JP2014151878A - Hydraulic power steering system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、油圧式パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a hydraulic power steering apparatus.
車両のステアリング機構に結合されたパワーシリンダに、油圧ポンプからの作動油を、油圧制御バルブを介して供給することによって、操舵力を補助する油圧式パワーステアリング装置が従来から知られている。一般的な油圧式パワーステアリング装置では、油圧制御バルブは、ステアリングホイール等の操舵部材にステアリングシャフトを介して機械的に連結されており、操舵部材の操作に応じて油圧制御バルブの開度が調節される。 2. Description of the Related Art Conventionally, a hydraulic power steering apparatus that assists steering force by supplying hydraulic oil from a hydraulic pump to a power cylinder coupled to a steering mechanism of a vehicle via a hydraulic control valve is known. In a general hydraulic power steering apparatus, a hydraulic control valve is mechanically connected to a steering member such as a steering wheel via a steering shaft, and the opening degree of the hydraulic control valve is adjusted according to the operation of the steering member. Is done.
油圧式パワーステアリング装置として、油圧制御バルブを操舵部材に機械的に連結せずに、電動モータ(バルブ駆動用モータ)によって油圧制御バルブの開度を制御するものが開発されている。本発明者らは、バルブ駆動用モータをフィードバック制御によって制御する油圧式パワーステアリング装置を研究し、この発明をするに至った。
この発明の目的は、保舵状態時に余分な消費電力が発生するのを抑制することができる油圧式パワーステアリング装置を提供することである。
As a hydraulic power steering apparatus, an apparatus that controls the opening of a hydraulic control valve by an electric motor (valve driving motor) without mechanically connecting the hydraulic control valve to a steering member has been developed. The inventors have studied a hydraulic power steering apparatus that controls a valve driving motor by feedback control, and have come to the present invention.
An object of the present invention is to provide a hydraulic power steering device capable of suppressing the occurrence of excessive power consumption in the steering holding state.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、車両のステアリング機構(2)に結合されたパワーシリンダ(16)に、操舵部材(3)に機械的に連結されていない油圧制御バルブ(14)を介して、油圧ポンプ(23)からの作動油を供給することによって、操舵補助力を発生させる油圧式パワーステアリング装置(1)であって、前記油圧制御バルブの開度を制御するための電動モータ(15)と、前記電動モータの回転角の目標値である回転角指令値を設定する回転角指令値設定手段(52)と、前記電動モータの実回転角を検出する回転角検出手段(33)と、前記回転角検出手段によって検出された実回転角が、前記回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値に等しくなるように、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(53,54,72)とを含み、前記フィードバック制御手段は、前記回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値と前記回転角検出手段によって検出された実回転角とに基づいて、前記回転角指令値と前記実回転角との角度偏差の絶対値が所定値A(A>0)以下のときに零となる不感帯を有する制御用角度偏差を生成する制御用角度偏差生成手段(53,54)と、前記制御用角度偏差生成手段によって生成された制御用角度偏差に基づいて操作量を演算するフィードバック要素(72)とを含む、油圧式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, a hydraulic control valve according to
前記フィードバック要素は、回転角指令値と実回転角との角度偏差の絶対値が所定値A(A>0)以下のときに零となる不感帯を有する制御用角度偏差に対して演算を行うことにより、操作量を演算している。したがって、保舵状態時において、実回転角の検出ノイズ等によって実回転角と回転角指令値との間に微小な角度偏差が生じたとしても、制御用角度偏差は零の値を維持するから、前記フィードバック要素によって演算される操作量の絶対値が増加するのを抑制または防止できる。これにより、保舵状態時において、油圧制御バルブのロータが摩擦によって静止しているにもかかわらず、モータ電流が変動するのを抑制または防止できる。これにより、保舵状態時に余分な電力消費が発生するのを抑制することができる。 The feedback element performs an operation on a control angle deviation having a dead zone that becomes zero when the absolute value of the angle deviation between the rotation angle command value and the actual rotation angle is equal to or less than a predetermined value A (A> 0). Thus, the operation amount is calculated. Therefore, even when a slight angle deviation occurs between the actual rotation angle and the rotation angle command value due to the detection noise of the actual rotation angle, etc. in the steering holding state, the control angle deviation is maintained at a zero value. The increase in the absolute value of the manipulated variable calculated by the feedback element can be suppressed or prevented. As a result, it is possible to suppress or prevent the motor current from fluctuating even when the rotor of the hydraulic control valve is stationary due to friction in the steered state. Thereby, it can suppress that extra power consumption generate | occur | produces at the time of a steering maintenance state.
請求項2記載の発明は、前記制御用角度偏差生成手段は、前記回転角指令値と前記実回転角との角度偏差の絶対値が前記所定値A以下のときには、零の値をとる制御用角度偏差を生成し、前記角度偏差が前記所定値Aより大きいときには、正の値をとりかつ前記角度偏差が大きいほど大きな値となる制御用角度偏差を生成し、前記角度偏差が−Aより小さいときには、負の値をとりかつ前記角度偏差が小さいほど小さな値となる制御用角度偏差を生成するように構成されている、請求項1に記載の油圧式パワーステアリング装置である。
According to a second aspect of the present invention, the control angle deviation generating means takes a zero value when the absolute value of the angle deviation between the rotation angle command value and the actual rotation angle is equal to or less than the predetermined value A. An angle deviation is generated, and when the angle deviation is larger than the predetermined value A, a control angle deviation which takes a positive value and becomes larger as the angle deviation is larger is generated, and the angle deviation is smaller than −A. 2. The hydraulic power steering apparatus according to
請求項3記載の発明は、前記フィードバック要素が、前記制御用角度偏差生成手段によって生成された制御用角度偏差に対して積分演算を行うことにより積分操作量を演算する積分要素(72)である、請求項1または2に記載の油圧式パワーステアリング装置である。
請求項4記載の発明は、前記フィードバック制御手段は、比例要素(71)、積分要素(72)および微分要素(73)を備えたPID制御手段(55)を含んでおり、前記比例要素、積分要素および微分要素のうちの少なくとも積分要素が、前記制御用角度偏差に基づいて操作量を演算するように構成されている、請求項1または2に記載の油圧式パワーステアリング装置である。
According to a third aspect of the present invention, the feedback element is an integration element (72) for calculating an integral operation amount by performing an integral calculation on the control angle deviation generated by the control angle deviation generator. 3. A hydraulic power steering apparatus according to
According to a fourth aspect of the present invention, the feedback control means includes PID control means (55) including a proportional element (71), an integral element (72), and a derivative element (73). 3. The hydraulic power steering apparatus according to
請求項5記載の発明は、前記フィードバック制御手段が、比例要素(71)および積分要素(72)を備えたPI制御手段を含んでおり、前記比例要素および積分要素のうちの少なくとも積分要素が、前記制御用角度偏差に基づいて操作量を演算するように構成されている、請求項1または2に記載の油圧式パワーステアリング装置である。
The invention according to
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る油圧式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。
油圧式パワーステアリング装置1は、車両のステアリング機構2に操舵補助力を与えるためのものである。ステアリング機構2は、車両の操向のために運転者によって操作される操舵部材としてのステアリングホイール3と、このステアリングホイール3に連結されたステアリングシャフト4と、ステアリングシャフト4の先端部に連結され、ピニオンギア6を持つピニオンシャフト5と、ピニオンギア6に噛合するラック7aを有し、車両の左右方向に延びた転舵軸としてのラック軸7とを備えている。
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 a hydraulic power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
The hydraulic
ラック軸7の両端にはタイロッド8がそれぞれ連結されており、このタイロッド8は、それぞれ、左右の転舵輪9,10を支持するナックルアーム11に連結されている。ナックルアーム11は、キングピン12まわりに回動可能に設けられている。
ステアリングホイール3が操作されてステアリングシャフト4が回転されると、この回転が、ピニオンギア6およびラック7aによって、ラック軸7の軸方向に沿う直線運動に変換される。この直線運動は、ナックルアーム11のキングピン12まわりの回転運動に変換され、これにより、左右の転舵輪9,10が転舵される。
When the
ステアリングシャフト4の周囲には、ステアリングシャフト4の回転角である操舵角を検出するための舵角センサ31が配置されている。この実施形態では、舵角センサ31は、ステアリングシャフト4の中立位置からのステアリングシャフト4の正逆両方向の回転量(回転角)を検出するものであり、中立位置から右方向への回転量を例えば正の値として出力し、中立位置から左方向への回転量を例えば負の値として出力する。ピニオンシャフト5には、操舵トルクThを検出するためのトルクセンサ32が設けられている。
A
油圧式パワーステアリング装置1は、油圧制御バルブ14、パワーシリンダ17および油圧ポンプ23を含んでいる。油圧制御バルブ14は、例えばロータリバルブであり、ロータハウジング(図示略)と作動油の流通方向を切り替えるためのロータ(図示略)とを備えている。油圧制御バルブ14のロータが電動モータ15(以下「バルブ駆動用モータ15」という)によって回転されることにより、油圧制御バルブ14の開度が制御される。バルブ駆動用モータ15は、例えば三相ブラシレスモータからなる。バルブ駆動用モータ15の近傍には、バルブ駆動用モータ15のロータの回転角(実回転角θv)を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ33が配置されている。
The hydraulic
油圧制御バルブ14は、ステアリング機構2に操舵補助力を与えるパワーシリンダ16に接続されている。パワーシリンダ16は、ステアリング機構2に結合されている。具体的には、パワーシリンダ16は、ラック軸7に一体に設けられたピストン17と、このピストン17によって区画された一対のシリンダ室18,19とを有しており、シリンダ室18,19は、それぞれ、対応する油路20,21を介して、油圧制御バルブ14に接続されている。
The
油圧制御バルブ14は、リザーバタンク22および操舵補助力発生用の油圧ポンプ23を通る油循環路24の途中部に介装されている。油圧ポンプ23は、例えば、ギヤポンプからなり、電動モータ25(以下、「ポンプ駆動用モータ25」という)によって駆動され、リザーバタンク22に貯留されている作動油をくみ出して油圧制御バルブ14に供給する。余剰分の作動油は、油圧制御バルブ14から油循環路24を介してリザーバタンク22に帰還される。
The
ポンプ駆動用モータ25は、一方向に回転駆動されて、油圧ポンプ23を駆動するものである。具体的には、ポンプ駆動用モータ25は、その出力軸が油圧ポンプ23の入力軸に連結されており、ポンプ駆動用モータ25の出力軸が回転することで、油圧ポンプ23の入力軸が回転して油圧ポンプ23の駆動が達成される。ポンプ駆動用モータ25は、例えば三相ブラシレスモータからなる。ポンプ駆動用モータ25の近傍には、ポンプ駆動用モータ25のロータの回転角を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ34が配置されている。
The
油圧制御バルブ14は、バルブ駆動用モータ15によって油圧制御バルブ14のロータが基準回転角度位置(中立位置)から一方の方向に回転された場合には、油路20,21のうちの一方を介してパワーシリンダ16のシリンダ室18,19のうちの一方に作動油を供給するとともに、他方の作動油をリザーバタンク22に戻す。また、バルブ駆動用モータ15によって油圧制御バルブ14のロータが中立位置から他方の方向に回転された場合には、油路20,21のうちの他方を介してシリンダ室18,19のうちの他方に作動油を供給するとともに、一方の作動油をリザーバタンク22に戻す。
When the rotor of the
油圧制御バルブ14のロータが中立位置にある場合には、油圧制御バルブ14は、いわば平衡状態となり、操舵中立でパワーシリンダ16の両シリンダ室18,19は等圧に維持され、作動油は油循環路24を循環する。バルブ駆動用モータ15によって油圧制御バルブ14のロータが回転されると、パワーシリンダ16のシリンダ室18,19のいずれかに作動油が供給され、ピストン17が車幅方向(車両の左右方向)に沿って移動する。これにより、ラック軸7に操舵補助力が作用することになる。
When the rotor of the
舵角センサ31によって検出される操舵角、トルクセンサ32によって検出される操舵トルクTh、回転角センサ33の出力信号、回転角センサ34の出力信号、車速センサ35によって検出される車速Sp、バルブ駆動用モータ15に流れる電流を検出するための電流センサ36の出力信号は、コンピュータにより構成される制御装置40にそれぞれ入力される。制御装置40は、駆動回路41を介してバルブ駆動用モータ15を制御するともに、駆動回路42を介してポンプ駆動用モータ25を制御する。
Steering angle detected by the
制御装置40は、バルブ駆動用モータ15の駆動回路41を制御するためのバルブ駆動用モータ制御部43と、ポンプ駆動用モータ25を制御するためのポンプ駆動用モータ制御部44とを含んでいる。バルブ駆動用モータ制御部43の動作の詳細については、後述する。
ポンプ駆動用モータ制御部44は、たとえば、次のようにして、ポンプ駆動用モータ25を制御する。すなわち、ポンプ駆動用モータ制御部44は、回転角センサ34の出力信号に基づいてポンプ駆動用モータ25の回転速度を演算する。また、ポンプ駆動用モータ制御部44は、舵角センサ41の出力値を時間微分することによって操舵角速度を演算する。次に、ポンプ駆動用モータ制御部44は、操舵角速度に基づいて、ポンプ駆動用モータ25の回転速度指令値を演算する。回転速度指令値は、操舵角速度が零のときに所定値に設定され、操舵角速度が大きいほど大きな値に設定される。そして、ポンプ駆動用モータ制御部44は、ポンプ駆動用モータ25の回転速度が回転速度指令値に等しくなるように、ポンプ駆動用モータ25の駆動回路42を制御する。なお、ポンプ駆動用モータ制御部44は、ポンプ駆動用モータ25の回転速度が予め定められた所定速度となるように駆動回路42を制御してもよい。
The
The pump drive
本実施形態におけるバルブ駆動用モータ制御部43について説明する前に、図5〜図8を参照して、本出願人が既に開発しているバルブ駆動用モータ制御装置について説明する。
図5は、本出願人が既に開発しているバルブ駆動用モータ制御装置100の制御ブロック図(参考図)である。なお、バルブ駆動用モータ制御部43以外の油圧式パワーステアリング装置の構成は、図1に示された構成と同じであるものとして、バルブ駆動用モータ制御装置100について説明する。
Before describing the valve drive
FIG. 5 is a control block diagram (reference diagram) of the valve drive
バルブ駆動用モータ制御装置100は、ソフトウエア処理によって実現される機能実現手段として、アシストトルク指令値設定部151と、バルブ開度指令値設定部152と、角度偏差演算部153と、PID(比例積分微分)制御部155と、電流偏差演算部156と、PI(比例積分)制御部157とを含んでいる。
アシストトルク指令値設定部151は、トルクセンサ32によって検出される検出操舵トルクThと車速センサ35によって検出される車速Spに基づいて、パワーシリンダ16によって発生させるべきアシストトルクの指令値であるアシストトルク指令値Ta*[N・m]を設定する。具体的には、アシストトルク指令値設定部151は、車速毎に検出操舵トルクとアシストトルク指令値との関係を記憶したマップに基づいて、アシストトルク指令値Ta*を設定する。図6は、検出操舵トルクThに対するアシストトルク指令値Ta*の設定例を示すグラフである。
The valve drive
The assist torque command
検出操舵トルクThは、例えば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左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、アシストトルク指令値Ta*は、パワーシリンダ16によって右方向操舵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、パワーシリンダ16によって左方向操舵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。
As for the detected steering torque Th, for example, a torque for steering in the right direction is a positive value, and a torque for steering in the left direction is a negative value. The assist torque command value Ta * is a positive value when assist torque for steering in the right direction is generated by the
アシストトルク指令値Ta*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−T1〜T1の範囲の微小な値のときには、アシストトルクは零とされる。そして、検出操舵トルクThが−T1〜T1の範囲以外の領域においては、アシストトルク指令値Ta*は、検出操舵トルクTh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。また、アシストトルク指令値Ta*は、車速センサ35によって検出される車速Spが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定されている。 The assist torque command value Ta * 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 -T1 to T1, the assist torque is set to zero. In the region where the detected steering torque Th is outside the range of -T1 to T1, the assist torque command value Ta * is set such that the absolute value thereof increases as the absolute value of the detected steering torque Th increases. . The assist torque command value Ta * is set such that the absolute value thereof decreases as the vehicle speed Sp detected by the vehicle speed sensor 35 increases.
バルブ開度指令値設定部152は、アシストトルク指令値設定部151によって設定されたアシストトルク指令値Ta*に基づいて、油圧制御バルブ14の開度の目標値(バルブ駆動用モータ15の回転角の目標値)であるバルブ開度指令値(回転角指令値)θv*[deg]を設定する。この例では、油圧制御バルブ14のロータが中立位置にあるときのバルブ駆動用モータ15の回転角を0°とする。油圧制御バルブ14のロータの回転角度範囲は、中立位置を中心として、機械角で±3[deg]程度である。
Based on the assist torque command value Ta * set by the assist torque command
バルブ駆動用モータ15の回転角が0°より大きくなると、パワーシリンダ16によって右方向操舵のためのアシストトルクが発生するように、油圧制御バルブ14の開度が制御されるものとする。一方、バルブ駆動用モータ15の回転角が0°より小さくなると、パワーシリンダ16によって左方向操舵のためのアシストトルクが発生するように、油圧制御バルブ14の開度が制御されるものとする。なお、バルブ駆動用モータ15の回転角度の絶対値が大きくなるほど、パワーシリンダ16によって発生するアシストトルクの絶対値は大きくなる。
It is assumed that the opening degree of the
バルブ開度指令値設定部152は、アシストトルク指令値Ta*とバルブ開度指令値θv*との関係を記憶したマップに基づいて、バルブ開度指令値θv*を設定する。図7は、アシストトルク指令値Ta*に対するバルブ開度指令値θv*の設定例を示すグラフである。バルブ開度指令値θv*は、アシストトルク指令値Ta*の正の値に対しては正の値をとり、アシストトルク指令値Ta*の負の値に対しては負の値をとる。バルブ開度指令値θv*は、アシストトルク指令値Ta*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。
Valve opening command
角度偏差演算部153は、バルブ開度指令値設定部152によって設定されたバルブ開度指令値θv*と回転角センサ33によって検出されたバルブ駆動用モータ15の回転角(実回転角)θvとの偏差Δθv(=θv*−θv)を演算する。
PID制御部155は、角度偏差演算部153によって演算された角度偏差Δθvに対してPID演算(比例積分微分演算)を行なう。すなわち、角度偏差演算部153およびPID制御部155によって、バルブ駆動用モータ15の回転角θvをバルブ開度指令値θv*に導くための回転角フィードバック制御手段が構成されている。PID制御部155は、角度偏差Δθvに対してPID演算を行なうことで、バルブ駆動用モータ15の電流指令値I*[A]を演算する。
The angle
The
電流偏差演算部156は、PID制御部155によって求められた電流指令値I*と、電流センサ36によって検出されるモータ電流(実電流)I[A]との偏差ΔI(=I*−I)を演算する。PI制御部157は、電流偏差演算部156によって演算された電流偏差ΔI(=I*−I)に対してPI演算(比例積分演算)を行なう。すなわち、電流偏差演算部156およびPI制御部157によって、バルブ駆動用モータ15に流れるモータ電流Iを電流指令値I*に導くための電流フィードバック制御手段が構成されている。PI制御部157は、電流偏差ΔIに対してPI演算を行なうことで、バルブ駆動用モータ15に印加すべき電圧指令値V*[V]を演算する。
The current
図5では、バルブ駆動用モータ15は、数学モデルであるモータモデルとして記述されている。モータモデルは、1/(L・s+R)と表すことができる。Rは電機子巻線抵抗[Ω]、Lは電機子巻線インダクタンス[H]、sは微分演算子(ラプラス演算子)である。バルブ駆動用モータ15には、PI制御部157によって演算された電圧指令値V*と誘起電圧E[V]との偏差が印加されると考えられる。これにより、バルブ駆動用モータ15にモータ電流I(実電流)[A]が流れる。このモータ電流Iが、電流センサ36によって検出されて、電流偏差演算部156にフィードバックされる。
In FIG. 5, the
モータ電流Iにバルブ駆動用モータ15のトルク定数Kt[N・m/A]を乗じた値がモータトルクTm[N・m]となる。このモータトルクTmから油圧制御バルブ14の駆動に要する負荷トルクTL[N・m]を減じた値が、油圧制御バルブ14に与えられるトルクTv[N・m]となる。トルクTvに1/(J・s)を乗じた値がモータ回転速度ω[rad/s]となる。Jは、モータイナーシャ[kg・m2]、sは微分演算子(ラプラス演算子)である。モータ回転速度ωに、バルブ駆動用モータ15の逆起電圧定数Ke[V・s/rad]を乗じた値が誘起電圧E[V]となる。
A value obtained by multiplying the motor current I by the torque constant Kt [N · m / A] of the
また、モータ回転速度ωに1/sを乗じた値がバルブ駆動用モータ15の回転角となる。1/sは積分演算子である。回転角センサ33は、バルブ駆動用モータ15の実回転角[deg]を検出する。回転角センサ33によって検出された実回転角θvが、角度偏差演算部153にフィードバックされる。
このようにして、油圧制御バルブ14の開度θvがバルブ開度指令値θv*と等しくなるように、バルブ駆動用モータ15がフィードバック制御される。
Further, a value obtained by multiplying the motor rotation speed ω by 1 / s becomes the rotation angle of the
In this way, the
図5に示すようなバルブ駆動用モータ制御装置100では、保舵状態時において、図8に示すように、電流指令値I*および実電流Iが大きく変動するおそれがあることが判明した。
図8は、図5に示すバルブ駆動用モータ制御装置100における保舵状態時の電流指令値等の時間的変化を示すグラフ(比較例)である。具体的には、図8は、保舵状態時の油圧制御バルブ14の内部圧力P、バルブ開度指令値θv*、実回転角θv、電流指令値I*および実電流Iの時間的変化(計測値)を示している。ただし、電流指令値I*と実電流Iとは重なっている部分が多いため、図8ではこれらを区別することなく描いている。同様に、バルブ開度指令値θv*と実回転角θvとは重なっている部分が多いため、図8においては、これらを区別することなく描いている。図8から、150[s]に対応する時点から電流指令値I*および実電流Iが増加する方向に大きく変動していることがわかる。
In the valve drive
FIG. 8 is a graph (comparative example) showing temporal changes in the current command value and the like in the steering holding state in the valve drive
バルブ開度指令値θv*と実回転角θvとの角度偏差がほぼ零である保舵状態時に電流指令値I*が大きく変動する理由としては、次のようなことが考えられる。すなわち、保舵状態時には、電流指令値I*は、油圧制御バルブ14のロータに作用する摩擦トルクに相当する電流値以下の値に収束する。保舵状態時において、実回転角θvの検出ノイズ等によってバルブ開度指令値θv*と実回転角θvとの間に微小な角度偏差Δθvが生じると、フィードバック制御の作用により、角度偏差Δθvを零にする方向に電流指令値I*が変化する。このときに、油圧制御バルブ14の内部圧力変動等の要因により前記ロータに作用する摩擦成分が増加する方向に変動していると、油圧制御バルブ14のロータは摩擦によって静止しているにもかかわらず、摩擦成分の増加につれて電流指令値I*の絶対値が増加する方向に大きく変動する。
The reason why the current command value I * fluctuates greatly during the steering state where the angle deviation between the valve opening command value θv * and the actual rotation angle θv is almost zero is considered as follows. That is, in the steering holding state, the current command value I * converges to a value equal to or less than the current value corresponding to the friction torque acting on the rotor of the
つまり、保舵状態時において、前記摩擦成分が増加する方向に変動している場合には、実回転角θvの検出ノイズ等による微小な角度偏差をきっかけとして、角度偏差Δθvが変化して電流指令値I*が変化するといった動作が繰り返されて、電流指令値I*が変動すると考えられる。このような動作は、PID制御部155に含まれている比例要素、積分要素および微分要素のうち、角度偏差Δθvの累積値を操作量として発生する積分要素の影響が大きいと考えられる。実回転角θvの変化がなく、摩擦成分のみが変動した場合には、本来的にはモータ電流を大きくする必要はない。したがって、摩擦成分の変動に起因して発生すると考えられる前記モータ電流の変動は、余分な電力消費の発生原因となる。
In other words, when the friction component changes in the direction of increasing in the steering holding state, the angle deviation Δθv changes due to the minute angle deviation due to the detection noise of the actual rotation angle θv and the like, and the current command and operation is repeated such value I * is changed, it is considered that the current command value I * changes. Such an operation is considered to be largely influenced by an integral element that is generated by using a cumulative value of the angle deviation Δθv as an operation amount among the proportional element, the integral element, and the derivative element included in the
以下、図1の制御装置40内のバルブ駆動用モータ制御部43について詳しく説明する。
図2は、バルブ駆動用モータ制御部43の制御ブロック図である。図2に示すバルブ駆動用モータ制御部43は、油圧制御バルブ14のロータに作用する摩擦成分の変動に起因して発生すると考えられるモータ電流変動を抑制するために開発されたものである。
Hereinafter, the valve drive
FIG. 2 is a control block diagram of the valve drive
バルブ駆動用モータ制御部43は、ソフトウエア処理によって実現される機能実現手段として、アシストトルク指令値設定部51と、バルブ開度指令値設定部52と、角度偏差演算部53と、角度偏差変換部54と、PID(比例積分微分)制御部55と、電流偏差演算部56と、PI(比例積分)制御部57とを含んでいる。
アシストトルク指令値設定部51、バルブ開度指令値設定部52、角度偏差演算部53、電流偏差演算部56およびPI制御部57の動作は、それぞれ、図5のアシストトルク指令値設定部151、バルブ開度指令値設定部152、角度偏差演算部153、電流偏差演算部156およびPI制御部157の動作と同様である。このバルブ駆動用モータ制御部43では、角度偏差変換部54が設けられている点で、図5のバルブ駆動用モータ制御装置100と異なっている。
The valve drive
The operations of the assist torque command
アシストトルク指令値設定部51は、トルクセンサ32によって検出される検出操舵トルクThと車速センサ35によって検出される車速Spに基づいて、パワーシリンダ16によって発生させるべきアシストトルクの指令値であるアシストトルク指令値Ta*[N・m]を設定する。アシストトルク指令値設定部51の動作は、図5のアシストトルク指令値設定部151と同様なので、その詳細な説明を省略する。
The assist torque command
バルブ開度指令値設定部52は、アシストトルク指令値設定部51によって設定されたアシストトルク指令値Ta*に基づいて、油圧制御バルブ14の開度の指令値であるバルブ開度指令値(回転角指令値)θv*[deg]を設定する。バルブ開度指令値設定部52の動作は、図5のバルブ開度指令値設定部152と同様なので、その詳細な説明を省略する。
The valve opening command
角度偏差演算部53は、バルブ開度指令値設定部52によって設定されたバルブ開度指令値θv*と回転角センサ33によって検出されたバルブ駆動用モータ15の実回転角θvとの偏差Δθv(=θv*−θv)を演算する。
角度偏差変換部54は、角度偏差演算部53によって演算された角度偏差Δθvを、角度偏差Δθvの絶対値が所定値以下のときに零となる不感帯を有する制御用角度偏差Δθv’に変換する。図3は、予め設定された角度偏差Δθvと制御用角度偏差Δθv’との関係を示すグラフである。角度偏差Δθvの絶対値が、所定値A(A>0)以下の領域には、制御用角度偏差Δθv’が零となる不感帯が設定されている。所定値Aは、たとえば、機械角で0.05[deg]に設定されている。角度偏差ΔθvがAより大きい領域では、制御用角度偏差Δθv’は正の値をとり、角度偏差Δθvが大きくなるほど大きくなるように設定されている。角度偏差Δθvが−Aより小さい領域では、制御用角度偏差Δθv’は負の値をとり、角度偏差Δθvが小さくなるほど小さくなるように設定されている。
The angle
The
角度偏差変換部54は、図3に示されているような、予め設定された角度偏差Δθvと制御用角度偏差Δθv’との関係に基づいて、角度偏差Δθvを制御用角度偏差Δθv’に変換する。角度偏差演算部53と角度偏差変換部54とによって、回転角指令値θv*および実回転角θvに基づいて制御用角度偏差Δθv’を生成するための制御用角度偏差生成手段が構成されている。
The
PID制御部55は、比例要素71と、積分要素72と、微分要素73と、第1加算器74と、第2加算器75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/Zは入力信号を1演算周期遅延させて出力するための遅延素子の伝達関数、Kdは微分ゲイン、LPFはローパスフィルタである。
この実施形態では、比例要素71および微分要素73には、角度偏差演算部53によって演算された角度偏差Δθvがそのまま与えられる。一方、積分要素72には、角度偏差変換部54によって演算された制御用角度偏差Δθv’が与えられる。
The
In this embodiment, the
比例要素71は、角度偏差演算部53によって演算された角度偏差Δθvに対して比例演算を行うことによって、比例動作の操作量(比例項。以下、「比例操作量」という。)を演算する。具体的には、比例要素71は、角度偏差Δθvに比例ゲインKpを乗ずることによって、比例操作量を演算する。
積分要素72は、角度偏差変換部54によって演算された制御用角度偏差Δθv’ に対して積分演算を行うことによって、積分動作の操作量(積分項。以下、「積分操作量」という。)を演算する。具体的には、積分要素72は、角度偏差変換部54によって演算された制御用角度偏差Δθv’に積分ゲインKiを乗じた値に、前回の積分操作量を加算することにより、今回の積分操作量を求める。
The
The
比例要素71によって演算された比例操作量と積分要素72によって演算された積分操作量とは、第1加算器74に与えられる。第1加算器74は、比例操作量と積分操作量とを加算する。第1加算器74の加算結果は、第2加算器75に与えられる。
微分要素73は、角度偏差演算部53によって演算された角度偏差Δθvに対して微分演算を行うことによって、微分動作の操作量(微分項。以下、「微分操作量」という。)を演算する。具体的には、微分要素73は、第1のLPF73aと、減算器73bと、第2のLPF73cと、乗算器73dとを含む。第1のLPF73aは、角度偏差演算部53によって演算された角度偏差Δθvの低周波数成分を抽出する。減算器73bは、角度偏差演算部53によって演算された角度偏差Δθvから、第1のLPF73aによって抽出された低周波数成分を除去する。これにより、角度偏差Δθvの高周波数成分が抽出される。つまり、角度偏差Δθvの微分値(角度偏差微分値)が演算される。第2のLPF73cは、角度偏差微分値の高周波成分を除去する。乗算器73dは、高周波成分が除去された後の角度偏差微分値に微分ゲインKdを乗じることにより、微分操作量を演算する。微分要素73によって演算された微分操作量は、第2加算器75に与えられる。
The proportional manipulated variable calculated by the
The
第2加算器75は、第1加算器74の加算結果(比例操作量と積分操作量と和)に、微分要素73によって演算された微分操作量を加算することにより、電流指令値I*を演算する。
角度偏差演算部53、角度偏差変換部54およびPID制御部55によって、バルブ駆動用モータ15の実回転角θvを、バルブ開度指令値θv*に導くための回転角フィードバック制御手段が構成されている。
The
The angle
電流偏差演算部56は、PID制御部55によって求められた電流指令値I*と、電流センサ36によって検出されるモータ電流(実電流)Iとの偏差ΔI(=I*−I)を演算する。PI制御部57は、電流偏差演算部56によって演算された電流偏差ΔIに対してPI演算を行なう。すなわち、電流偏差演算部56およびPI制御部57によって、バルブ駆動用モータ15に流れるモータ電流を電流指令値に導くための電流フィードバック制御手段が構成されている。PI制御部57は、電流偏差に対してPI演算を行なうことで、バルブ駆動用モータ15に印加すべき電圧指令値V*[V]を演算する。
The current
バルブ駆動用モータ15は、数学モデルであるモータモデル(1/(L・s+R))として記述されている。バルブ駆動用モータ15には、PI制御部57によって演算された電圧指令値V*[V]と誘起電圧E[V]との偏差が印加されると考えられる。これにより、バルブ駆動用モータ15にモータ電流I[I]が流れる。このモータ電流Iが、電流センサ36によって検出されて、電流偏差演算部56にフィードバックされる。
The
モータ電流Iにバルブ駆動用モータ15のトルク定数Kt[N・m/A]を乗じた値がモータトルク[N・m]となる。このモータトルクTmから油圧制御バルブ14の駆動に要する負荷トルクTL[N・m]を減じた値が、油圧制御バルブ14に与えられるトルクTv[N・m]となる。トルクTvに1/(J・s)を乗じた値がモータ回転速度ω[rad/s]となる。モータ回転速度ωに、バルブ駆動用モータ15の逆起電圧定数Ke[V・s/rad]を乗じた値が誘起電圧E[V]となる。
A value obtained by multiplying the motor current I by the torque constant Kt [N · m / A] of the
また、モータ回転速度ωに1/sを乗じた値がバルブ駆動用モータ15の回転角となる。回転角センサ33は、バルブ駆動用モータ15の実回転角[deg]を検出する。回転角センサ33によって検出された実回転角が、角度偏差演算部103にフィードバックされる。
このようにして、油圧制御バルブ14の開度θvがバルブ開度指令値θv*と等しくなるように、バルブ駆動用モータ15がフィードバック制御される。
Further, a value obtained by multiplying the motor rotation speed ω by 1 / s becomes the rotation angle of the
In this way, the
前記実施形態では、積分要素72は、角度偏差Δθvに対して積分演算を行うのではなく、制御用角度偏差Δθv’に対して積分演算を行うことによって、積分操作量を演算している。制御用角度偏差Δθv’は、角度偏差Δθvの絶対値が所定値A以下のときに零となる不感帯を有している。したがって、保舵状態時において、実回転角θvの検出ノイズ等によって微小な角度偏差Δθvが生じたとしても、制御用角度偏差Δθv’は零の値を維持するから、積分操作量の絶対値が増加するのを抑制または防止できる。これにより、保舵状態時において、油圧制御バルブ14のロータが摩擦によって静止しているにもかかわらず、電流指令値I*が変動するのを抑制または防止できる。これにより、保舵状態時に余分な電力消費が発生するのを抑制することができる。
In the embodiment, the
図4は、図2に示すバルブ駆動用モータ制御装置43における保舵状態時の電流指令値等の時間的変化を示すグラフである。具体的には、図4は、保舵状態時の油圧制御バルブ14の内部圧力P、バルブ開度指令値θv*、実回転角θv、電流指令値I*および実電流Iの時間的変化(計測値)を示している。ただし、電流指令値I*と実電流Iとは重なっている部分が多いため、図4ではこれらを区別することなく描いている。同様に、バルブ開度指令値θv*と実回転角θvとは重なっている部分が多いため、図4においては、これらを区別することなく描いている。 図4から、本実施形態におけるバルブ駆動用モータ制御装置43では、保舵状態時の電流指令値I*の変動が小さいことがわかる。
FIG. 4 is a graph showing temporal changes in the current command value and the like in the steering holding state in the valve drive
以上、この発明の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。例えば、図2のバルブ駆動用モータ制御部43では、積分要素72は制御用角度偏差Δθv’に対して積分演算を行うことによって積分操作量を演算しているのに対し、比例要素71は角度偏差演算部53によって演算された角度偏差Δθvに対して比例演算を行うことにより比例操作量を演算している。また、微分要素73は、角度偏差演算部53によって演算された角度偏差Δθvに対して微分演算を行うことにより微分操作量を演算している。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the valve drive
しかし、比例要素71は、制御用角度偏差Δθv’に対して比例演算を行うことによって比例操作量を演算するものであってもよい。この場合、比例要素71には、角度偏差変換部54によって演算された制御用角度偏差Δθv’が入力される。同様に、微分要素73は、制御用角度偏差Δθv’に対して微分演算を行うことによって微分操作量を演算するものであってもよい。この場合、微分要素73には、角度偏差変換部54によって演算された制御用角度偏差Δθv’が入力される。
However, the
また、前記実施形態では、回転角フィードバック制御手段は、PID制御を行うためのPID制御部55を含んでいるが、PID制御部55の代わりにPI制御を行うためのPI制御部を用いてもよい。この場合、PID制御部55内の微分要素73および第2加算器75が省略される。この場合においても、積分要素72としては、制御用角度偏差Δθv’に対して積分演算を行うことによって積分操作量を演算するものが用いられる。比例要素71は、角度偏差演算部53によって演算された角度偏差Δθvに対して比例演算を行うことにより比例操作量を演算するものであってもよいし、制御用角度偏差Δθv’に対して比例演算を行うことによって比例操作量を演算するものであってもよい。
In the above embodiment, the rotation angle feedback control means includes the
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…油圧式パワーステアリング装置、2…ステアリング機構、3…ステアリングホイール、14…油圧制御バルブ、15…バルブ駆動用モータ、16…パワーシリンダ、23…油圧ポンプ、25…ポンプ駆動用モータ、33…回転角センサ、36…電流センサ、51…アシストトルク指令値設定部、52…バルブ開度指令値設定部、53…角度偏差演算部、54…角度偏差変化部、55…PID(比例積分微分)制御部、56…電流偏差演算部、57…PI(比例積分)制御部、71…比例要素、72…積分要素、73…微分要素、74,75…加算器
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記油圧制御バルブの開度を制御するための電動モータと、
前記電動モータの回転角の目標値である回転角指令値を設定する回転角指令値設定手段と、
前記電動モータの実回転角を検出する回転角検出手段と、
前記回転角検出手段によって検出された実回転角が、前記回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値に等しくなるように、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を含み、
前記フィードバック制御手段は、
前記回転角指令値設定手段によって設定された回転角指令値と前記回転角検出手段によって検出された実回転角とに基づいて、前記回転角指令値と前記実回転角との角度偏差の絶対値が所定値A(A>0)以下のときに零となる不感帯を有する制御用角度偏差を生成する制御用角度偏差生成手段と、
前記制御用角度偏差生成手段によって生成された制御用角度偏差に基づいて操作量を演算するフィードバック要素とを含む、油圧式パワーステアリング装置。 Hydraulic power that generates steering assist force by supplying hydraulic oil from a hydraulic pump to a power cylinder coupled to a steering mechanism of a vehicle via a hydraulic control valve that is not mechanically connected to a steering member. A steering device,
An electric motor for controlling the opening of the hydraulic control valve;
A rotation angle command value setting means for setting a rotation angle command value which is a target value of the rotation angle of the electric motor;
Rotation angle detecting means for detecting an actual rotation angle of the electric motor;
Feedback control means for feedback-controlling the electric motor so that the actual rotation angle detected by the rotation angle detection means is equal to the rotation angle command value set by the rotation angle command value setting means,
The feedback control means includes
Based on the rotation angle command value set by the rotation angle command value setting means and the actual rotation angle detected by the rotation angle detection means, the absolute value of the angle deviation between the rotation angle command value and the actual rotation angle. Control angle deviation generating means for generating a control angle deviation having a dead zone that becomes zero when A is less than or equal to a predetermined value A (A>0);
And a feedback element that calculates an operation amount based on the control angle deviation generated by the control angle deviation generation means.
前記回転角指令値と前記実回転角との角度偏差の絶対値が前記所定値A以下のときには、零の値をとる制御用角度偏差を生成し、前記角度偏差が前記所定値Aより大きいときには、正の値をとりかつ前記角度偏差が大きいほど大きな値となる制御用角度偏差を生成し、前記角度偏差が−Aより小さいときには、負の値をとりかつ前記角度偏差が小さいほど小さな値となる制御用角度偏差を生成するように構成されている、請求項1に記載の油圧式パワーステアリング装置。 The control angle deviation generating means includes:
When the absolute value of the angle deviation between the rotation angle command value and the actual rotation angle is less than or equal to the predetermined value A, a control angle deviation that takes a zero value is generated, and when the angle deviation is greater than the predetermined value A A control angle deviation that takes a positive value and becomes larger as the angle deviation is larger is generated. When the angle deviation is smaller than −A, a negative value is taken and a smaller value is obtained as the angle deviation is smaller. The hydraulic power steering apparatus according to claim 1, wherein the hydraulic power steering apparatus is configured to generate an angular deviation for control.
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JPH01247281A (en) * | 1988-03-28 | 1989-10-03 | Honda Motor Co Ltd | Steering control device of four-wheel steering car |
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