JP2013163485A - 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、電動パワーステアリング装置は、操舵トルク及び車速から電流指令値を生成し、この電流指令値とアシスト用モータに流れる実電流との偏差を比例・積分・微分補償する電流フィードバック制御系を構成することにより、アシスト力を発生させている。 Conventionally, an electric power steering device generates a current command value from a steering torque and a vehicle speed, and constitutes a current feedback control system that compensates proportionally, integrally, and differentially for deviation between the current command value and an actual current flowing through an assist motor. As a result, an assist force is generated.
しかし、従来の電流フィードバック制御系では、上記モータに流れる実電流を検出する電流検出部が故障した場合には、電流フィードバック制御系が機能しないため、アシスト力の発生を停止させていた。その結果、操舵フィーリングが急激に悪化する場合があった。 However, in the conventional current feedback control system, when the current detection unit that detects the actual current flowing through the motor fails, the current feedback control system does not function, and thus the generation of the assist force is stopped. As a result, the steering feeling may deteriorate rapidly.
そのため、例えば特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置では、電流検出部が故障した場合には、上記電流フィードバック制御系をオープンループ系に切り替えることにより、操舵フィーリングの急激な低下を防止している。
Therefore, for example, in the electric power steering device described in
しかし、電流検出部が故障した場合に、電流フィードバック制御系をオープンループ系に切り替えるだけでは、車体に大きな負荷がかかったり、急激な外乱負荷(例えば轍等)がかかった場合などには、十分なアシスト力が得られない。そのため、操舵フィーリングの向上が十分に図れないという問題があった。 However, if the current detection unit fails, simply switching the current feedback control system to an open loop system is sufficient when a heavy load is applied to the vehicle body or when a sudden disturbance load (for example, dredging) is applied. The assist power is not obtained. For this reason, there is a problem that the steering feeling cannot be sufficiently improved.
本発明の目的は、電流検出部が故障した場合においても、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus with good steering feeling even when a current detection unit fails.
上記の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、モータ(21)を駆動源として操舵系にステアリング操作を補助するアシスト力を付与すべく設けられた操舵力補助装置(24)と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段(26)と、前記モータ(21)の電流を検出する電流検出手段(34)と、前記電流検出手段(34)の故障を検出する故障検出手段(29)と、前記操舵トルクの大きさに応じて、前記モータ(21)をフィードバック系で駆動する電流フィードバック手段(29)と、
前記モータ(21)に対する駆動電力の供給を通じて、前記操舵力補助装置(24)の作動を制御する制御手段(29)とを備えた電動パワーステアリング装置(1)において、前記モータ(21)の回転角加速度を検出するモータ回転角加速度検出手段(29)と、前記制御手段(29)は、前記故障検出手段(29)が前記電流検出手段(34)の故障を検出した場合には、前記電流フィードバック手段(29)を、モータ回転角加速度検出手段(29)から検出したモータ回転角加速度によって制御するように切り替えること、を要旨とする。
In order to solve the above problems, the invention according to
In the electric power steering apparatus (1) provided with control means (29) for controlling the operation of the steering force assisting device (24) through supply of driving power to the motor (21), the rotation of the motor (21) The motor rotation angular acceleration detection means (29) for detecting angular acceleration and the control means (29) are arranged such that when the failure detection means (29) detects a failure of the current detection means (34), the current The gist is to switch the feedback means (29) to be controlled by the motor rotation angular acceleration detected from the motor rotation angular acceleration detection means (29).
本請求項の電動パワーステアリング装置は、電流検出手段が故障した場合には、アシスト力を発生させる電流フィードバック手段に、実電流値を使用するのではなく、モータの回転角加速度からモータ電流値を推定することによって、電流フィードバック手段を構成することとした。即ち、モータの回転角加速度には、車体の負荷や、急激な外乱負荷が反映されるため、フィーリングの向上を図ることができる。 In the electric power steering apparatus according to the present invention, when the current detecting means fails, the actual current value is not used for the current feedback means for generating the assist force, but the motor current value is calculated from the rotational angular acceleration of the motor. By estimating, the current feedback means is configured. That is, since the rotational angular acceleration of the motor reflects a load on the vehicle body or a sudden disturbance load, the feeling can be improved.
本発明によれば、電流検出部が故障した場合においても、操舵フィーリングの良い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 with good steering feeling even when the current detection unit fails.
以下、コラム型の電動パワーステアリング装置(以下、EPSという)に具体化した本発明の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EPS1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と連結されている。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8、インターミディエイトシャフト9、及びピニオンシャフト10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の往復直線運動が、同ラック軸5の両端に連結されたタイロッド11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12の舵角が変更されるようになっている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention embodied in a column-type electric power steering apparatus (hereinafter referred to as EPS) will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, in the
また、EPS1は、モータ21を駆動源として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24と、EPSアクチュエータ24の作動を制御するECU27とを備えている。
The
本実施形態のEPSアクチュエータ24は、コラム型のEPSアクチュエータであり、その駆動源であるモータ21は、減速機構23を介してコラムシャフト8と駆動連結されている。そして、同モータ21の回転を減速機構23により減速してコラムシャフト8に伝達することによって、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、ECU27には、車速センサ25、トルクセンサ26、及びモータ回転角センサ22が接続されており、ECU27は、これら各センサの出力信号に基づいて、車速V、操舵トルクτ、及びモータ回転角θmを検出する。
On the other hand, a
尚、トルクセンサ26はツインレゾルバ型のトルクセンサである。ECU27は、図示しないトーションバーの両端に設けられた一対のレゾルバの各出力信号に基づいて操舵トルクτを演算する。また、ECU27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、その駆動源であるモータ21への駆動電力の供給を通じて、EPSアクチュエータ24の作動、即ち操舵系に付与するアシスト力を制御する。
The
次に、本実施形態のEPS1における電気的構成について説明する。
図2は、本実施形態のEPS1の制御ブロック図である。同図に示すように、ECU27は、モータ制御信号を出力するマイコン29と、そのモータ制御信号に基づいて、EPSアクチュエータ24の駆動源であるモータ21に駆動電力を供給するモータ駆動回路40、及びモータ21に通電されるモータ実電流値Imを検出するためのモータ電流検出部34とを備えている。
Next, an electrical configuration in the
FIG. 2 is a control block diagram of the
モータ駆動回路40は、直列に接続された一対のスイッチング素子を基本単位(アーム)として2つのアームを並列接続してなる公知のHブリッジ回路(図示せず)である。また、マイコン29の出力するモータ制御信号は、モータ駆動回路40を構成する各スイッチング素子のオンデューティ比を規定するものとなっている。モータ制御信号が各スイッチング素子のゲート端子に印加され、モータ制御信号に応答して、各スイッチング素子がオン/オフすることにより、バッテリ28の電源電圧に基づくモータ駆動電力を生成して、モータ21へと出力する構成になっている。
The
ECU27には、モータ21のモータ回転角θmを検出するためのモータ回転角センサ22が接続されている。そして、マイコン29は、これら各センサの出力信号に基づき検出されたモータ21のモータ実電流値Im及びモータ回転角θm、並びに上記操舵トルクτ及び車速Vに基づいて、モータ駆動回路40にモータ制御信号を出力する。
A motor
以下に示す各制御ブロックは、マイコン29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。マイコン29は、所定のサンプリング周期で上記各状態量を検出し、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
図2に示すように、マイコン29は、モータ21を制御する電流指令値I*を演算する電流指令値演算部30と、上記モータ駆動回路40を制御するモータ制御信号Eを生成するモータ制御信号生成部44と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the
トルクセンサ26により検出された操舵トルクτ、及び車速センサ25により検出された車速Vは、電流指令値演算部30に入力される。電流指令値演算部30は、横軸に操舵トルクτ、縦軸に電流指令値I*で構成されたマップ(図示せず)である。
また、上記マップは、車速Vをパラメータとして、同じ操舵トルクτの場合、車速Vが小さいほど、電流指令値I*は大きくなっている。
The steering torque τ detected by the
In the above map, when the vehicle speed V is a parameter and the steering torque τ is the same, the current command value I * increases as the vehicle speed V decreases.
モータ制御信号生成部44は、電流フィードバック手段を構成する、減算器36、比例・積分・微分補償器31、モータ回転角加速度/電流変換部33及び切替部35と、モータ電流検出部の故障を検出する故障検出部32と、を備えている。
The motor control
故障検出部32は、モータ電流検出部の故障を検出すると、切替部35を切替る切替フラグFLG1をセット(FLG1=「1」)する。また、故障検出部32は、モータ電流検出部が正常の場合には、切替部35を切替る切替フラグFLG1をリセット(FLG1=「0」)する。尚、故障検出部の検出方法は、特許文献1に記載の故障検出方法と同一であるため記載を省略する。
When the
切替部35は、故障検出部32から出力された切替フラグFLG1が「0」の場合には、モータ電流検出部34が正常であると判断して、接点35cと接点35bを接続する。そうすることによって、モータ電流検出部34から検出されたモータ電流検出部通過後の実電流値Imoが電流フィードバック手段にフィードバックされる。
When the switching flag FLG1 output from the
一方、切替部35は、故障検出部32から出力された切替フラグFLG1が「1」の場合には、モータ電流検出部34が故障であると判断して、接点35cと接点35aを接続する。そうすることによって、モータ回転角加速度/電流変換部33から検出されたモータ推定電流値Imsuiが電流フィードバック手段にフィードバックされる。
On the other hand, when the switching flag FLG1 output from the
モータ回転角加速度/電流変換部33は、モータ回転角θmからモータ回転角加速度を演算し、モータ軸換算イナーシャ(ノミナル値)Jnと、モータトルク定数(ノミナル値)Ktnと、からモータ推定電流値Imsuiを求め、切替部35の接点35aに出力する。
The motor rotation angular acceleration /
電流指令値演算部30から出力された電流指令値I*と、切替部35から出力されたフィードバック電流値Iは、減算器36に入力され、電流偏差ΔIを生成する。電流偏差ΔIは、比例・積分・微分補償器31に入力され、ゲインと位相が補償された後、モータ制御信号Eとなり、モータ駆動回路40に出力される。
The current command value I * output from the current command
次に、本実施形態のマイコン29によるモータ電流検出部が故障時(非故障時)の切替部35の処理手順について、図3に基づいて説明する。
マイコン29は、故障検出部32から出力された切替フラグFLG1が「1」か否かを判定する(ステップS101)。そして、マイコン29は、故障検出部32から出力された切替フラグFLG1が「1」の場合(FLG1=「1」、ステップS101:YES)には、切替部35の接点35cと接点35aを接続(ステップS102)して、処理を終える。
Next, a processing procedure of the switching
The
一方、マイコン29は、故障検出部32から出力された切替フラグFLG1が「0」の場合(FLG1=「0」、ステップS101:NO)には、切替部35の接点35cと接点35bを接続(ステップS103)して、処理を終える。
On the other hand, when the switching flag FLG1 output from the
次に、本実施形態のマイコン29によるモータ回転角加速度/電流変換部33の処理手順について、図4に基づいて説明する。
マイコン29は、故障検出部32から出力された切替フラグFLG1が「1」か否かを判定する(ステップS201)。そして、マイコン29は、故障検出部32から出力された切替フラグFLG1が「1」の場合(FLG1=「1」、ステップS201:YES)には、モータ軸換算イナーシャ(ノミナル値)Jnを読み込む(ステップS202)。次に、マイコン29は、モータトルク定数(ノミナル値)Ktnを読み込む(ステップS203)。更に、マイコン29は、モータ回転角θmを読み込む(ステップS204)。
Next, a processing procedure of the motor rotation angular acceleration /
The
次に、マイコン29は、モータ回転角θmからモータ回転角加速度d/dt(dθm/dt)を演算する(ステップS205)。そして、マイコン29は、演算して求められたモータ回転角加速度からモータ推定トルク(Tmsui)を演算する(Tmsui=Jn×d/dt(dθm/dt)、ステップS206)。更に、マイコン29は、演算して求められたモータ推定トルク(Tmsui)から、モータ推定電流値(Imsui)を演算する(Imsui=1/Ktn×Tmsui、ステップS207)。
Next, the
次に、マイコン29は、演算したモータ推定電流(Imsui)を切替部35の接点35aに出力する(ステップS208)。そして、マイコン29は、IG(イグニッションスイッチ)がオフか否かを判定する(ステップS209)。そして、マイコン29は、IGがオフでない場合(ステップS209:NO)には、ステップ204に戻る。一方、マイコン29は、IGがオフの場合(ステップS209:YES)には、処理を終える。また、マイコン29は、故障検出部32から出力された切替フラグFLG1が「0」の場合(FLG1=「0」、ステップS201:NO)には、何もしないでこの処理を終える。
Next, the
次に、上記のように構成された本実施形態のEPS1の作用及び効果について説明する。
電流検出手段が故障した場合には、アシスト力を発生させる電流フィードバック手段に、実電流値を使用するのではなく、モータの回転角加速度からモータ電流値を推定することによって、電流フィードバック手段を構成することとした。即ち、モータの回転角加速度には、車体の負荷や、急激な外乱負荷が反映される。その結果、より操舵フィーリングの向上を図ることができる。
Next, the operation and effect of the
If the current detection means fails, the current feedback means is configured by estimating the motor current value from the rotational angular acceleration of the motor instead of using the actual current value for the current feedback means for generating the assist force. It was decided to. That is, the load on the vehicle body or a sudden disturbance load is reflected in the rotational angular acceleration of the motor. As a result, the steering feeling can be further improved.
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、モータ回転角センサから演算により、モータの回転角加速度を求めたが、モータシャフトに加速度センサを取り付け、その出力値を使用してもよい。
In addition, you may change this embodiment as follows.
In this embodiment, the rotational angular acceleration of the motor is obtained by calculation from the motor rotational angle sensor, but an acceleration sensor may be attached to the motor shaft and the output value may be used.
・本実施形態では、モータをDCモータについて記載したが、モータはブラシレスDCモータでもよい。 In the present embodiment, the motor is described as a DC motor, but the motor may be a brushless DC motor.
・本実施形態では、本発明をコラムアシストEPSに具体化したが、本発明をラックアシストEPSやピニオンアシストEPSに適用してもよい。 In the present embodiment, the present invention is embodied in the column assist EPS, but the present invention may be applied to a rack assist EPS or a pinion assist EPS.
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、4:ラックアンドピニオン機構、5:ラック軸、
8:コラムシャフト、9:インターミディエイトシャフト、10:ピニオンシャフト、11:タイロッド、12:転舵輪、21:モータ、22:モータ回転角センサ、
23:減速機構、24:EPSアクチュエータ(操舵力補助装置)、
25:車速センサ、26:トルクセンサ(操舵トルク検出手段)、
27:ECU、28:バッテリ、
29:マイコン(故障検出手段、電流フィードバック手段、制御手段、加速度検出手段、)、
30:電流指令値演算部、31:比例・積分・微分補償器、32:故障検出部、
33:モータ回転角加速度/電流変換部、34:モータ電流検出部(電流検出手段)、
35:切替部、35a、35b、35c:接点、36:減算器、
40:モータ駆動回路、44:モータ制御信号生成部、
V:車速、τ:操舵トルク、θm:モータ回転角、
I*:電流指令値、I:フィードバック電流値、ΔI:電流偏差、
Im:モータ実電流値、Imo:モータ電流検出部通過後の実電流値、
Imsui:モータ推定電流値、E:モータ制御信号、
Jn:モータ軸換算イナーシャ(ノミナル値)、
Ktn:モータトルク定数(ノミナル値)、
Tmsui:モータ推定トルク、FLG1:切替フラグ
1: Electric power steering device (EPS), 2: Steering,
3: Steering shaft, 4: Rack and pinion mechanism, 5: Rack shaft,
8: column shaft, 9: intermediate shaft, 10: pinion shaft, 11: tie rod, 12: steered wheel, 21: motor, 22: motor rotation angle sensor,
23: Deceleration mechanism, 24: EPS actuator (steering force assist device),
25: Vehicle speed sensor, 26: Torque sensor (steering torque detection means),
27: ECU, 28: battery,
29: microcomputer (failure detection means, current feedback means, control means, acceleration detection means),
30: Current command value calculation unit, 31: Proportional / integral / differential compensator, 32: Failure detection unit,
33: Motor rotation angular acceleration / current conversion unit 34: Motor current detection unit (current detection means),
35: switching unit, 35a, 35b, 35c: contact point, 36: subtractor,
40: Motor drive circuit, 44: Motor control signal generator,
V: vehicle speed, τ: steering torque, θm: motor rotation angle,
I *: current command value, I: feedback current value, ΔI: current deviation,
Im: actual motor current value, Imo: actual current value after passing through the motor current detector,
Imsui: Motor estimated current value, E: Motor control signal,
Jn: Motor shaft equivalent inertia (nominal value),
Ktn: Motor torque constant (nominal value),
Tmsui: Estimated motor torque, FLG1: Switch flag
Claims (1)
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記モータの電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の故障を検出する故障検出手段と、
前記操舵トルクの大きさに応じて、前記モータをフィードバック系で駆動する電流フィードバック手段と、
前記モータに対する駆動電力の供給を通じて、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た電動パワーステアリング装置において、
前記モータの回転角加速度を検出するモータ回転角加速度検出手段と、
前記制御手段は、前記故障検出手段が前記電流検出手段の故障を検出した場合には、前記電流フィードバック手段を、モータ回転角加速度検出手段から検出したモータ回転角加速度によって制御するように切り替えること、
を特徴とした電動パワーステアリング装置。 A steering force assisting device provided to apply an assisting force for assisting a steering operation to a steering system using a motor as a drive source;
Steering torque detection means for detecting steering torque;
Current detecting means for detecting the current of the motor;
A failure detection means for detecting a failure of the current detection means;
Current feedback means for driving the motor in a feedback system according to the magnitude of the steering torque;
In an electric power steering apparatus comprising a control means for controlling the operation of the steering force assisting device through supply of driving power to the motor,
Motor rotational angular acceleration detecting means for detecting rotational angular acceleration of the motor;
The control means, when the failure detection means detects a failure of the current detection means, to switch the current feedback means to be controlled by the motor rotation angular acceleration detected from the motor rotation angular acceleration detection means;
Electric power steering device characterized by
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2012028409A JP2013163485A (en) | 2012-02-13 | 2012-02-13 | Electric power steering device |
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2022525357A (en) * | 2019-03-15 | 2022-05-12 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | How to monitor the steering system |
-
2012
- 2012-02-13 JP JP2012028409A patent/JP2013163485A/en active Pending
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