JP2013180736A - Electric power steering device - Google Patents
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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τ及び車速Vからモータ電流指令値I*を生成し、このモータ電流指令値I*とアシスト用モータに流れるモータ実電流値Imとの電流偏差値ΔIをPID制御(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 apparatus generates a motor current command value I * from a steering torque τ and a vehicle speed V, and obtains a current deviation value ΔI between the motor current command value I * and a motor actual current value Im flowing through an assist motor. An assist force is generated by configuring a current feedback control system that performs PID control (proportional / integral / differential compensation).
しかし、従来の電流フィードバック制御系では、目標とする操舵トルクτに対応するアシスト力を得られないという場合がある。その詳細を図4に基づいて説明する。図4は、ECU27とモータ21の主要ブロック図を表している。ECU27は電流指令値演算部30(詳細は後述する)と、電流指令値演算部30から生成されたモータ電流指令値I*と、モータ電流検出部53から検出されたモータ実電流値Imを、減算器36で減算した電流偏差値ΔIを公知のPID制御器31で補償する、電流フィードバック制御部から構成されている。
However, in the conventional current feedback control system, there are cases where the assist force corresponding to the target steering torque τ cannot be obtained. Details thereof will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a main block diagram of the
そして、電流偏差値ΔIは、PID制御器31で補償された後、後段のPWM出力部32に出力される。そして、PWM出力部32より出力されるPWM信号は、後段のモータ駆動回路(通称インバータ装置)40に出力される。そして、モータ駆動回路40から出力された出力電圧Vmは、モータ21に印加される。
The current deviation value ΔI is compensated by the
ここでモータ巻線の抵抗をR、モータ巻線のインダクタンスをLとすると、モータ巻線のモデルは(R+L・S)となる(Sはラプラス演算子)。そして、モータ巻線には、モータ駆動回路40から出力された出力電圧Vmを、モータ巻線のモデル(R+L・S)で除算されたモータ実電流値Imが流れる。従来の電流フィードバック制御では、モータ電流検出部53で検出した、このモータ実電流値Imを、減算器36に入力している。
Here, assuming that the resistance of the motor winding is R and the inductance of the motor winding is L, the model of the motor winding is (R + L · S) (S is a Laplace operator). A motor actual current value Im obtained by dividing the output voltage Vm output from the
しかし、図4からもわかるように、モータ21がモータ21のシャフト軸から出力するモータトルクTmは、モータ実電流値Imにモータトルク定数Ktをかけた値となる。そして、このモータトルクTmは、モータ21のシャフト軸にかかる外乱トルクτ1で減算され、モータ21のシャフト軸から出力される最終トルクTは、T=Tm−τとなり、当初の目標とする操舵トルクτに対応するアシスト力とはならない。
However, as can be seen from FIG. 4, the motor torque Tm output from the
また、上述したモータトルク定数Ktも一定値ではなく、温度変化や経年変化によって変わる定数である。一方、外乱トルクτ1も車両状態や車両状況によっても大きく変化する。そのため、従来の電流フィードバック制御型電動パワーステアリング装置は、当初の目標とする操舵トルクτに対応するアシスト力とは異なったアシスト力となっている。その結果、操舵フィーリングの低下を招くことになる。 Further, the motor torque constant Kt described above is not a constant value, but is a constant that changes according to a temperature change or a secular change. On the other hand, the disturbance torque τ1 also varies greatly depending on the vehicle state and the vehicle condition. Therefore, the conventional current feedback control type electric power steering apparatus has an assist force different from the assist force corresponding to the initial target steering torque τ. As a result, the steering feeling is reduced.
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、上記外乱トルクτ1として考えられる慣性力を演算し、モータ電流指令値I*に加算することにより、操舵フィーリングの低下を防止している。
Therefore, for example, in the electric power steering apparatus described in
しかし、上述したように上記外乱トルクτ1として考えられる要素は多々存在し、それらを全てモータ電流指令値I*に加算して補償することは困難である。また、モータトルク定数Ktも変化するため、目標とする操舵トルクτに対応する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場合があった。 However, as described above, there are many factors that can be considered as the disturbance torque τ1, and it is difficult to add them all to the motor current command value I * to compensate. Further, since the motor torque constant Kt also changes, the assist force corresponding to the target steering torque τ cannot be obtained. As a result, the steering feeling may not be sufficiently improved.
本発明の目的は、外乱トルクτ1や、モータトルク定数Ktの変化によるトルク変動を抑え、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 that suppresses torque fluctuation due to a change in disturbance torque τ1 and a motor torque constant Kt and has a good steering feeling.
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、車速を検出する車速検出手段(25)と、前記操舵トルク検出手段(26)から検出した操舵トルクと前記車速検出手段(25)から検出した車速からモータ電流指令値を生成する電流指令値演算手段(29)を備え、前記電流指令値演算手段(29)から生成されたモータ電流指令値に応じて、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(22)と、前記モータ回転角加速度検出手段(22)から検出したモータ回転角加速度からモータ実電流値を推定するモータ実電流値推定手段(29)と、前記制御手段(29)は、前記モータ実電流値推定手段(29)から推定したモータ推定電流値を前記電流フィードバック手段(29)にフィードバックすること、を要旨とする。
In order to solve the above problems, the invention according to
本請求項の電動パワーステアリング装置は、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から、モータ実電流値を推定するモータ実電流値推定手段を構成している。そして、モータ実電流値推定手段から推定したモータ推定電流値を、電流フィードバック手段にフィードバックする構成とした。図4から明白なように、モータ回転角加速度は、上述したモータトルク定数Ktや外乱トルクτ1を含んだ結果として検出されるので、その値を電流フィードバック手段にフィードバックすることで、目標とする操舵トルクτに対応するアシスト力が得られる。 The electric power steering apparatus according to the present invention constitutes motor actual current value estimation means for estimating the motor actual current value from the motor rotation angular acceleration detected from the motor rotation angular acceleration detection means. The motor estimated current value estimated from the motor actual current value estimating means is fed back to the current feedback means. As apparent from FIG. 4, since the motor rotational angular acceleration is detected as a result including the motor torque constant Kt and the disturbance torque τ1 described above, the target steering is obtained by feeding back the value to the current feedback means. An assist force corresponding to the torque τ is obtained.
本発明によれば、外乱トルクτ1や、モータトルク定数Ktの変化によるトルク変動を抑え、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 that suppresses torque fluctuation due to a change in the disturbance torque τ1 and the motor torque constant Kt and has a good steering feeling.
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、及びモータ回転角加速度センサ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、及びモータ回転角加速度αm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のモータ回転角加速度αmを検出するためのモータ回転角加速度センサ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のモータ回転角加速度αm、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。
The
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を制御するモータ電流指令値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、縦軸にモータ電流指令値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、モータ電流指令値I*は大きくなっている。
The steering torque τ detected by the
モータ制御信号生成部44は、減算器36、PID制御器(比例・積分・微分補償)31、PWM出力部32及びモータ実電流値推定部(モータ実電流値推定手段)33と、を備え電流フィードバック手段を構成する。
The motor control
モータ実電流値推定部33は、モータ回転角加速度センサ22から検出されたモータ回転角加速度αmを入力信号とする。そして、モータ回転角加速度αmにモータ軸換算イナーシャJn(ノミナル値)を乗算し、乗算して得られた値をモータトルク定数Ktn(ノミナル値)で除算することによって、モータ推定電流値Isuiを得る。次に、モータ推定電流値Isuiを減算器36に入力することによって、電流フィードバック制御を構成する。
The motor actual current
次に、本実施形態のマイコン29による、モータ実電流値推定手段の処理手順について、図3に基づいて説明する。
最初に、マイコン29は、IG(イグニションスイッチ)がオンか否かを判定する(ステップS101)。次に、マイコン29は、IGがオンの場合(ステップS101:YES)には、モータ軸換算イナーシャJn(ノミナル値)を読込む(ステップS102)。そして、マイコン29は、モータトルク定数Ktn(ノミナル値)を読込む(ステップS103)。
Next, the processing procedure of the motor actual current value estimation means by the
First, the
更に、マイコン29は、モータ回転角加速度αmを読込む(ステップS104)。そして、マイコン29は、モータ推定電流値Isuiを(1)式より演算する(ステップS105)。
Isui=αm×Jn×1/Ktn ・・・(1)式
Further, the
Isui = αm × Jn × 1 / Ktn (1)
次に、マイコン29は、モータ推定電流値Isuiを出力する(ステップS106)。
そして、マイコン29は、IGがオフか否かを判定する(ステップS107)。そして、マイコン29は、IGがオフの場合(ステップS107:YES)には、処理を終わる。一方、マイコン29は、IGがオフでない場合(ステップS107:NO)には、ステップS104に移行する。また、マイコン29は、最初に、IGがオンでない場合(ステップS101:NO)には、何もしないで処理を終わる。
Next, the
Then, 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。
モータ回転角加速度センサから検出したモータ回転角加速度から、モータ実電流値を推定するモータ実電流値推定部を構成している。そして、モータ実電流値推定部から推定したモータ推定電流値を、電流フィードバック手段にフィードバックする構成とした。図4から明白なように、モータ回転角加速度は、上述したモータトルク定数Ktや外乱トルクτ1を含んだ結果として検出されるので、その値を電流フィードバック制御にフィードバックすることで、目標とする操舵トルクτに対応するアシスト力が得られる。その結果、外乱トルクτ1や、モータトルク定数Ktの変化によるトルク変動を抑え、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
A motor actual current value estimation unit is configured to estimate the motor actual current value from the motor rotation angular acceleration detected from the motor rotation angular acceleration sensor. The motor estimated current value estimated from the motor actual current value estimating unit is fed back to the current feedback means. As apparent from FIG. 4, since the motor rotation angular acceleration is detected as a result including the motor torque constant Kt and the disturbance torque τ1 described above, the value is fed back to the current feedback control to obtain the target steering. An assist force corresponding to the torque τ is obtained. As a result, it is possible to suppress the torque fluctuation due to the change in the disturbance torque τ1 and the motor torque constant Kt and improve the steering feeling.
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、モータシャフトに加速度センサを取り付け、モータの回転角加速度を検出したが、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ても良い。
In addition, you may change this embodiment as follows.
In the present embodiment, an acceleration sensor is attached to the motor shaft and the rotational angular acceleration of the motor is detected. However, the rotational angular acceleration of the motor may be obtained by calculation from the motor rotational angle sensor.
・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:モータ回転角加速度センサ(モータ回転角加速度検出手段)、
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(車速検出手段)、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(電流指令値演算手段、電流フィードバック手段、制御手段、モータ実電流値推定手段)、
30:電流指令値演算部、31:PID制御器(比例・積分・微分補償)、
32:PWM出力部、33:モータ実電流値推定部、36:減算器、
40:モータ駆動回路、44:モータ制御信号生成部、53:モータ電流検出部、
V:車速、τ:操舵トルク、αm:モータ回転角加速度、
IG:イグニションスイッチ、
I*:モータ電流指令値、Im:モータ実電流値、ΔI:電流偏差値、
Isui:モータ推定電流値、Vm:出力電圧、
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)、Kt:モータトルク定数、
R:モータ巻線抵抗、L:モータ巻線インダクタンス、
Tm:モータトルク、T:最終トルク、τ1:外乱トルク
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 angular acceleration sensor (motor rotation angular acceleration detection means),
23: Deceleration mechanism, 24: EPS actuator (steering force assist device),
25: Vehicle speed sensor (vehicle speed detection means), 26: Torque sensor (steering torque detection means),
27: ECU, 28: battery,
29: Microcomputer (current command value calculation means, current feedback means, control means, motor actual current value estimation means),
30: Current command value calculation unit, 31: PID controller (proportional / integral / derivative compensation),
32: PWM output unit, 33: Motor actual current value estimation unit, 36: Subtractor,
40: motor drive circuit, 44: motor control signal generator, 53: motor current detector,
V: vehicle speed, τ: steering torque, αm: motor rotation angular acceleration,
IG: Ignition switch,
I *: Motor current command value, Im: Motor actual current value, ΔI: Current deviation value,
Isui: Motor estimated current value, Vm: Output voltage,
Jn: Motor shaft equivalent inertia (nominal value),
Ktn: Motor torque constant (nominal value), Kt: Motor torque constant,
R: motor winding resistance, L: motor winding inductance,
Tm: Motor torque, T: Final torque, τ1: Disturbance torque
Claims (1)
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記操舵トルク検出手段から検出した操舵トルクと前記車速検出手段から検出した車速からモータ電流指令値を生成する電流指令値演算手段を備え、
前記電流指令値演算手段から生成されたモータ電流指令値に応じて、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からモータ実電流値を推定するモータ実電流値推定手段と、
前記制御手段は、前記モータ実電流値推定手段から推定したモータ推定電流値を前記電流フィードバック手段にフィードバックすること、
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;
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed;
Current command value calculation means for generating a motor current command value from the steering torque detected from the steering torque detection means and the vehicle speed detected from the vehicle speed detection means;
Current feedback means for driving the motor in a feedback system in accordance with the motor current command value generated from the current command value calculation means;
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;
Motor actual current value estimation means for estimating a motor actual current value from the motor rotation angular acceleration detected from the motor rotation angular acceleration detection means;
The control means feeds back the motor estimated current value estimated from the motor actual current value estimating means to the current feedback means;
Electric power steering device characterized by
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Cited By (1)
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CN112824090A (en) * | 2019-11-21 | 2021-05-21 | 台达电子工业股份有限公司 | Control method of all-electric plastic injection molding machine |
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