制御信号に対応するデューティのPWMパルスを生成して電動モータ駆動回路57に入力する。電動モータ駆動回路57は、PWMパルス生成回路56から与えられるPWMパルスに基づいてオン/オフされる複数のスイッチング素子を含み、前記制御信号に対応する電流を電動モータMに供給する。この電動モータMに実際に流れている電流が、電流検出回路58によって検出されて、その検出結果がマイクロコンピュータ60に入力されるようになっている。
The ECU includes a microcomputer 60 and a
The microcomputer 60 generates a control signal for controlling the electric motor M based on the steering torque, the vehicle speed, and the rotation angle of the electric motor M, and supplies the control signal to the PWM
マイクロコンピュータ60は、内部のメモリ(図示せず)に格納された所定のプログラムをCPU(図示せず)が実行することによって実現される複数の機能処理部を実質的に有している。この複数の機能処理部には、トルクセンサ53からの入力信号を処理して操舵トルクを演算する操舵トルク演算部61と、車速センサ54からの入力信号を処理して車速を演算する車速演算部63と、回転角センサ55からの入力信号を処理して電動モータMの回転速度を演算するモータ回転速度演算部65と、このモータ回転速度演算部65の出力を時間微分処理して回転加速度を演算するモータ回転加速度演算部66とが含まれている。モータ回転速度演算部65は、例えば、ロータリエンコーダのパルス出力を差分して回転速度を求めてもよい。
The microcomputer 60 substantially has a plurality of function processing units realized by a CPU (not shown) executing a predetermined program stored in an internal memory (not shown). The plurality of function processing units include a steering
さらに、上記複数の機能処理部には、基本アシスト制御部71と、ハンドル戻し制御部73とが含まれている。そして、基本アシスト制御部71によって求められた電流指令値に、ハンドル戻し制御部73によって求められたハンドル戻し制御電流が減算され、この減算後の電流値と、電流検出回路58の出力信号を電動モータ電流演算部68で処理して得られる実際の電動モータ電流値とが電動モータ電流制御部69に与えられるようになっている。この電動モータ電流制御部69は、最終電流指令値と実際の電動モータ電流値との偏差を求め、電動モータMの電流値を最終電流指令値に一致させるための制御信号をPWMパルス生成回路56に与える。
Further, the plurality of function processing units include a basic
基本アシスト制御部71は、操舵トルク演算部61によって演算される操舵トルク及び車速演算部63によって演算される車速に基づいて、基本アシスト電流値を生成する。具体的には、操舵トルクが大きいほど大きなアシスト電流値が生成され、また、車速が大きいほど(高速走行時ほど)小さなアシスト電流値が生成されるように基本アシスト電流値を定める演算が行われる。
The basic
ハンドル戻し制御部73は、操舵トルク演算部61によって求められる操舵トルク、車速演算部63によって求められる車速、及び電動モータ電流演算部68によって求められる電動モータ電流に基づいて、ステアリングハンドル51を中立位置に戻すときに電動モータMがハンドルを原点に復帰させる方向にトルクを発生するようにハンドル戻し制御電流を生成する部分である。
The steering wheel
ハンドル戻し制御部73は、前記操舵トルク演算部61から出力される操舵トルクに、前記電動モータ電流演算部68から演算されるステアリング軸換算の電動モータトルクを加算することにより、前輪の舵角を原点に復帰させようとする路面反力トルクを推定する路面反力トルク推定部81と、操舵トルク及びモータ回転加速度演算部66より出力されるモータ回転加速度とに基づいて、ステアリングハンドル51の質量、電動モータMのロータの慣性等によって生ずる慣性力を補償するための補償トルクを演算する慣性力補償部82と、これらの路面反力トルク及び慣性力補償トルクを加算する第1の加算器83とを備えている。なお、ハンドル戻し制御部73における路面反力トルク、慣性力補償トルクはいずれも操舵機構52のラック出力軸に換算したトルクである。
The steering wheel
さらにハンドル戻し制御部73は、第1の加算器83で出力されるトルクを電流に換算してこれに比例ゲインAを乗算するゲイン発生部84と制限部85とを備える。この比例ゲインAを乗算することにより、ハンドルを原点に復帰させるトルクを、路面反力トルクよりも小さくすることができる。よって、車両が有する直進性を助長することができるため、車両のハンドル戻り性能を向上させることができる。なお、比例ゲインAを車速に応じて、車速が早いほどゲインAを小さく、車速が遅いほどゲインAを大きくするように変えることも可能である。制限部85は、路面反力トルクが操舵機構52内のフリクショントルクより小さい時に、ハンドルが自動的に原点に復帰しない現象を避けるため、ハンドル戻し補助トルク信号を、ステアリング機構内の概ねフリクショントルク程度の値を上限としてリミッタで制限をかける。この制限値も車速に応じて変えることが可能である。
Further, the steering wheel
またさらに、ハンドル戻し制御部73は、操舵トルク演算部61によって演算される操舵トルク及びモータ回転速度演算部65によって演算されるモータ回転速度に基づいて、車両のフリクション(電動モータMのロータの回転摩擦や操舵機構52のステアリング系のフリクションを含む車両全体に発生するフリクションを言う。以下同じ)に基づく、モータ回転方向別の操舵トルクの違いを学習する学習部86と、学習部86の出力に基づき左右の回転方向により異なる車両のフリクションの方向差が零になるように調整する回転トルクの左右差調整部87とを備える。
Furthermore, the steering wheel
学習部86は、電動モータMの端子電圧によって電動モータMの回転方向を判別し、モータ回転速度が無負荷回転数相当となった場合の操舵トルクを、メモリ88に記憶する。この無負荷回転数とは電動モータMの規格値であり、電動モータMにトルクをかけないで既定電圧(例えば12V)を印加したときに、電動モータMが回転する回転速度(例えば2000rpm)である。無負荷回転数は、走行時にすばやくステアリングハンドルを切ったり、車体をジャッキアップしてすばやくステアリングハンドルを切ったときに現れる。無負荷回転数の時の操舵トルクは、車両のフリクションをそのまま表わしている。この求めた操舵トルクの、操舵トルクの規定値に対する割合(補正係数)を、電動モータMの回転方向別に記憶する。例えば、操舵トルクの規定値が1.0Nmであるとすれば、操舵トルク測定結果が左回転方向において1.3Nmであれば、補正係数は1.3となる。右回転方向において1.0Nmであれば、補正係数は1.0となる。これらの回転方向別の補正係数の値を図2に示す。これにより、例えば、ハンドル軸で右操舵回転時のフリクションが左操舵回転時より30%大きければ、右回転で戻す場合のハンドル戻し補助トルク信号を30%大きくなるように補正係数を設定することができる。
The
なお、モータ回転速度が無負荷回転数相当となった場合の操舵トルクをメモリ88に記憶する時点は任意であり、車両の走行中、常時モータ回転速度を監視していて、モータ回転速度が無負荷回転数相当となった場合に記憶しても良い。また車両の出荷前点検、定期点検などで、人為的にステアリングハンドルを切って、そのときに記憶しても良い。
左右差調整部87は、ゲイン発生部84から出力されるハンドル戻し補助トルクに、この補正係数を掛けて出力する。
Note that the time when the steering torque when the motor rotation speed is equivalent to the no-load rotation speed is stored in the
The left / right
このようにしてハンドル戻し制御部73は、ステアリングハンドル51を中立位置に戻すときに電動モータMがハンドルを原点に復帰させる方向にトルクを確実に発生することができる。
本実施の形態では、運転者がハンドルを保持して操舵している場合には、操舵をアシストする操舵補助トルク信号を操舵トルク信号に基づいて発生させるとともに、運転者がハンドルを戻そうとした場合には、ハンドルを原点(中立位置)に復帰させるのを妨げるフリクションを打ち消すハンドル戻し補助トルク信号をハンドルの左右別々の回転方向に対応したフリクションを打ち消すのに必要な最適値として発生させることができる。
In this way, the handle
In this embodiment, when the driver is steering while holding the steering wheel, a steering assist torque signal for assisting steering is generated based on the steering torque signal, and the driver tries to return the steering wheel. In this case, a handle return assist torque signal that cancels the friction that prevents the handle from returning to the origin (neutral position) may be generated as an optimum value necessary to cancel the friction corresponding to the left and right rotation directions of the handle. it can.
さらに、本実施の形態では、ハンドル戻し力若しくは車両のフリクションの、回転方向での差異を学習し、学習結果により、ハンドルの戻りの方向によって異なる戻し力やフリクションのアンバランスを、それぞれの方向に合わせて適正値に調整できるようにすることで、ハンドル戻り特性の左右差を自動的に解消する効果が得られる。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、「電動モータの回転方向を判定するモータ回転方向判定手段」としての学習部86は、電動モータMの端子電圧によって電動モータMの回転方向を判別していたが、これ以外に操舵トルクの方向に基づいて判別しても良い。またハンドル軸換算の慣性モーメントが小さな電動モータを装着した車両については、慣性力補償部82の各ゲインを零としてもよく、この場合には、モータ回転加速度検出部66、慣性力補償部82は不要となる。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
Furthermore, in the present embodiment, the difference in the rotational direction of the steering wheel return force or the friction of the vehicle is learned, and the return force and the friction imbalance that differ depending on the return direction of the steering wheel are determined in the respective directions based on the learning result. By making it possible to adjust it to an appropriate value, an effect of automatically eliminating the left-right difference in the steering wheel return characteristic can be obtained.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments. For example, the
53…トルクセンサ、61…操舵トルク演算部、71…基本アシスト制御部、55…回転角センサ、65…モータ回転速度演算部
86…学習部、87…回転トルクの左右差調整部、88…メモリ
53 ... Torque sensor, 61 ... Steering torque calculation unit, 71 ... Basic assist control unit, 55 ... Rotation angle sensor, 65 ... Motor rotation
Claims (3)
前記操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクに基づいて、運転者による操舵トルクを補助するアシストトルクを決定する基本アシスト制御手段と、
アシストトルクを発生するための電動モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段と、
前記電動モータの回転方向を判定するモータ回転方向判定手段と、
前記モータ回転速度検出手段からのモータ回転速度信号と前記操舵トルク検出手段からの操舵トルク信号とにより、モータ回転速度が無負荷回転数相当となった場合の操舵トルクを、前記モータ回転方向判定手段によって判定された電動モータの回転方向別に記憶する記憶手段と、
タイヤが路面から受けるタイヤの路面反力に相当するトルクに対して、前記記憶手段に記憶された各電動モータの回転方向における操舵トルクの前記回転トルク既定値に対する割合を係数として、トルク左右差の調整をするトルク左右差調整手段とを備え、
前記基本アシスト制御手段によって決定されたアシストトルクに対して、前記トルク左右差調整手段によって調整された路面反力に相当するトルクを減算することにより、ハンドル戻し制御を行うことを特徴とする電動式電動パワーステアリング装置。 Steering torque detecting means for detecting steering torque generated by the driver rotating the steering wheel;
Basic assist control means for determining an assist torque for assisting the steering torque by the driver based on the steering torque detected by the steering torque detecting means;
Motor rotation speed detecting means for detecting the rotation speed of the electric motor for generating the assist torque;
Motor rotation direction determination means for determining the rotation direction of the electric motor;
Based on the motor rotation speed signal from the motor rotation speed detection means and the steering torque signal from the steering torque detection means, the steering torque when the motor rotation speed is equivalent to the no-load rotation speed is determined by the motor rotation direction determination means Storing means for storing each rotation direction of the electric motor determined by
With respect to the torque corresponding to the road surface reaction force of the tire that the tire receives from the road surface, the ratio of the steering torque in the rotational direction of each electric motor stored in the storage means with respect to the predetermined value of the rotational torque is used as a coefficient. A torque left / right difference adjusting means for adjusting,
An electric motor characterized in that steering wheel return control is performed by subtracting a torque corresponding to the road surface reaction force adjusted by the torque left-right difference adjusting means from the assist torque determined by the basic assist control means. Electric power steering device.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015063291A (en) * | 2013-08-26 | 2015-04-09 | 株式会社ジェイテクト | Electric power steering apparatus |
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2010
- 2010-10-04 JP JP2010225067A patent/JP2012076657A/en active Pending
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JP2015063291A (en) * | 2013-08-26 | 2015-04-09 | 株式会社ジェイテクト | Electric power steering apparatus |
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