JP2013244798A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus.
電動パワーステアリング装置(EPS)として、デュアルピニオン式の電動パワーステアリング装置(DP−EPS)がある。デュアルピニオン式の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール等の操舵部材と、操舵部材の回転に連動して転舵輪を転舵する転舵機構と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構とを備えている。
転舵機構は、操舵部材の回転に応じて回転する第1のピニオン軸と、自動車の左右方向に沿って延びたラック軸とを含む。ラック軸の各端部には、タイロッドおよびナックルアームを介して転舵輪が連結されている。第1のピニオン軸の先端には、第1のピニオンが連結されている。ラック軸には、第1のピニオンに噛み合う第1のラックが形成されている。第1のピニオンおよび第1のラックからなる第1のラック&ピニオン機構によって、ピニオン軸の回転がラック軸の軸方向移動に変換される。ラック軸が軸方向に移動することによって、転舵輪が転舵される。
As an electric power steering device (EPS), there is a dual pinion type electric power steering device (DP-EPS). The dual pinion type electric power steering apparatus includes a steering member such as a steering wheel, a steering mechanism that steers the steered wheels in conjunction with rotation of the steering member, and a steering assist mechanism that assists the driver's steering. It has.
The steered mechanism includes a first pinion shaft that rotates according to the rotation of the steering member, and a rack shaft that extends along the left-right direction of the automobile. A steered wheel is connected to each end of the rack shaft via a tie rod and a knuckle arm. A first pinion is connected to the tip of the first pinion shaft. A first rack that meshes with the first pinion is formed on the rack shaft. The rotation of the pinion shaft is converted into the axial movement of the rack shaft by the first rack and pinion mechanism including the first pinion and the first rack. The steered wheels are steered by moving the rack shaft in the axial direction.
操舵補助機構は、操舵補助用の電動モータと、電動モータのトルクがカップリング(軸継手)および減速機構を介して伝達される第2のピニオン軸と、第2のピニオン軸の先端に連結された第2のピニオンと、ラック軸に設けられ、第2のピニオンに噛み合う第2のラックとを備えている。カップリングは、電動モータの駆動軸と減速機構の入力軸とを連結するためのものである。電動モータによって第2のピニオンが回転されると、第2のピニオンおよび第2のラックからなる第2のラック&ピニオン機構によって、ピニオン軸の回転がラック軸の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪が転舵される。 The steering assist mechanism is coupled to a steering assist electric motor, a second pinion shaft to which torque of the electric motor is transmitted via a coupling (shaft coupling) and a speed reduction mechanism, and a tip of the second pinion shaft. A second pinion and a second rack provided on the rack shaft and meshing with the second pinion. The coupling is for connecting the drive shaft of the electric motor and the input shaft of the speed reduction mechanism. When the second pinion is rotated by the electric motor, the rotation of the pinion shaft is converted into the axial movement of the rack shaft by the second rack and pinion mechanism including the second pinion and the second rack. Thereby, a steered wheel is steered.
前述したような従来のデュアルピニオン式の電動パワーステアリング装置においては、電動モータとラック軸との間に、カップリング、減速機構および第2のラック&ピニオン機構といった動力伝達装置が介在している。これらの各動力伝達装置は、遊び(ガタ)を有している。このため、ステアリングホイール等の操舵部材が操作されていない状態から電動モータの回転を開始させたときには、回転開始直後において、モータトルクがラック軸に正確に伝達されない回転角領域が生じる。この回転角領域においては、振動や異音が発生しやすくなる。特に、電動パワーステアリング装置の性能を向上させるために、電動モータの制御応答性を高くすると、センサノイズ等が増幅されやすくなるため、前記回転角領域において振動や異音が発生しやすくなる。 In the conventional dual pinion type electric power steering device as described above, a power transmission device such as a coupling, a speed reduction mechanism, and a second rack and pinion mechanism is interposed between the electric motor and the rack shaft. Each of these power transmission devices has play (backlash). For this reason, when the rotation of the electric motor is started from a state where the steering member such as the steering wheel is not operated, a rotation angle region in which the motor torque is not accurately transmitted to the rack shaft occurs immediately after the rotation is started. In this rotation angle region, vibration and abnormal noise are likely to occur. In particular, if the control responsiveness of the electric motor is increased in order to improve the performance of the electric power steering device, sensor noise and the like are easily amplified, and thus vibration and abnormal noise are likely to occur in the rotation angle region.
この発明の目的は、振動および異音の発生を抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus capable of suppressing the occurrence of vibration and abnormal noise.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、遊びを有する少なくとも1つの動力伝達装置(20;21;23,24)を介して、電動モータ(19)から転舵軸(15)に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置(1)であって、前記電動モータの電流指令値を設定するための電流指令値設定手段(51)と、前記電動モータに流れるモータ電流を検出する電流検出手段(33,53)と、前記電流検出手段によって検出される検出電流値が、前記電流指令値設定手段によって設定される電流指令値に近づくように、前記電動モータをフィードバック制御するフィードバック制御手段(54,55)と、操舵部材(2)が操作されていない直近の非操舵状態からの前記電動モータの回転角変化量を演算する回転角変化量演算手段(52,58)と、前記回転角変化量演算手段によって演算される回転角変化量の絶対値が、予め設定された所定回転量(α)以下であるときに、前記フィードバック制御手段の制御応答性を低下させる応答性低下手段(55,58;59,60)とを含む、電動パワーステアリング装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
In order to achieve the above object, the invention according to
遊びを有する少なくとも1つの動力伝達装置を介して、電動モータから転舵軸に操舵補助力が与えられるので、操舵部材が操作されていない状態から電動モータの回転を開始させたときには、回転開始直後において、モータトルクが操舵軸に正確に伝達されない回転角領域(伝達誤差発生領域)が生じる。この発明では、操舵部材が操作されていない直近の非操舵状態からの電動モータの回転角変化量が予め設定された所定回転量以下であるときに、フィードバック制御手段の制御応答性を低下させることができる。これにより、前記伝達誤差発生領域において、電動モータの制御応答性を低下させることが可能となるから、振動および異音の発生を抑制することができる。 Since the steering assist force is applied from the electric motor to the steered shaft via at least one power transmission device having play, when the rotation of the electric motor is started from the state where the steering member is not operated, immediately after the rotation starts In this case, a rotation angle region (transmission error generation region) is generated in which the motor torque is not accurately transmitted to the steering shaft. In the present invention, when the amount of change in the rotation angle of the electric motor from the most recent non-steering state where the steering member is not operated is equal to or less than a predetermined rotation amount set in advance, the control responsiveness of the feedback control means is reduced. Can do. Thereby, since it becomes possible to reduce the control responsiveness of the electric motor in the transmission error occurrence region, it is possible to suppress the occurrence of vibration and noise.
請求項2記載の発明は、前記所定回転量が、前記電動モータと前記転舵軸との間に存在する前記動力伝達装置の遊びの総和量に対応する前記電動モータの回転量である、請求項1に記載の電動パワーステアリング装置である。この構成によれば、前記伝達誤差発生領域において、電動モータの制御応答性を低下させることができるから、振動および異音の発生を抑制することができる。
According to a second aspect of the present invention, the predetermined rotation amount is a rotation amount of the electric motor corresponding to a total amount of play of the power transmission device existing between the electric motor and the steered shaft. The electric power steering apparatus according to
請求項3記載の発明は、前記応答性低下手段は、前記フィードバック制御手段の制御ゲイン(KP,KI)を変更させることにより、前記フィードバック制御手段の応答性を低下させるように構成されている、請求項1または2に記載の電動パワーステアリング装置である。
請求項4記載の発明は、前記応答性低下手段は、前記回転角変化量演算手段によって演算される回転角変化量の絶対値が、予め設定された所定回転量(α)以下で、かつ前記電動モータのモータトルクが所定トルク(β)以下であるときに、前記フィードバック制御手段の応答性を低下させるように構成されている、請求項1に記載の電動パワーステアリング装置である。
According to a third aspect of the present invention, the responsiveness reducing means is configured to reduce the responsiveness of the feedback control means by changing a control gain (K P , K I ) of the feedback control means. The electric power steering apparatus according to
According to a fourth aspect of the present invention, the responsiveness reducing means has an absolute value of the rotation angle change amount calculated by the rotation angle change amount calculation means being equal to or less than a predetermined rotation amount (α) set in advance. 2. The electric power steering apparatus according to
以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置1は、操舵部材としてのステアリングホイール2と、このステアリングホイール2の回転に連動して転舵輪3を転舵する転舵機構4と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構5とを備えている。ステアリングホイール2と転舵機構4とは、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して機械的に連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
The electric
転舵機構4は、第1のピニオン軸14と、転舵軸としてのラック軸15とを含む。ラック軸15の各端部には、タイロッド16およびナックルアーム(図示略)を介して転舵輪3が連結されている。第1のピニオン軸14は、中間軸7に連結された入力軸8と、入力軸8にトーションバー10を介して連結された出力軸9とを含む。出力軸9の先端(図1では下端)には、第1のピニオン17が連結されている。ステアリングホイール2が回転されると、入力軸8および出力軸9は、互いに相対回転しつつ同一方向に回転するようになっている。
The steered
第1のピニオン軸14の周囲には、トルクセンサ11が配置されている。トルクセンサ11は、入力軸8および出力軸9の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール2に与えられた操舵トルクを検出する。トルクセンサ11によって検出される操舵トルクは、ECU(電子制御ユニット:Electronic Control Unit)13に入力される。
ラック軸15は、自動車の左右方向(直進方向に直交する方向)に沿って直線状に延びている。ラック軸15の軸方向の第1端部側には、第1のピニオン17に噛み合う第1のラック18が形成されている。この第1のピニオン17および第1のラック18によって、第1のラック&ピニオン機構17,18が構成されている。第1のラック&ピニオン機構17,18によって、第1のピニオン軸14の回転がラック軸15の軸方向移動に変換される。ラック軸15を軸方向に移動させることによって、転舵輪3を転舵することができる。
A
The
ステアリングホイール2が操舵(回転)されると、この回転が、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して、第1のピニオン軸14に伝達される。そして、第1のピニオン軸14の回転は、第1のラック&ピニオン機構17,18によって、ラック軸15の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。
操舵補助機構5は、操舵補助用の電動モータ19と、カップリング(軸継手)20と、減速機構21と、第2ピニオン軸22と、第2のピニオン23と、第2のラック24とを含む。カップリング20は、電動モータ19の駆動軸と減速機構21の入力軸(ウォーム軸)とを連結する。減速機構21は、カップリング20によって電動モータ19の駆動軸に連結されたウォーム軸と、第2ピニオン軸22と同方向に回転可能に連結され、ウォーム軸と噛み合うウォームホイールとからなる。第2のピニオン23は、第2のピニオン軸22の先端(図1では下端)に連結されている。第2のラック24は、ラック軸15の軸方向の第2端部側に設けられており、第2のピニオン23に噛み合っている。第2のピニオン23および第2のラック24によって、第2のラック&ピニオン機構23,24が構成されている。電動モータ19は、この実施形態では、三相ブラシレスモータからなる。
When the
The
電動モータ19が回転駆動されると、電動モータ19の回転がカップリング20および減速機構21を介して第2のピニオン軸22に伝達される。第2のピニオン軸22の回転は、第2のラック&ピニオン機構23,24によって、ラック軸15の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。すなわち、電動モータ19によって第2のピニオン軸22を回転駆動することによって、転舵輪3が転舵されるようになっている。
When the
電動モータ19のロータの回転角は、レゾルバ等の回転角センサ25によって検出される。回転角センサ25の出力信号は、ECU13に入力される。
電動モータ19は、モータ制御装置としてのECU13によって制御される。ECU13は、回転角センサ25の出力信号およびトルクセンサ11によって検出される操舵トルクに基づいて、電動モータ19を制御する。
The rotation angle of the rotor of the
The
図2は、モータ制御装置としてのECU13の電気的構成を示す概略図である。
ECU13は、回転角センサ25の出力信号およびトルクセンサ11によって検出される操舵トルクThに応じて電動モータ19を駆動することによって、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現する。
ECU13は、マイクロコンピュータ31と、このマイクロコンピュータ31によって制御され、電動モータ19に電力を供給する駆動回路(三相インバータ回路)32と、電動モータ19の各相のステータ巻線に流れる電流を検出する電流検出部33とを備えている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an electrical configuration of the
The
The
電動モータ19は、図3に図解的に示すように、界磁としてのロータ41と、U相、V相およびW相の界磁巻線19U,19V,19Wを含むステータ42とを備えている。各相の界磁巻線19U,19V,19Wの方向にU軸、V軸およびW軸をとった三相固定座標(UVW座標系)が定義される。また、ロータ41の磁極方向にd軸(磁極軸)をとり、ロータ41の回転平面内においてd軸と直角な方向にq軸(トルク軸)をとった二相回転座標系(dq座標系。実回転座標系)が定義される。dq座標系は、ロータ41とともに回転する回転座標系である。dq座標系では、q軸電流のみがロータ41のトルク発生に寄与するので、d軸電流を零とし、q軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ41の回転角(ロータ角(電気角))θEは、U軸に対するd軸の回転角である。dq座標系は、ロータ角θに従う実回転座標系である。このロータ角θEを用いることによって、UVW座標系とdq座標系との間での座標変換を行うことができる。
As schematically shown in FIG. 3, the
駆動回路32は、複数のスイッチング素子を含む三相インバータ回路から構成されている。電流検出部33は、電動モータ19のU相電流IU、V相電流IVおよびW相電流IW(以下、これらを総称するときは、「三相検出電流IUVW」という。)を検出する。
マイクロコンピュータ31は、CPUおよびメモリ(ROM,RAMなど)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、電流指令値設定部51と、回転角演算部52と、UVW/dq変換部53と、電流偏差演算部54と、PI(比例積分)制御部55と、dq/UVW変換部56と、PWM制御部57と、制御ゲイン設定部58とが含まれている。
The
The
電流指令値生成部51は、トルクセンサ11によって検出される検出操舵トルクThに基づいて、電動モータ19に流すべき電流の指令値である電流指令値を設定する。具体的には、電流指令値設定部51は、d軸電流指令値Id *およびq軸電流指令値Iq *(以下、これらを総称するときには「二相電流指令値Idq *」という。)を生成する。さらに具体的には、電流指令値生成部51は、q軸電流指令値Iq *を有意値とする一方で、d軸電流指令値Id *を零とする。
Based on the detected steering torque Th detected by the
より具体的には、電流指令値設定部51は、検出操舵トルクとq軸電流指令値Iq *との関係を記憶したマップに基づいて、q軸電流指令値Iq *を設定する。図4は、検出操舵トルクに対するq軸電流指令値Iq *の設定例を示すグラフである。
検出操舵トルクThは、例えば左方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、右方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、q軸電流指令値Iq *は、電動モータ19によって左方向操舵のためのアシストトルクを発生させるときには正の値とされ、電動モータ19によって右方向操舵のためのアシストトルクを発生させるときには負の値とされる。
More specifically, the current command
For the detected steering torque Th, for example, the torque for steering in the left direction is a positive value, and the torque for steering in the right direction is a negative value. The q-axis current command value I q * is a positive value when assist torque for leftward steering is generated by the
q軸電流指令値Iq *は、検出操舵トルクThの正の値に対しては正の値をとり、検出操舵トルクThの負の値に対しては負の値をとる。検出操舵トルクThが−Th1〜Th1の範囲の微小な値のときには、q軸電流指令値Iq *は零とされる。そして、検出操舵トルクTが−Th1〜Th1の範囲以外の領域においては、q軸電流指令値Iq *は、検出操舵トルクTの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定されている。電流指令値設定部51によって設定された二相電流指令値Idq *は、電流偏差演算部54に与えられる。
The q-axis current command value I q * takes a positive value for a positive value of the detected steering torque Th and takes a negative value for a negative value of the detected steering torque Th. When the detected steering torque Th is a minute value in the range of -Th1 to Th1, the q-axis current command value Iq * is set to zero. In a region where the detected steering torque T is outside the range of -Th1 to Th1, the q-axis current command value I q * is set such that the absolute value thereof increases as the absolute value of the detected steering torque T increases. ing. The two-phase current command value I dq * set by the current command
回転角演算部52は、回転角センサ25の出力信号に基づいて、電動モータ19のロータの回転角(電気角θ-Eおよび中立位置を基準とした機械角θM)を演算する。
UVW/dq変換部53は、電流検出部33によって検出されるUVW座標系の三相検出電流IUVW(U相電流IU、V相電流IVおよびW相電流IW)を、dq座標系の二相検出電流IdおよびIq(以下総称するときには「二相検出電流Idq」という。)に変換する。これらが電流偏差演算部54に与えられるようになっている。UVW/dq変換部53における座標変換には、回転角演算部52によって演算された電気角θEが用いられる。
The rotation
The UVW /
電流偏差演算部54は、電流指令値設定部51によって設定される二相電流指令値Idq *と、UVW/dq変換部53から与えられる二相検出電流Idqとの偏差を演算する。より具体的には、電流偏差演算部54は、d軸電流指令値Id *に対するd軸検出電流Idの偏差およびq軸電流指令値Iq *に対するq軸検出電流Iqの偏差を演算する。これらの偏差は、PI制御部55に与えられる。
The current
PI制御部55は、電流偏差演算部54によって演算された各電流偏差に対するPI演算を行なうことにより、電動モータ19に印加すべき二相電圧指令値Vdq *(d軸電圧指令値Vd *およびq軸電圧指令値Vq *)を生成する。この二相電圧指令値Vdq *は、dq/UVW変換部56に与えられる。
より具体的には、PI制御部55は、比例要素55aと、積分要素55bと、加算器55cとを備えている。ただし、KPは比例ゲイン、KIは積分ゲイン、1/sは積分演算子である。比例要素55aおよび積分要素55bの演算結果が加算器55cで加算されることによって、二相電圧指令値Vdq *が求められる。
The
More specifically, the
dq/UVW変換部56は、二相電圧指令値Vdq *を三相電圧指令値VUVW *に変換する。この座標変換には、回転角演算部52によって演算された電気角θEが用いられる。三相電圧指令値VUVW *は、U相電圧指令値VU *、V相電圧指令値VV *およびW相電圧指令値VW *からなる。この三相電圧指令値VUVW *は、PWM制御部57に与えられる。
The dq /
PWM制御部57は、U相電圧指令値VU *、V相電圧指令値VV *およびW相電圧指令値VW *にそれぞれ対応するデューティのU相PWM(Pulse Width Modulation)制御信号、V相PWM制御信号およびW相PWM制御信号を生成する。また、PWM制御部57は、これらのPWM制御信号に基づいて、駆動回路32内の各スイッチング素子をオンオフ制御する。これにより、三相電圧指令値VUVW *に相当する電圧が電動モータ19の各相の界磁巻線19U,19V、19Wに印加されることになる。
The
電流偏差演算部54およびPI制御部55は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、電動モータ19に流れる電流が、電流指令値設定部51によって設定される二相電流指令値Idq *に近づくように制御される。
制御ゲイン設定部58には、トルクセンサ11によって検出される操舵トルクTh、回転角演算部52によって演算される機械角θMおよびUVW/dq変換部53によって得られるq軸検出電流Iqが入力する。機械角θMは、中立位置を基準としたロータの正逆両方向の回転量(回転角)であり、中立位置から左操舵方向への回転量が正の値にとられ、中立位置から右操舵方向への回転量が負の値にとられている。制御ゲイン設定部58は、操舵トルクTh、機械角θMおよびq軸検出電流Iqに基づいて、PI制御部55内の比例要素55aのゲイン(比例ゲイン)KPと積分要素55bのゲイン(積分ゲイン)KIを可変設定し、これにより制御応答性を変更する。
The current
The control
制御ゲイン設定部58によるゲイン制御の考え方について説明する。図1に示すように、電動モータ19とラック軸15との間には、カップリング20、減速機構21および第2のラック&ピニオン機構23,24といった動力伝達装置が介在している。これらの動力伝達装置は、遊び(ガタ)を有している。このため、ステアリングホイール2が操作されていない状態(以下、「非操舵状態」という)から電動モータ19の回転を開始させたときには、回転開始直後において、モータトルクがラック軸15に正確に伝達されない回転角領域(以下、「伝達誤差発生領域」という)が生じる。この伝達誤差発生領域は、電動モータ19とラック軸15との間に介在する動力伝達装置の遊びの総和量に対応する電動モータ19の回転量に相当する。
The concept of gain control by the control
伝達誤差発生領域においては、振動や騒音が発生しやすくなる。特に、電動パワーステアリング装置の性能を向上させるために、電動モータの制御応答性を高くすると、センサノイズ等が増幅されやすくなるため、伝達誤差発生領域において振動や異音が発生しやすくなる。そこで、制御ゲイン設定部58は、伝達誤差発生領域であるか否かを判別し、伝達誤差発生領域であると判別しているときには、電動モータ19の制御応答性を低下させる。これにより、伝達誤差発生領域での振動および異音の発生を抑制する。
In the transmission error occurrence region, vibration and noise are likely to occur. In particular, if the control responsiveness of the electric motor is increased in order to improve the performance of the electric power steering apparatus, sensor noise and the like are easily amplified, so that vibration and abnormal noise are likely to occur in the transmission error occurrence region. Therefore, the control
伝達誤差発生領域であるか否かを判別するために、伝達誤差発生領域に対応するロータの回転量(回転角)(以下、「第1閾値α」という)と、この伝達誤差発生領域を乗り越えるのに最低限必要なモータトルクの大きさ(以下、「第2閾値β」という)とが、例えば実験により予め求められて、制御ゲイン設定部58に設定されている。この実験は、例えば次のようにして行われる。
In order to determine whether or not it is a transmission error generation region, the rotation amount (rotation angle) of the rotor corresponding to the transmission error generation region (hereinafter referred to as “first threshold value α”) and the transmission error generation region are overcome. The minimum required motor torque (hereinafter referred to as “second threshold value β”) is obtained in advance through experiments, for example, and set in the control
電動パワーステアリング装置1から電動モータ19を取り外す。そして、減速機構21のウォーム軸を回転させるための道具として、電動モータ19の駆動軸に取り付けられていたカップリング20の一方の部材と同じ種類の部材を有するハンドルを用意する。ラック軸15を軸方向に移動できないように固定した状態で、前記ハンドルを用いて減速機構21のウォーム軸を例えば左操舵方向に回転させていく。この際に、ハンドルの回転角とハンドルの回転トルク(以下、「ハンドルトルク」という)とを計測する。ハンドルを回転できなくなるまで、測定を続ける。ハンドルを右操舵方向に回転させる場合についても、同様な実験を行なう。
The
図5は、実験により求められたハンドル回転角に対するハンドルトルクの変化の一例を模式的に表したグラフである。実験開始時のハンドルの回転角位置を基準位置Psとすると、図5において、横軸は、基準位置Psからのハンドルの回転量(ハンドル回転角)[deg]を示し、縦軸はハンドルトルクを表している。図5の折れ線Lは、基準位置Psからハンドルを左操舵方向に回転させたときのハンドル回転角に対するハンドルトルクの変化を表し、図5の折れ線Rは、基準位置Psからハンドルを右操舵方向に回転させたときのハンドル回転角に対するハンドルトルクの変化を表している。 FIG. 5 is a graph schematically showing an example of a change in the handle torque with respect to the handle rotation angle obtained by the experiment. Assuming that the rotation angle position of the handle at the start of the experiment is the reference position Ps, in FIG. 5, the horizontal axis indicates the rotation amount (handle rotation angle) [deg] of the handle from the reference position Ps, and the vertical axis indicates the handle torque. Represents. A broken line L in FIG. 5 represents a change in the handle torque with respect to the steering wheel rotation angle when the handle is rotated in the left steering direction from the reference position Ps. A broken line R in FIG. 5 represents the handle in the right steering direction from the reference position Ps. A change in handle torque with respect to the handle rotation angle when the handle is rotated is shown.
基準位置Psからハンドルを左操舵方向に回転させていくと、まず、カップリング20の遊びの影響によりハンドルの回転角の増加に対してハンドルトルクが増加しない領域が現われる。その次に、減速機構21の遊びの影響によりハンドルの回転角の増加に対してハンドルトルクが増加しない領域が現われる。その次に、第2のラック&ピニオン機構23,24の影響によりハンドルの回転角の増加に対してハンドルトルクが増加しない領域が現われる。その次に、ハンドルの回転角の増加に対してハンドルトルクがリニアに増加する領域が現われた後、ハンドルが回転しなくなる。
When the handle is rotated in the left steering direction from the reference position Ps, first, an area where the handle torque does not increase with respect to an increase in the rotation angle of the handle appears due to the play of the
ハンドルの回転角の増加に対してハンドルトルクがリニアに増加する領域が開始する時点のハンドルの回転角(基準位置Psからのハンドルの回転量)の値を第1閾値αとして設定し、その時点でのハンドルトルクの値を第2閾値βとして設定する。
基準位置Psからハンドルを右操舵方向に回転させていったときのハンドル回転角に対するハンドルトルクの変化も、基準位置Psからハンドルを右操舵方向に回転させていったと同様であるのでその説明を省略する。
The value of the rotation angle of the steering wheel (the amount of rotation of the steering wheel from the reference position Ps) at the time when the region where the steering torque increases linearly with respect to the increase in the rotation angle of the steering wheel is set as the first threshold value α. Is set as the second threshold value β.
The change in the handle torque relative to the handle rotation angle when the handle is rotated in the right steering direction from the reference position Ps is the same as that in the case where the handle is rotated in the right steering direction from the reference position Ps. To do.
図6は、制御ゲイン設定部の動作を示すフローチャートである。図6の処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
制御ゲイン設定部58は、トルクセンサ11によって検出された操舵トルクTh、回転角演算部52によって演算された機械角θMおよびUVW/dq変換部53によって得られたq軸検出電流Iqを取得する(ステップS1)。以下、今回取得された機械角θMをθMnで表し、前回取得された機械角θMをθM(n−1)で表すことにする。また、直近の非操舵状態での電動モータ19の回転角(機械角)を基準回転角といい、変数θSで表すことにする。θSの初期値は、例えば零に設定される。
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the control gain setting unit. The process of FIG. 6 is repeatedly executed at every predetermined calculation cycle.
The control
次に、制御ゲイン設定部58は、非操舵状態であるか否かを判別するために、次式(1)で示す第1の条件を満たしているか否かを判別する(ステップS2)。
|θM−θM(n−1)|≦AでかつTh≦B …(1)
前記式(1)において|θM−θM(n−1)|は、電動モータ19のロータ角速度(絶対値)である。A(A>0)は、予め設定された所定値であり、たとえば1.0[deg/sec]に対応する値に設定される。B(B>0)は、予め設定された所定値であり、たとえば0.25[Nm]に設定される。
Next, in order to determine whether or not the control
| Θ M −θ M (n−1) | ≦ A and Th ≦ B (1)
In the equation (1), | θ M −θ M (n−1) | is the rotor angular velocity (absolute value) of the
第1の条件を満たしている場合には(ステップS2:YES)、制御ゲイン設定部58は、非操舵状態であると判別し、今回取得した機械角θMnを基準回転角θSとして設定する(ステップS3)。つまり、基準回転角θSを更新する。また、制御ゲイン設定部58は、PI制御部54内の比例ゲインKPを比較的小さな第1の比例ゲインKP1に設定するとともに、積分ゲインKIを比較的小さな第1の積分ゲインKI1に設定する(ステップS6)。そして、制御ゲイン設定部58は、今回の演算周期での処理を終了する。
If the first condition is satisfied (step S2: YES), the control
前記ステップS2において、第1の条件を満たしていないと判別された場合には(ステップS2:NO)、制御ゲイン設定部58は、ステアリングホイール2が操作されている状態であると判別し、モータトルクTmを次式(2)に基づいて演算する(ステップS4)。
Tm=Iq・KT …(2)
前記式(2)において、Iqは今回取得したq軸検出電流であり、KTは電動モータ19のトルク定数である。
If it is determined in step S2 that the first condition is not satisfied (step S2: NO), the control
Tm = I q · K T (2)
In Equation (2), I q is the q-axis detection current acquired this time, and KT is the torque constant of the
次に、制御ゲイン設定部58は、伝達誤差発生領域であるか否かを判別するために、次式(3)で示す第2の条件を満たしているか否かを判別する(ステップS5)。
|θMn−θS|≦αでかつ|Tm|≦β …(3)
前記式(3)において、|θMn−θS|は、直近の無操舵状態からのロータの回転量(絶対値)を表している。|Tm|は、前記ステップS4で演算されたモータトルクTmの絶対値である。αは前述した第1閾値であり、βは前述した第2閾値である。
Next, the control
| Θ Mn −θ S | ≦ α and | Tm | ≦ β (3)
In the formula (3), | θ Mn −θ S | represents the rotation amount (absolute value) of the rotor from the most recent non-steering state. | Tm | is the absolute value of the motor torque Tm calculated in step S4. α is the aforementioned first threshold value, and β is the aforementioned second threshold value.
第2の条件を満たしているときには(ステップS5:YES)、制御ゲイン設定部58は、直近の無操舵状態からのロータの回転量が伝達誤差発生領域内にあると判別し、PI制御部54内の比例ゲインKPを比較的小さな第1の比例ゲインKP1に設定するとともに、積分ゲインKIを比較的小さな第1の積分ゲインKI1に設定する(ステップS6)。これにより、振動および異音が発生しやすい伝達誤差発生領域において、電動モータ19の制御応答性を低下させることができるため、振動および異音の発生を抑制することができる。そして、制御ゲイン設定部58は、今回の演算周期での処理を終了する。
When the second condition is satisfied (step S5: YES), the control
前記ステップS5において、第2の条件を満たしていないと判別されたときには(ステップS5:NO)、直近の無操舵状態からのロータの回転量が伝達誤差発生領域を超えたと判別し、PI制御部54内の比例ゲインKPを比較的大きな第2の比例ゲインKP2に設定するとともに、積分ゲインKIを比較的大きな第2の積分ゲインKI2に設定する(ステップS7)。これにより、伝達誤差発生領域以外の領域において、電動モータ19の制御応答性を高めることができるため、電動パワーステアリング装置1の性能を向上させることができる。そして、制御ゲイン設定部58は、今回の演算周期での処理を終了する。
When it is determined in step S5 that the second condition is not satisfied (step S5: NO), it is determined that the rotation amount of the rotor from the most recent non-steering state has exceeded the transmission error occurrence region, and the PI control unit proportional with gain K set P of relatively large second
前記実施形態によれば、振動および異音が発生しやすい伝達誤差発生領域において、電動モータ19の制御応答性を低下させることができるため、振動および異音の発生を抑制することができる。一方、伝達誤差発生領域以外の領域においては、電動モータ19の制御応答性を高めることができるため、電動パワーステアリング装置1の性能を向上させることができる。
According to the embodiment, since the control responsiveness of the
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、伝達誤差発生領域であるか否かを判別するための条件は、|θMn−θS|≦αでかつ|Tm|≦βであるが、|θMn−θS|が第1閾値α以下であること(|θMn−θS|≦α)のみを条件としてもよい。
また、図1に破線で示すように、制御ゲイン設定部58に加えてまたは代えて、トルクセンサ11と電流指令値設定部との間に、トルクセンサ11の出力信号に対して位相補償処理を施す位相補償処理部59を設けるとともに、位相補償処理部59の位相補償特性(伝達関数)を変更設定する位相補償特性設定部60とを設けるようにしてもよい。位相補償特性設定部60は、制御ゲイン設定部58と同様な方法で伝達誤差発生領域であるか否かを判別し、伝達誤差発生領域である場合に制御応答が低下するように、位相補償処理部59の位相補償特性を変更するようにしてもよい。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the above-described embodiment, the condition for determining whether or not it is a transmission error occurrence region is | θ Mn −θ S | ≦ α and | Tm | ≦ β, but | θ Mn −θ The condition may be that only S | is equal to or less than the first threshold value α (| θ Mn −θ S | ≦ α).
Further, as indicated by a broken line in FIG. 1, in addition to or instead of the control
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1…電動パワーステアリング装置、2…ステアリングホイール、5…操舵補助機構、11…トルクセンサ、13…ECU、15…ラック軸、19…電動モータ、20…カップリング、21…減速機構、23…第2のピニオン、24…第2のラック、25…回転角センサ、31…マイクロコンピュータ、33…電流検出部、51…電流指令値設定部、52…回転角演算部、54…電流偏差演算部、55…PI制御部、58…制御ゲイン設定部、59…位相補償処理部、90…位相補償特性設定部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電動モータの電流指令値を設定するための電流指令値設定手段と、
前記電動モータに流れるモータ電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出される検出電流値が、前記電流指令値設定手段によって設定される電流指令値に近づくように、前記電動モータをフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
操舵部材が操作されていない直近の非操舵状態からの前記電動モータの回転角変化量を演算する回転角変化量演算手段と、
前記回転角変化量演算手段によって演算される回転角変化量の絶対値が、予め設定された所定回転量以下であるときに、前記フィードバック制御手段の制御応答性を低下させる応答性低下手段とを含む、電動パワーステアリング装置。 An electric power steering device that applies a steering assist force from an electric motor to a steered shaft via at least one power transmission device having play,
Current command value setting means for setting a current command value of the electric motor;
Current detecting means for detecting a motor current flowing in the electric motor;
Feedback control means for feedback-controlling the electric motor so that the detected current value detected by the current detection means approaches the current command value set by the current command value setting means;
A rotation angle change amount calculating means for calculating a rotation angle change amount of the electric motor from the most recent non-steering state in which the steering member is not operated;
Responsiveness reducing means for reducing the control responsiveness of the feedback control means when the absolute value of the rotational angle change amount calculated by the rotational angle change amount calculating means is equal to or less than a predetermined rotation amount set in advance. Including an electric power steering apparatus.
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