JP2017171057A - Electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、電流指令値によってモータを駆動し、車両の操舵系にアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に粘弾性モデルを規範モデルとし、ラックエンド近傍で電流指令値を絞ることによりアシストトルクを減少させ、端当て時の勢いを減衰して衝撃エネルギーを低くし、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制し、操舵フィーリングを向上した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 that calculates a current command value based on at least a steering torque, drives a motor based on the current command value, and applies an assist force to a steering system of a vehicle. As a reference model, the assist torque is reduced by narrowing the current command value near the rack end, the momentum at the time of end contact is attenuated, impact energy is lowered, damage to the torque and thrust transmission mechanism is suppressed, and steering feeling The present invention relates to an electric power steering apparatus with improved performance.
車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置(EPS)は、モータの駆動力で減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸にアシスト力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシスト力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデューティの調整で行っている。 An electric power steering device (EPS) that applies an assist force to a vehicle steering system by a rotational force of a motor assists a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a reduction gear by a driving force of the motor. It is designed to give power. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque. In feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the current command value and the motor current detection value becomes small. In general, the adjustment of the motor applied voltage is performed by the duty of PWM (pulse width modulation) control. It is done by adjustment.
電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、ハンドル1の操舵トルクを検出するトルクセンサ10が設けられており、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット(ECU)30には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクThと車速センサ12で検出された車速Velとに基づいて、アシストマップを用いてアシスト指令の電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御値Vrefによってモータ20に供給する電流を制御する。
The general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 1. A column shaft (steering shaft, handle shaft) 2 of a
コントロールユニット30には、車両の各種情報を授受するCAN(Controller Area Network)40が接続されており、車速VelはCAN40から受信することも可能である。また、コントロールユニット30には、CAN40以外の通信、アナログ/ディジタル信号、電波等を授受する非CAN41も接続可能である。
The
このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット30は主としてCPU(MPUやMCUを含む)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、例えば図2に示されるような構成となっている。
In such an electric power steering apparatus, the
図2を参照してコントロールユニット30の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ10からの操舵トルクTh及び車速センサ12からの車速Velは電流指令値を演算するトルク制御部31に入力され、演算された電流指令値Iref1は減算部32Bに入力され、モータ電流検出値Imと減算される。減算部32Bでの減算結果である偏差I(=Iref1−Im)はPI制御等の電流制御部35で制御され、電流制御された電圧制御値VrefがPWM制御部36に入力されてデューティを演算され、PWM信号でインバータ37を介してモータ20をPWM駆動する。モータ20のモータ電流値Imはモータ電流検出器38で検出され、減算部32Bに入力されてフィードバックされる。モータ20にはレゾルバ等の回転角センサ21が連結されており、回転角θが検出されて出力される。
The function and operation of the
このような電動パワーステアリング装置では、操舵系の最大舵角(ラックエンド)の近傍で大きなアシストトルクがモータにより付加されると、操舵系が最大舵角に至った時点で大きな衝撃が生じ、トルク及び推力伝達機構に過大な負荷がかかり、耐久性を劣化させる可能性がある。 In such an electric power steering device, when a large assist torque is applied by the motor in the vicinity of the maximum steering angle (rack end) of the steering system, a large impact occurs when the steering system reaches the maximum steering angle, and the torque In addition, an excessive load is applied to the thrust transmission mechanism, which may deteriorate durability.
そのため、特公平6−4417号公報(特許文献1)には、操舵系の操舵角が最大操舵角より所定値手前になったことを判定する操舵角判定手段を備えると共に、操舵角が最大操舵角より所定値手前になったときにモータへ供給する電力を減少させて、アシストトルクを減少させる補正手段を備えた電動式パワーステアリング装置が開示されている。 Therefore, Japanese Patent Publication No. 6-4417 (Patent Document 1) includes steering angle determination means for determining that the steering angle of the steering system is a predetermined value before the maximum steering angle, and the steering angle is maximum steering. There has been disclosed an electric power steering apparatus provided with a correction means for reducing the assist torque by reducing the electric power supplied to the motor when the angle is a predetermined value before the angle.
また、特許第4115156号公報(特許文献2)には、調節機構が端位置に近づいているかどうかを決定し、調節機構が端位置に近づいていることがわかった場合、ステアリング補助を減少するように駆動手段を制御し、調節機構が端位置に近付く速度を決定するため、位置センサによって決定された調節速度が評価される電動パワーステアリング装置が示されている。 Japanese Patent No. 4115156 (Patent Document 2) determines whether or not the adjusting mechanism is approaching the end position, and if it is found that the adjusting mechanism is approaching the end position, the steering assist is reduced. An electric power steering device is shown in which the adjustment speed determined by the position sensor is evaluated in order to control the drive means and determine the speed at which the adjustment mechanism approaches the end position.
しかしながら、特許文献1に開示された電動式パワーステアリング装置では、操舵角が最大操舵角より所定値手前になったことで電力を減少させており、操舵速度等を全く考慮していないので、微細な電流低減制御ができない。また、モータのアシストトルクを減少させる特性が全く示されておらず、具体的な構成となっていない。
However, in the electric power steering apparatus disclosed in
また、特許文献2に開示された電動パワーステアリング装置では、アシスト量が終端に向かうに従って減少していくが、終端に近づく速度に応じてアシスト量低減の速さを調整し、終端での速度を十分に落とすようにしている。しかし、特許文献2では、速度に応じて低減する特性を変化させることのみを示しており、物理的なモデルには基づいていない。また、フィードバック制御していないため、路面状況(負荷状態)によっては特性或いは結果が変化する恐れがある。
Moreover, in the electric power steering device disclosed in
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、物理モデルに基づいた制御系を構成し、規範モデルに制御対象の出力(ラックエンドまでの距離)が追従するようなモデルフォローイング制御を構成し、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制する電動パワーステアリング装置を提供することにある。さらに、ラックエンド手前で保舵状態を継続した場合に発生する可能性があるECUやモータの過熱を防止する。 The present invention has been made under the circumstances described above, and an object of the present invention is to configure a control system based on a physical model so that the output of the control target (distance to the rack end) follows the reference model. It is an object of the present invention to provide an electric power steering device that constitutes simple model following control and suppresses breakage of a torque and thrust transmission mechanism. Furthermore, the ECU and the motor, which may occur when the rudder state is continued before the rack end, are prevented.
本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、ラックエンド手前の所定角度の範囲内で粘弾性モデルを規範モデルとしたモデルフォローイング制御の構成とし、過熱防止のために前記粘弾性モデルへの入力又は出力にオフセットを与え、ラックエンド端当てを防止することにより達成される。 The present invention relates to an electric power steering apparatus that calculates a current command value based on at least a steering torque and drives a motor based on the current command value to assist control the steering system. The model following control is based on the viscoelastic model as a reference model within a predetermined angle range before the rack end, and an offset is given to the input or output to the viscoelastic model to prevent overheating. This is achieved by preventing.
また、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値1を演算し、前記電流指令値1に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記電流指令値1をラック軸力若しくはコラム軸トルク1に変換する第1の変換部と、前記モータの回転角から判定用ラック位置に変換するラック位置変換部と、前記判定用ラック位置に基づいてラックエンドに接近したことを判定し、ラック変位及び切替信号を出力するラックエンド接近判定部と、前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1、前記ラック変位及び前記切替信号に基づいて、粘弾性モデルを規範モデルとしたラック軸力若しくはコラム軸トルク2を生成する粘弾性モデル追従制御部と、前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク2を電流指令値2に変換する第2の変換部と、前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1又は前記粘弾性モデル追従制御部の粘弾性モデルの出力から減算するオフセットを車両状態情報に基づいて演算する過熱保護制御部とを具備し、前記電流指令値2を前記電流指令値1に加算した電流指令値3に基づいて前記アシスト制御を行い、ラックエンド端当てを防止することにより達成される。
In addition, the present invention relates to an electric power steering apparatus that calculates a
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、物理モデルに基づいた制御系を構成しているので、定数設計に見通しが立て易くなり、規範モデルに制御対象の出力(ラックエンドまでの距離)が追従するようなモデルフォローイング制御を構成しているので、負荷状態(外乱)や制御対象の変動にロバスト(頑健)なトルク及び推力伝達機構の保護が可能となる利点がある。 According to the electric power steering apparatus of the present invention, since the control system based on the physical model is configured, it is easy to make a constant design perspective, and the output of the control target (distance to the rack end) follows the reference model. Therefore, there is an advantage that it is possible to protect the torque and the thrust transmission mechanism that are robust against the load state (disturbance) and the fluctuation of the control target.
また、粘弾性モデルへの入力又は出力にオフセットを与えているので、モータに流れる電流を小さくすることができ、ECUやモータの過熱を防ぐことができる。 Further, since an offset is given to the input or output to the viscoelastic model, the current flowing through the motor can be reduced, and overheating of the ECU and the motor can be prevented.
本発明は、ラックエンド近傍の物理モデルに基づいた制御系を構成し、粘弾性モデル(バネ定数、粘性摩擦係数)を規範モデルとし、その規範モデルに制御対象の出力(ラックエンドまでの距離)が追従するようなモデルフォローイング制御を構成し、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制する電動パワーステアリング装置である。 The present invention constitutes a control system based on a physical model in the vicinity of the rack end, uses a viscoelastic model (spring constant, viscous friction coefficient) as a reference model, and outputs the control target (distance to the rack end) to the reference model. This is an electric power steering device that constitutes model following control that follows and suppresses damage to the torque and thrust transmission mechanism.
モデルフォローイング制御は粘弾性モデル追従制御部で構成し、粘弾性モデル追従制御部をフィードバック制御部又はフィードフォワード制御部及びフィードバック制御部で構成し、ラックエンド手前の所定角度外では通常のアシスト制御を行い、ラックエンド手前の所定角度内でモデルフォローイング制御を行い、ラックエンドに当たることを防止する。 Model following control is composed of a viscoelastic model following control unit, and the viscoelastic model following control unit is composed of a feedback control unit or a feedforward control unit and a feedback control unit, and normal assist control outside a predetermined angle before the rack end. The model following control is performed within a predetermined angle in front of the rack end to prevent it from hitting the rack end.
また、粘弾性モデル追従制御部での粘弾性モデルの入力又は出力にオフセットを与えることにより、モータ電流を小さくし、ラックエンド手前で保舵状態を継続した場合に発生する可能性があるECUやモータの過熱を防止する。具体的には、粘弾性モデル追従制御部に入力されるラック軸力若しくはコラム軸トルク、又は粘弾性モデルから出力される目標ラック変位(目標舵角)からオフセットを減算する。これにより、粘弾性モデル追従制御部から出力されるラック軸力若しくはコラム軸トルクが抑制され、その抑制が電流指令値にフィードバックされ、モータ電流が小さくなる。オフセットは過熱保護制御部で演算される。過熱保護制御部は、ラックエンド手前の所定角度内において、車両状態情報である電流指令値、操舵トルク、モータ回転数若しくはラック変位速度等に基づいて保舵状態で大きいモータ電流が流れていることを判定(以下、この判定に使用する条件を「オフセット算出条件」とする)し、その状態が継続したらオフセットを算出する。そして、オフセットの値を徐々に大きくすることにより、断続的にモータ電流を小さくするが、保舵状態判定の条件の一部が不成立となったら、オフセットの値を大きくすることを中断し、ラックエンド手前の所定角度外となったら、オフセットをゼロにリセットし、オフセットを与えないようにする。また、オフセットに上限値を設定することにより、モータ電流が過度に小さくならないようにする。オフセットの上限値の代わりに電流指令値の下限値を設定し、電流指令値が下限値となったときのオフセットの値を上限オフセットとして記憶し、電流指令値が下限値未満の間はオフセットの値は上限オフセットのままとすることにより、モータ電流が過度に小さくならないようにしても良い。 Also, by giving an offset to the input or output of the viscoelastic model in the viscoelastic model following control unit, the motor current can be reduced, and an ECU that may occur when the steering state is maintained before the rack end Prevent motor overheating. Specifically, the offset is subtracted from the rack axial force or column shaft torque input to the viscoelastic model follow-up control unit, or the target rack displacement (target steering angle) output from the viscoelastic model. Thereby, the rack axial force or column shaft torque output from the viscoelastic model follow-up control unit is suppressed, and the suppression is fed back to the current command value, and the motor current is reduced. The offset is calculated by the overheat protection control unit. The overheat protection control unit has a large motor current flowing in the steered state based on the current command value, the steering torque, the motor rotation speed, the rack displacement speed, etc., which are vehicle state information, within a predetermined angle before the rack end. (Hereinafter, a condition used for this determination is referred to as an “offset calculation condition”), and if the state continues, an offset is calculated. And by gradually increasing the offset value, the motor current is intermittently reduced. However, if part of the conditions for determining the steered state is not satisfied, the increase in the offset value is interrupted, and the rack When the angle is outside the predetermined angle before the end, the offset is reset to zero so that no offset is given. Also, by setting an upper limit value for the offset, the motor current is prevented from becoming excessively small. The lower limit value of the current command value is set instead of the upper limit value of the offset, and the offset value when the current command value reaches the lower limit value is stored as the upper limit offset. The value may remain at the upper limit offset so that the motor current does not become excessively small.
ラックエンド手前の所定角度内においてモデルフォローイング制御と粘弾性モデルの入出力へのオフセット付与を統合して実行することにより、トルク及び推力伝達機構の破損を防ぎながら過熱保護を行えるようにすると共に、両機能を個別に起動することにより電流値がハンチング(変動)を起こし、運転者に違和感を与える可能性を小さくすることができる。 By integrating and executing model following control and offset application to the input and output of the viscoelastic model within a predetermined angle before the rack end, it is possible to perform overheat protection while preventing damage to the torque and thrust transmission mechanism By activating both functions individually, the current value causes hunting (fluctuation), and the possibility that the driver feels uncomfortable can be reduced.
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図3は本発明の実施形態の一例を図2に対応させて示しており、電流指令値Iref1は変換部101でラック軸力fに変換され、ラック軸力fは粘弾性モデル追従制御部120に入力される。ラック軸力fはコラム軸トルクと等価であるが、以下の説明では便宜的にラック軸力として説明する。なお、図2に示される構成と同一構成には同一符号を付して説明は省略する。
FIG. 3 shows an example of an embodiment of the present invention corresponding to FIG. 2. The current command value Iref1 is converted into the rack axial force f by the
電流指令値Iref1からラック軸力fへの変換は、下記数1に従って行われる。 The conversion from the current command value Iref1 to the rack axial force f is performed according to the following equation (1).
回転角センサ21からの回転角θはラック位置変換部100に入力され、判定用ラック位置Rxに変換される。判定用ラック位置Rxはラックエンド接近判定部110に入力され、ラックエンド接近判定部110は図4に示すように、判定用ラック位置Rxがラックエンド手前の所定位置x0以内にあると判定したときに端当て抑制制御機能を働かせ、ラック変位xを出力すると共に切替信号SWSを出力する。切替信号SWS及びラック変位xは、ラック軸力fと共に粘弾性モデル追従制御部120へ入力され、粘弾性モデル追従制御部120で制御演算されたラック軸力ffは変換部102で電流指令値Iref2に変換され、電流指令値Iref2は加算部103で電流指令値Iref1と加算されて電流指令値Iref3となる。電流指令値Iref3に基づいて、上述したアシスト制御が行われる。
The rotation angle θ from the
なお、図4に示すラックエンド近接領域を設定する所定位置x0は、適宜な位置に設定可能である。また、回転角θをモータに連結された回転角センサ21から得ているが、舵角センサから取得するようにしても良い。
The predetermined position x 0 to set the rack end proximal region shown in FIG. 4 can be set at an appropriate position. Further, although the rotation angle θ is obtained from the
変換部102でのラック軸力ffから電流指令値Iref2への変換は、下記数2に従って行われる。
The conversion from the rack axial force ff to the current command value Iref2 in the
粘弾性モデル追従制御部120の詳細を、図5又は図6に示す。
Details of the viscoelastic model follow-up
図5の実施形態1では、ラック軸力fはフィードフォワード制御部130及びフィードバック制御部140に入力され、ラック変位xはフィードバック制御部140に入力される。フィードフォワード制御部130からのラック軸力FFは切替部121に入力され、フィードバック制御部140からのラック軸力FBは切替部122に入力される。切替部121及び122は切替信号SWSによってON/OFFされ、切替信号SWSによってOFFされているときは、各出力u1及びu2はゼロである。切替信号SWSによって切替部121及び122がONされたとき、切替部121からのラック軸力FFがラック軸力u1として出力され、切替部122からのラック軸力FBがラック軸力u2として出力される。切替部121及び122からのラック軸力u1及びu2が加算部123で加算され、加算値のラック軸力ffが粘弾性モデル追従制御部120から出力される。ラック軸力ffは、変換部102で電流指令値Iref2に変換される。
In
また、図6の実施形態2では、ラック変位xはフィードフォワード制御部130及びフィードバック制御部140に入力され、ラック軸力fはフィードバック制御部140に入力される。以下は図5の実施形態1と同様に、フィードフォワード制御部130からのラック軸力FFは切替部121に入力され、フィードバック制御部140からのラック軸力FBは切替部122入力される。切替部121及び122は切替信号SWSによってON/OFFされ、切替信号SWSによってOFFされているときは、各出力u1及びu2はゼロである。切替信号SWSによって切替部121及び122がONされたとき、切替部121からのラック軸力FFがラック軸力u1として出力され、切替部122からのラック軸力FBがラック軸力u2として出力される。切替部121及び122からのラック軸力u1及びu2が加算部123で加算され、加算値のラック軸力ffが粘弾性モデル追従制御部120から出力される。ラック軸力ffは変換部102で電流指令値Iref2に変換される。
In the second embodiment of FIG. 6, the rack displacement x is input to the
このような構成において、先ず本発明の動作例全体を図7のフローチャートを参照して、次いで粘弾性モデル追従制御(実施形態1及び2)の動作例を図8のフローチャートを参照して説明する。 In such a configuration, first, an entire operation example of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. .
スタート段階においては、切替部121及び122は切替信号SWSによってOFFされている。そして、動作がスタートすると先ず、トルク制御部31は操舵トルクTh及び車速Velに基づいて電流指令値Iref1を演算し(ステップS10)、ラック位置変換部100は回転角センサ21からの回転角θを判定用ラック位置Rxに変換する(ステップS11)。ラックエンド接近判定部110は判定用ラック位置Rxに基づいてラックエンド接近か否かを判定し(ステップS12)、ラックエンド接近でない場合には、粘弾性モデル追従制御部120からラック軸力ffは出力されず、電流指令値Iref1に基づく通常の操舵制御が実行され(ステップS13)、終了となるまで継続される(ステップS14)。
In the start stage, the switching
一方、ラックエンド接近判定部110でラックエンド接近が判定された場合には、粘弾性モデル追従制御部120による粘弾性モデル追従制御が実行される(ステップS20)。即ち、図8に示すように、ラックエンド接近判定部110から切替信号SWSが出力されると共に(ステップS201)、ラック変位xが出力される(ステップS202)。また、変換部101は、前記数1に従って電流指令値Iref1をラック軸力fに変換する(ステップS203)。図5の実施形態1では、フィードフォワード制御部130はラック軸力fに基づいてフィードフォワード制御を行い(ステップS204)、フィードバック制御部140はラック変位x及びラック軸力fに基づいてフィードバック制御を行う(ステップS205)。また、図6の実施形態2では、フィードフォワード制御部130はラック変位xに基づいてフィードフォワード制御を行い(ステップS204)、フィードバック制御部140はラック変位x及びラック軸力fに基づいてフィードバック制御を行う(ステップS205)。なお、いずれの場合も、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の順番は、逆であっても良い。
On the other hand, when the rack end
ラックエンド接近判定部110からの切替信号SWSは切替部121及び122に入力され、切替部121及び122がONされる(ステップS206)。切替部121及び122がONされると、フィードフォワード制御部130からのラック軸力FFがラック軸力u1として出力され、フィードバック制御部140からのラック軸力FBがラック軸力u2として出力される。ラック軸力u1及びu2は加算部123で加算され(ステップS207)、加算結果としてのラック軸力ffが変換部102で、前記数2に従って電流指令値Iref2に変換される(ステップS208)。
The switching signal SWS from the rack end
ここで、本発明の粘弾性モデル追従制御部120は、ラックエンド近辺の物理モデルに基づいた制御系となっており、ラックエンド手前の所定角度以内で粘弾性モデル(バネ定数k0[N/m]、粘性摩擦係数μ[N/(m/s)])を規範モデル(入力:力、出力:変位で記述された物理モデル)としたモデルフォローイング制御を構成し、ラックエンドに当たることを防止している。
Here, the viscoelastic model follow-up
図9はラックエンド近傍の模式図を示しており、質量mと力F0,F1の関係は数3である。粘弾性モデルの方程式の算出は、例えば関西大学理工学会誌「理工学と技術」Vol.17(2010)の「弾性膜と粘弾性の力学の基礎」(大場謙吉)に示されている。
FIG. 9 shows a schematic diagram in the vicinity of the rack end, and the relationship between the mass m and the forces F 0 and F 1 is
数10に上記数4及び数6を代入すると、下記数11となる。
Substituting Equation 4 and Equation 6 into
数14は入力力fから出力変位xまでの特性を示す3次の物理モデル(伝達関数)となり、バネ定数k1=∞のバネとするとτe→0であり、τδ=μ1・1/k0であるので、2次関数の下記数15が導かれる。
本発明では、数15で表される2次関数を規範モデルGmとして説明する。即ち、数16を規範モデルGmとしている。ここで、μ1=μとしている。
In the present invention, the quadratic function expressed by Equation 15 will be described as the reference model Gm. That is, Equation 16 is used as the reference model Gm. Here, μ 1 = μ.
次に、電動パワーステアリング装置の実プラント146を下記数17で表わされるPとし、本発明の規範モデル追従型制御を2自由度制御系で設計すると、Pn及びPdを実際のモデルとして図10の構成となる。ブロック143(Cd)は制御要素部を示している。(例えば朝倉書店発行の前田肇、杉江俊治著「アドバンスト制御のためのシステム制御理論」参照)
Next, when the
図10の構成を規範モデルGmに適用すると、x/f=Gmとなるためには、1/Fを下記数19のように設定する必要がある。なお、数19は、数16及び数18より導かれる。
When the configuration of FIG. 10 is applied to the reference model Gm, 1 / F needs to be set as in the following equation 19 in order to satisfy x / f = Gm. Equation 19 is derived from Equations 16 and 18.
2自由度制御系の一例を示す図10において、実プラントPへの入力(ラック軸力若しくはコラム軸トルクに対応する電流指令値)uは、下記数22で表される。
In FIG. 10 showing an example of the two-degree-of-freedom control system, the input (current command value corresponding to the rack axial force or the column shaft torque) u to the actual plant P is expressed by the following equation (22).
実プラントPを正確に表現できたとすれば、Pn=N、Pd=Dとすることができ、入力fに対する出力xの特性は、Pn/F(=N/F)として表わされるので、数26が成立する。
If the actual plant P can be expressed accurately, Pn = N and Pd = D can be obtained, and the characteristic of the output x with respect to the input f is expressed as Pn / F (= N / F). Is established.
図10において、フィードフォワード制御系をブロック144→実プラントPの経路で考えると、図11となる。ここで、P=N/Dとすると、図11(A)は図11(B)となり、数20より図11(C)が得られる。図11(C)より、f=(m・s2+μ・s+k0)xとなるので、これを逆ラプラス変換すると、下記数29が得られる。
In FIG. 10, when the feedforward control system is considered by the route of
一方、図12に示すようなフィードフォワード制御系の伝達関数ブロックを考えると、下記数30が入力f及び出力xにおいて成立する。
On the other hand, when a transfer function block of the feedforward control system as shown in FIG. 12 is considered, the following
上記前提を踏まえ、以下に本発明の具体的な構成例を図14及び図15に示して説明する。図14の実施形態3は図5の実施形態1に対応し、ラック軸力fがフィードフォワード制御部130内のフィードフォワード要素144(数21で示されるD/F)及びフィードバック制御部140に入力され、ラック変位xがフィードバック制御部140に入力される。また、図15の実施形態4は図6の実施形態2に対応し、ラック変位xがフィードフォワード制御部130内のバネ定数項131及び粘性摩擦係数項132に入力され、ラック軸力fがフィードバック制御部140に入力される。
Based on the above assumption, a specific configuration example of the present invention will be described below with reference to FIGS. The third embodiment of FIG. 14 corresponds to the first embodiment of FIG. 5, and the rack axial force f is input to the feedforward element 144 (D / F expressed by Equation 21) and the
図14の実施形態3ではフィードフォワード要素144からのラック軸力FFは切替部121のb1接点に入力される。また、図15の実施形態4では、フィードフォワード制御部130内のバネ定数項131及び粘性摩擦係数項132の出力を減算部133で減算し、減算部133の減算結果であるラック軸力FFが切替部121のb1接点に入力される。切替部121のa1接点には、固定部125から固定値「0」が入力されている。
In
図14の実施形態3及び図15の実施形態4のいずれにおいても、フィードバック制御部140はフィードバック要素(N/F)141、減算部142、制御要素部143で構成され、フィードバック制御部140からのラック軸力FB、つまり制御要素部143の出力は切替部122のb2接点に入力される。切替部122のa2接点には、固定部126から固定値「0」が入力されている。フィードバック要素(N/F)141が、前述のように規範モデルであり、粘弾性モデルに相当し、フィードバック要素(N/F)141からの出力が目標ラック変位となる。
In both
図14の実施形態3では、ラック軸力fはフィードフォワード制御部130内のフィードフォワード要素144に入力されると共に、フィードバック制御部140のフィードバック要素(N/F)141に入力される。ラック変位xはフィードバック制御部140の減算部142に減算入力されると共に、パラメータ設定部124に入力される。パラメータ設定部124はラック変位xに対して、例えば図16に示すような特性のバネ定数k0及び粘性摩擦係数μを出力し、バネ定数k0及び粘性摩擦係数μは、フィードフォワード制御部130内のフィードフォワード要素144及びフィードバック制御部140内のフィードバック要素(N/F)141に入力される。
In the third embodiment of FIG. 14, the rack axial force f is input to the
図15の実施形態4では、ラック変位xはフィードフォワード制御部130内のバネ定数項131及び粘性摩擦係数項132に入力されると共に、フィードバック制御部140の減算部142に入力され、更にパラメータ設定部124に入力される。ラック軸力fはフィードバック制御部140のフィードバック要素(N/F)141に入力される。パラメータ設定部124はラック変位xに対して、上述と同様なバネ定数k0及び粘性摩擦係数μを出力し、バネ定数k0はバネ定数項131及びフィードバック要素(N/F)141に入力され、粘性摩擦係数μは粘性摩擦係数項132及びフィードバック要素(N/F)141に入力される。
In the fourth embodiment shown in FIG. 15, the rack displacement x is input to the spring
また、切替信号SWSは、実施形態3及び4においていずれも切替部121及び122に入力され、切替部121及び122の接点は通常時はそれぞれ接点a1及びa2に接続されており、切替信号SWSによってそれぞれ接点b1及びb2に切替えられるようになっている。
The switching signal SWS is input to the switching
このような構成において、図15の実施形態4の動作例を図17のフローチャートを参照して説明する。 In such a configuration, an operation example of the fourth embodiment in FIG. 15 will be described with reference to a flowchart in FIG.
ラックエンド接近判定部110から切替信号SWSが出力されると共に(ステップS21)、ラック変位xが出力される(ステップS22)。ラック変位xはバネ定数項131、粘性摩擦係数項132、パラメータ設定部124及び減算部142に入力される。パラメータ設定部124は、ラック変位xに応じて図16の特性に従って求められたバネ定数k0及び粘性摩擦係数μを、バネ定数項131、粘性摩擦係数項132及びフィードバック要素(N/F)141に設定する(ステップS23)。また、変換部101は電流指令値Iref1をラック軸力fに変換し(ステップS23A)、ラック軸力fはフィードバック要素(N/F)141に入力され、N/F演算される(ステップS24)。N/F演算値は減算部142に加算入力され、ラック変位xが減算され(ステップS24A)、その減算値が制御要素部143でCd演算される(ステップS24B)。制御要素部143から、演算されたラック軸力FBが出力されて切替部122の接点b2に入力される。
A switching signal SWS is output from the rack end approach determination unit 110 (step S21), and a rack displacement x is output (step S22). The rack displacement x is input to the spring
フィードフォワード制御部130内の粘性摩擦係数項132は、粘性摩擦係数μに基づいて“(μ−η)・s”の演算を行い(ステップS25)、バネ定数項131にバネ定数k0を設定し(ステップS25A)、減算部でバネ定数k0及び“(μ−η)・s”の減算を行い(ステップS25B)、演算結果としてラック軸力FFを出力する。ラック軸力FFは切替部121の接点b1に入力される。なお、フィードフォワード制御部130及びフィードバック制御部140の演算の順番は、逆であっても良い。
Viscous
ラックエンド接近判定部110からの切替信号SWSは切替部121及び122に入力され、切替部121及び122の各接点がa1からb1へ、a2からb2へ切替えられ、切替部121及び122からのラック軸力u1及びu2が加算部123で加算され(ステップS26)、加算結果としてのラック軸力ffが変換部102で電流指令値Iref2に変換される(ステップS26A)。電流指令値Iref2は加算部103に入力され、電流指令値Iref1に加算され(ステップS27)、操舵制御が実行され、ステップS14へとつながる。
The switching signal SWS from the rack end
なお、制御要素部143(Cd)は任意のPID(比例積分微分)制御、PI制御、PD制御の構成のいずれでも良い。また、図14の実施形態3の動作も、ラック軸力f及びラック変位xが入力する部分(要素)が異なるだけで、同様である。さらに、図14の実施形態3及び図15の実施形態4では、フィードフォワード制御部130及びフィードバック制御部140の両方の制御演算を実行しているが、フィードバック制御部140のみの構成でも良い。
Note that the control element unit 143 (Cd) may have any configuration of PID (proportional integral derivative) control, PI control, and PD control. Further, the operation of the third embodiment shown in FIG. 14 is the same except that the portion (element) to which the rack axial force f and the rack displacement x are input is different. Furthermore, in
次に、本発明の実施例について説明する。 Next, examples of the present invention will be described.
図18は本発明の実施例を図3に対応させて示しており、図3に示される実施形態に対してラック変位速度演算部150及び過熱保護制御部160が追加されている。ラックエンド接近判定部110から出力されるラック変位x及び切替信号SWSは、粘弾性モデル追従制御部220の他に、ラック変位速度演算部150にラック変位xが、過熱保護制御部160に切替信号SWSがそれぞれ入力される。ラック変位速度演算部150はラック変位xよりラック変位速度Rvを算出し、過熱保護制御部160に出力する。過熱保護制御部160は、切替信号SWS及びラック変位速度Rvの他に、操舵トルクTh、車速Vel及び後述の電流指令値Iref3を入力し、オフセットofを算出する。オフセットofは、ラック軸力f、切替信号SWS及びラック変位xと共に粘弾性モデル追従制御部220に入力され、粘弾性モデル追従制御部220で制御演算されたラック軸力ffは変換部102で電流指令値Iref2に変換される。他の構成は図3に示される実施形態と同じであるから、説明は省略する。
FIG. 18 shows an embodiment of the present invention corresponding to FIG. 3, and a rack displacement
粘弾性モデル追従制御部220の詳細を、図5に対応させて図19(実施例1)に、図6に対応させて図20(実施例2)にそれぞれ示す。
Details of the viscoelastic model follow-up
過熱保護制御部160から出力されるオフセットofはフィードバック制御部240に入力される。その他は、図5の実施形態1又は図6の実施形態2と同じ構成である。
The offset of output from the overheat
このような構成において、全体の動作例及び粘弾性モデル追従制御の動作例を、図21、図22及び図23のフローチャートを参照して説明する。 In such a configuration, an example of the entire operation and an example of the viscoelastic model follow-up control will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 21, 22, and 23.
図21に全体の動作例をフローチャートで示しており、図7のフローチャートと比べると、ステップS12Aが追加されており、粘弾性モデル追従制御の動作が、後述のように変更されている(ステップS20A)。その他の動作は実施形態1又は実施形態2と同じである。 FIG. 21 is a flowchart showing an overall operation example. Compared with the flowchart of FIG. 7, step S12A is added, and the operation of the viscoelastic model following control is changed as described later (step S20A). ). Other operations are the same as those in the first or second embodiment.
ステップS12Aでは、ラックエンド接近判定部110が判定用ラック位置Rxに基づいてラックエンド接近か否かを判定した結果がラックエンド接近でない場合、過熱保護制御部160でのオフセットofの値をゼロにリセットする動作が実行される。
In step S12A, when the rack end
ラックエンド接近判定部110でラックエンド接近が判定された場合には、過熱保護制御部160及び粘弾性モデル追従制御部220による粘弾性モデル追従制御が実行される(ステップS20A)。
When the rack end
図22に粘弾性モデル追従制御の動作例をフローチャートで示しており、図8のフローチャートと比べると、ステップS203A及びS203Bが追加され、フィードバック制御の動作に変更が加わっており(ステップS205からS205Aに変更)、その他は実施形態1又は実施形態2の動作と同じである。なお、ステップS205Aのフィードバック制御はフィードバック制御部240で実行されるが、その動作については、後述の粘弾性モデル追従制御部220の詳細説明のところで説明する。
FIG. 22 is a flowchart showing an operation example of the viscoelastic model following control. Compared with the flowchart of FIG. 8, steps S203A and S203B are added, and the operation of the feedback control is changed (from steps S205 to S205A). Other changes are the same as those in the first or second embodiment. The feedback control in step S205A is executed by the
ステップS203Aでは、ラックエンド接近判定部110から出力されたラック変位xをラック変位速度演算部150が入力し、ラック変位xよりラック変位速度Rvを算出する動作が実行される。そして、ステップS203Bでは、過熱保護制御部160が、切替信号SWSによりラックエンド接近を検知し、操舵トルクTh、車速Vel、ラック変位速度Rv及び電流指令値Iref3に基づいてオフセットofを算出する。
In step S203A, the rack displacement
過熱保護制御部160でのオフセットofの算出は、図23に示されるような手順で実行される。
The calculation of the offset of in the overheat
オフセットofはオフセット算出条件が所定時間だけ成立したときに更新されるが、所定時間だけ成立したか否かをON/OFFで示すフラグ(以下、「所定時間経過フラグ」とする)が設けられており、スタート段階ではOFFとなっている。オフセットofの値は、スタート段階ではゼロとなっている。 The offset of is updated when the offset calculation condition is satisfied only for a predetermined time, and a flag (hereinafter referred to as “predetermined time elapse flag”) indicating whether or not the offset calculation condition is satisfied is provided. It is OFF at the start stage. The value of the offset of is zero at the start stage.
過熱保護制御部160は、切替信号SWSの出力によりラックエンド接近を検知したら、車両状態情報である電流指令値Iref3、操舵トルクTh、ラック変位速度Rv及び車速Velを読み取り(ステップS301)、所定時間経過フラグを確認する(ステップS302)。
When the overheat
所定時間経過フラグがOFFの場合、オフセット算出条件が所定時間だけ成立しているかを確認する(ステップS303)。オフセット算出条件は、「車速Velが所定の車速値より小さく」且つ「操舵トルクThが所定の操舵トルク値より大きく」且つ「ラック変位速度Rvが所定の速度値より小さく」且つ「電流指令値Iref3が所定の電流指令値より大きい」であり、オフセット算出条件が成立している時間は時間カウンタを使用して計測する。オフセット算出条件が所定時間だけ成立している場合は、所定時間経過フラグをONにして(ステップS304)、オフセットofを出力する(ステップS305)。オフセット算出条件が所定時間だけ成立していない場合は、所定時間経過フラグはそのままにして、オフセットofを出力する(ステップS305)。 If the predetermined time elapsed flag is OFF, it is confirmed whether the offset calculation condition is satisfied for a predetermined time (step S303). The offset calculation conditions are “the vehicle speed Vel is smaller than the predetermined vehicle speed value”, “the steering torque Th is larger than the predetermined steering torque value”, “the rack displacement speed Rv is smaller than the predetermined speed value”, and “the current command value Iref3. Is larger than a predetermined current command value ”, and the time when the offset calculation condition is satisfied is measured using a time counter. If the offset calculation condition is satisfied for a predetermined time, the predetermined time elapse flag is turned on (step S304), and the offset of is output (step S305). If the offset calculation condition is not satisfied for a predetermined time, the predetermined time elapsed flag is left as it is, and the offset of is output (step S305).
所定時間経過フラグがONの場合、保舵状態判定の条件の一部が不成立となっていないか確認する(ステップS306)。即ち、「車速Velが所定の車速値より小さい」、「操舵トルクThが所定の操舵トルク値より大きい」又は「ラック変位速度Rvが所定の速度値より小さい」の3つの条件のうちの少なくとも1つの条件が不成立となっていないか確認する。3条件とも成立している場合、オフセットofに所定の値を加算することにより、オフセットofを更新する(ステップS307)。そして、更新されたオフセットofが所定の上限値を超えているか確認し(ステップS308)、超えていた場合、所定の上限値をオフセットofの値とし(ステップS309)、超えていない場合は、オフセットofの値は変更せず、オフセットofを出力する(ステップS305)。上記の3つの条件のうちの少なくとも1つの条件が不成立の場合、所定時間経過フラグをOFFにして(ステップS310)、オフセットofは更新せずに出力する(ステップS305)。所定時間経過フラグをOFFにする際に、ステップS303で使用する時間カウンタをゼロクリアする。 If the predetermined time elapse flag is ON, it is confirmed whether a part of the condition for determining the steered state is not satisfied (step S306). That is, at least one of the three conditions “the vehicle speed Vel is smaller than the predetermined vehicle speed value”, “the steering torque Th is larger than the predetermined steering torque value”, or “the rack displacement speed Rv is smaller than the predetermined speed value”. Check whether the two conditions are not satisfied. If all three conditions are satisfied, the offset of is updated by adding a predetermined value to the offset of (step S307). Then, it is confirmed whether or not the updated offset of exceeds a predetermined upper limit value (step S308). If the offset is exceeded, the predetermined upper limit value is set as the value of the offset of (step S309). The value of is not changed and the offset of is output (step S305). If at least one of the above three conditions is not satisfied, the predetermined time elapsed flag is turned off (step S310), and the offset of is output without being updated (step S305). When turning off the predetermined time elapsed flag, the time counter used in step S303 is cleared to zero.
ラックエンド手前の所定角度外となり、ラックエンド接近でないと判定されたら、上述のように、オフセットofの値はゼロにリセットされる(ステップS12A)。 If the angle is outside the predetermined angle before the rack end and it is determined that the rack end is not approaching, as described above, the value of the offset of is reset to zero (step S12A).
以上により算出されたオフセットofは粘弾性モデル追従制御部220のフィードバック制御部240に入力される。
The offset of calculated as described above is input to the
なお、オフセット算出条件において、車速Velに関する条件はなくても良く、他の条件を付加しても良い。また、ラック変位速度Rvの代わりにモータ回転数を使用し、「モータ回転数が所定の回転数より小さくなる」という条件に代えても良い。この場合、モータ回転数は回転角センサ21から出力される回転角θより算出する。さらに、オフセットofの更新は所定の値を加算することにより行っているが、オフセットofが徐々に大きくなるように更新されるのであれば、これ以外の方法、例えば指数関数的に大きくなるように更新しても良い。
In the offset calculation condition, there may be no condition regarding the vehicle speed Vel, and other conditions may be added. Alternatively, the motor rotational speed may be used instead of the rack displacement speed Rv, and the condition that “the motor rotational speed is smaller than a predetermined rotational speed” may be used. In this case, the motor rotation speed is calculated from the rotation angle θ output from the
ここで、粘弾性モデル追従制御部220について、さらに詳細を、図24及び図25を用いて説明する。
Here, the viscoelastic model follow-up
図20の実施例2での粘弾性モデル追従制御部220の具体的な構成例を図24に示す。これは、図15に示される実施形態4に対応しており、フィードバック制御部140がフィードバック制御部240に代わっている。その他の構成は実施形態4と同じであるから、説明は省略する。
FIG. 24 shows a specific configuration example of the viscoelastic model follow-up
フィードバック制御部240はフィードバック要素(N/F)141、制御要素部143、減算部142及び減算部145で構成され、過熱保護制御部160からのオフセットofは減算部145に減算入力される。
The
フィードバック制御部240に入力されるラック軸力fは減算部145に加算入力され、減算部145に減算入力されたオフセットofが減算され、ラック軸力f’としてフィードバック要素(N/F)141に入力される。
The rack axial force f input to the
このような構成における動作例が図25のフローチャートで示されている。 An example of the operation in such a configuration is shown in the flowchart of FIG.
まず、図17に示される実施形態4での動作と同様に、ラックエンド接近判定部110から切替信号SWS及びラック変位xが出力され(ステップS21、S22)、ラック変位xはバネ定数項131、粘性摩擦係数項132、パラメータ設定部124及び減算部142に入力される。パラメータ設定部124はバネ定数k0及び粘性摩擦係数μを、バネ定数項131、粘性摩擦係数項132及びフィードバック要素(N/F)141に設定し(ステップS23)、変換部101は電流指令値Iref1をラック軸力fに変換する(ステップS23A)。ラック軸力fは減算部145に加算入力される。ラック変位速度演算部150はラック変位xよりラック変位速度Rvを算出し(ステップS23B)、ラック変位速度Rvは、切替信号SWS、操舵トルクTh、車速Vel及び電流指令値Iref3と共に過熱保護制御部160に入力され、過熱保護制御部160にてオフセットofが算出される(ステップS23C)。オフセットofは減算部145に減算入力され、オフセットofを減算されたラック軸力f’がフィードバック要素(N/F)141に入力され、N/F演算される(ステップS24)。
First, similarly to the operation in the fourth embodiment shown in FIG. 17, the switching signal SWS and the rack displacement x are output from the rack end approach determination unit 110 (steps S21 and S22), and the rack displacement x is a spring
その後は、実施形態4でのステップS24A〜S27と同様の動作が実行され、ステップS14へとつながる。 Thereafter, the same operations as those in steps S24A to S27 in the fourth embodiment are performed, and the process leads to step S14.
なお、図14に示される実施形態3においてフィードバック制御部140を図24の実施例2でのフィードバック制御部240に置き換えた構成を、図19の実施例1での粘弾性モデル追従制御部220の具体的な構成例とすることができる。その構成例の動作は、ラック軸力f及びラック変位xが入力する部分(要素)が異なるだけで、実施例2での動作と同様である。
Note that the configuration in which the
ここで、オフセット付与による各データ(信号)の変化のイメージを図26に示す。図26において、横軸は時間で、縦軸は各データの大きさであるが、ここでは変化の様子を示すことを目的としているので、各データの大きさは実際とは異なっている。また、各データが変化するタイミングには、実際にはズレが生じることがあるが、ズレはないとし、粘弾性モデル追従制御部220に入力されるラック軸力f及びラック変位xは一定とする。
Here, FIG. 26 shows an image of changes in each data (signal) due to the offset. In FIG. 26, the horizontal axis is time, and the vertical axis is the size of each data. However, since the purpose here is to show the state of change, the size of each data is different from the actual size. In addition, the timing at which each data changes may actually cause a deviation, but there is no deviation, and the rack axial force f and the rack displacement x input to the viscoelastic model following
ラックエンド手前の所定角度内において、時点t1でオフセット算出条件が所定時間だけ成立したとすると、オフセットofの値が徐々に増加し、その分だけラック軸力f’は減少していく。その結果、粘弾性モデルからの出力であるN/F演算値も減少し、減算部142で算出されるラック変位xとの偏差は大きくなり、その偏差を入力とする制御要素部(Cd)143の出力であるラック軸力FBは減少する。そのラック軸力FBの減少を受け、電流指令値も減少する。
If the offset calculation condition is satisfied for a predetermined time at a time t 1 within a predetermined angle before the rack end, the value of the offset of gradually increases, and the rack axial force f ′ decreases accordingly. As a result, the N / F calculation value, which is the output from the viscoelastic model, also decreases, the deviation from the rack displacement x calculated by the
オフセット付与の機能がなかった場合、各データは、図26の点線で示されるように一定のままとなり、その結果、モータ電流が低減されず、ECUやモータが過熱するおそれがあるので、本機能が有効に作用することがわかる。 When there is no function for providing an offset, each data remains constant as shown by a dotted line in FIG. 26. As a result, the motor current is not reduced, and the ECU and the motor may be overheated. Can be seen to work effectively.
時点t2でオフセットofが上限値に達したとすると、時点t2以降、オフセットofは上限値で一定となり、他のデータも時点t2での値で一定となる。これにより、電流指令値が下がり過ぎるのを防ぐことができる。 When at time t 2 and the offset of reaching the upper limit value, the time t 2 later, the offset of becomes constant at the upper limit value, becomes constant at the value of the other data at the time t 2. Thereby, it can prevent that an electric current command value falls too much.
上述のように、上記の実施例(実施例1、実施例2)では、オフセットに上限値を設定することにより、モータ電流が過度に小さくならないようにしているが、オフセットの上限値の代わりに電流指令値の下限値を設定し、電流指令値が下限値となったときのオフセットの値を上限オフセットとして記憶し、電流指令値が下限値未満の間はオフセットの値は上限オフセットのままとすることにより、モータ電流が過度に小さくならないようにすることも可能である。 As described above, in the above-described embodiments (Examples 1 and 2), the upper limit value is set for the offset so that the motor current does not become excessively small, but instead of the upper limit value of the offset. Set the lower limit value of the current command value, store the offset value when the current command value reaches the lower limit value as the upper limit offset, and keep the offset value as the upper limit offset while the current command value is less than the lower limit value. By doing so, it is possible to prevent the motor current from becoming excessively small.
この場合の実施例(実施例3)の構成は上記の実施例と同様であるが、過熱保護制御部160でのオフセットofの算出の動作に違いがある。
The configuration of the embodiment (embodiment 3) in this case is the same as that of the above embodiment, but there is a difference in the operation of calculating the offset of in the overheat
図27は実施例3での過熱保護制御部160でのオフセットofの算出の動作例を示したフローチャートであり、図23に示されるフローチャートと比べると、車両状態情報である電流指令値Iref3、操舵トルクTh、ラック変位速度Rv及び車速Velの読み取り(ステップS301)の後に、ステップS301A〜S301Dが加わっており、オフセットofの更新(ステップS307)後の処理がステップS308及びS309からステップS308A及びS309Aに代わっている。また、本実施例では、電流指令値が下限値になったか否かをON/OFFで示すフラグ(以下、「制限フラグ」とする)が設けられており、スタート段階ではOFFとなっている。
FIG. 27 is a flowchart showing an operation example of calculation of the offset of in the overheat
過熱保護制御部160は読み取った電流指令値Iref3が所定の下限値より小さいか確認し(ステップS301A)、小さい場合、その時点のオフセットofの値を上限オフセットとして記憶し(ステップS301B)、制限フラグをONにする(ステップS301C)。電流指令値Iref3が下限値より小さくない場合は、制限フラグをOFFにする(ステップS301D)。
The overheat
オフセットofを更新した(ステップS307)後は、制限フラグを確認し(ステップS308A)、制限フラグがONの場合、上限オフセットをオフセットofの値とし(ステップS309A)、OFFの場合はオフセットofの値は変更しない。 After the offset of is updated (step S307), the limit flag is confirmed (step S308A). When the limit flag is ON, the upper limit offset is set to the value of the offset of (step S309A), and when it is OFF, the value of the offset of. Does not change.
このように、ECUやモータの過熱に直接関わる電流指令値の大きさでオフセットに制限をかけるので、効果的に過熱を防止することができる。 Thus, since the offset is limited by the magnitude of the current command value directly related to the overheating of the ECU and the motor, the overheating can be effectively prevented.
オフセットの減算を、粘弾性モデルであるフィードバック要素(N/F)141に入力されるラック軸力fに対してではなく、フィードバック要素(N/F)141から出力されるN/F演算値に対して行うことも可能である。 The subtraction of the offset is not performed on the rack axial force f input to the feedback element (N / F) 141, which is a viscoelastic model, but to the N / F calculation value output from the feedback element (N / F) 141. It is also possible to do this.
図28は、図24に示される実施例2での粘弾性モデル追従制御部の構成例に対して、オフセットofの減算をフィードバック要素(N/F)141から出力されるN/F演算値に対して行うようにした場合の構成例(実施例4)を示している。 FIG. 28 shows the N / F calculation value output from the feedback element (N / F) 141 by subtracting the offset of from the configuration example of the viscoelastic model follow-up control unit in the second embodiment shown in FIG. A configuration example (embodiment 4) in the case where it is performed for this is shown.
フィードバック制御部250以外の構成は図24の実施例2の構成と同じで、フィードバック制御部250においても構成要素は同じであるが、構成要素の接続が異なる。ラック軸力fは減算部145ではなく、フィードバック要素(N/F)141に入力され、フィードバック要素(N/F)141から出力されるN/F演算値は減算部142ではなく、減算部145に加算入力される。減算部145では、N/F演算値からオフセットofが減算され、減算値が減算部142に加算入力され、ラック変位xが減算され、制御要素部143に入力される。
The configuration other than the
フィードバック制御部におけるラック軸力の流れは、実施例4と上記の他の実施例とでは同じであり、その同じ流れの中でオフセットを与えているので、実施例4でも他の実施例と同等の効果を得ることができる。 The flow of the rack axial force in the feedback control unit is the same in the fourth embodiment and the other embodiments described above, and since an offset is given in the same flow, the fourth embodiment is also equivalent to the other embodiments. The effect of can be obtained.
なお、実施例1での粘弾性モデル追従制御部の構成例に対しても、オフセットofの減算をフィードバック要素(N/F)141から出力されるN/F演算値に対して行うようにすることが可能である。 Note that the subtraction of the offset of is also performed on the N / F calculation value output from the feedback element (N / F) 141 in the configuration example of the viscoelastic model follow-up control unit in the first embodiment. It is possible.
上記の実施例(実施例1〜実施例4)においてラック変位xを用いて実行している処理は、ラック変位xの代わりにモータの回転角θの変位(以下、「回転角変位」とする)θdを用いても実行可能である。上記の実施例でのラック位置変換部100において回転角θが判定用ラック位置Rxに変換されているように、ラック位置と回転角は連動しているので、ラックエンド手前の所定位置又は角度を基点としたラック変位及び回転角変位の間で代用が可能である。
The processing executed using the rack displacement x in the above-described embodiments (
図18に対応させて、ラック変位xの代わりに回転角変位θdを用いた場合の実施例(実施例5)を図29に示す。 Corresponding to FIG. 18, FIG. 29 shows an example (Example 5) in which the rotational angular displacement θd is used instead of the rack displacement x.
実施例5では、ラック位置を求める必要がないので、ラック位置変換部100が不要となっており、ラックエンド接近判定部110がラックエンド接近判定部210に代わり、ラック変位速度演算部150の代わりにモータ回転数演算部250が設けられ、過熱保護制御部160が過熱保護制御部260に代わり、粘弾性モデル追従制御部220が粘弾性モデル追従制御部320に代わっている。回転センサ21からの回転角θはラックエンド接近判定部210に入力され、ラックエンド接近判定部210は、回転角θがラックエンドに対応する回転角とラックエンド手前の所定位置に対応する回転角θ0との間にあると判定したときに抑制制御機能を働かせ、回転角θと回転角θ0の偏差である回転角変位θdを出力すると共に切替信号SWSを出力する。回転角変位θdは粘弾性モデル追従制御部320及びモータ回転数演算部250に入力され、切替信号SWSは粘弾性モデル追従制御部320及び過熱保護制御部260に入力される。モータ回転数演算部250は回転角変位θdよりモータ回転数ωを算出し、過熱保護制御部260に出力する。過熱保護制御部260は、ラック変位速度Rvの代わりにモータ回転数ωを使用してオフセットofを算出する。粘弾性モデル追従制御部320は、ラック変位xの代わりに回転角変位θdを使用してラック軸力ffを演算する。
In the fifth embodiment, since it is not necessary to obtain the rack position, the rack
実施例5の全体の動作例は図30のようになり、図21に示される動作例と比較すると、回転角θを判定用ラック位置Rxに変換するラック位置変換の処理(ステップS11)が不要となっている。その他の処理においては、ラック変位xの代わりに回転角変位θdが算出及び使用され、ラック変位速度Rvの代わりにモータ回転数ωが算出及び使用される点が違うだけで、動作は同じである。 The overall operation example of the fifth embodiment is as shown in FIG. 30, and compared with the operation example shown in FIG. 21, the rack position conversion process (step S11) for converting the rotation angle θ into the determination rack position Rx is unnecessary. It has become. In other processes, the rotation angle displacement θd is calculated and used instead of the rack displacement x, and the operation is the same except that the motor rotational speed ω is calculated and used instead of the rack displacement speed Rv. .
ラック変位xの代わりに回転角変位θdを用いることにより、回転角を直接使用することができるので、処理量及び演算誤差の低減を図ることができる。 By using the rotation angle displacement θd instead of the rack displacement x, the rotation angle can be used directly, so that the processing amount and the calculation error can be reduced.
なお、上記の実施例では、フィードフォワード制御部及びフィードバック制御部の両方の制御演算を実行しているが、フィードバック制御部のみの構成でも良い。 In the above-described embodiment, the control calculation of both the feedforward control unit and the feedback control unit is executed, but the configuration of only the feedback control unit may be used.
1 ハンドル
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
10 トルクセンサ
12 車速センサ
13 バッテリ
14 舵角センサ
20 モータ
21 回転角センサ
30 コントロールユニット(ECU)
31 トルク制御部
35 電流制御部
36 PWM制御部
100 ラック位置変換部
110、210 ラックエンド接近判定部
120、220、320 粘弾性モデル追従制御部
121、122 切替部
124 パラメータ設定部
130 フィードフォワード制御部
140、240 フィードバック制御部
150 ラック変位速度演算部
160、260 過熱保護制御部
250 モータ回転数演算部
1
DESCRIPTION OF
31
Claims (15)
ラックエンド手前の所定角度の範囲内で粘弾性モデルを規範モデルとしたモデルフォローイング制御の構成とし、
過熱防止のために前記粘弾性モデルへの入力又は出力にオフセットを与え、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 In the electric power steering device for calculating the current command value based on at least the steering torque and driving the motor based on the current command value to assist the steering system,
A model following control with a viscoelastic model as a reference model within a predetermined angle range before the rack end,
In order to prevent overheating, an electric power steering device is characterized in that an offset is given to an input or output to the viscoelastic model to suppress damage to the torque and thrust transmission mechanism.
前記電流指令値1をラック軸力若しくはコラム軸トルク1に変換する第1の変換部と、
前記モータの回転角から判定用ラック位置に変換するラック位置変換部と、
前記判定用ラック位置に基づいてラックエンドに接近したことを判定し、ラック変位及び切替信号を出力するラックエンド接近判定部と、
前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1、前記ラック変位及び前記切替信号に基づいて、粘弾性モデルを規範モデルとしたラック軸力若しくはコラム軸トルク2を生成する粘弾性モデル追従制御部と、
前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク2を電流指令値2に変換する第2の変換部と、
前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1又は前記粘弾性モデル追従制御部の粘弾性モデルの出力から減算するオフセットを車両状態情報に基づいて演算する過熱保護制御部とを具備し、
前記電流指令値2を前記電流指令値1に加算した電流指令値3に基づいて前記アシスト制御を行い、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 In the electric power steering apparatus that calculates the current command value 1 based on at least the steering torque and drives the motor based on the current command value 1, thereby assisting the steering system.
A first converter that converts the current command value 1 into rack axial force or column axial torque 1;
A rack position conversion unit for converting the rotation angle of the motor into a determination rack position;
A rack end approach determination unit that determines that the rack end is approached based on the determination rack position and outputs a rack displacement and a switching signal;
A viscoelastic model follow-up control unit that generates a rack axial force or a column shaft torque 2 using a viscoelastic model as a reference model based on the rack axial force or the column shaft torque 1, the rack displacement, and the switching signal;
A second converter for converting the rack shaft force or column shaft torque 2 into a current command value 2;
An overheat protection control unit that calculates an offset to be subtracted from the output of the viscoelastic model of the rack axial force or the column shaft torque 1 or the viscoelastic model following control unit based on vehicle state information;
An electric power steering apparatus characterized in that the assist control is performed based on a current command value 3 obtained by adding the current command value 2 to the current command value 1 to prevent damage to the torque and thrust transmission mechanism.
前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1に基づいてフィードフォワード制御してラック軸力若しくはコラム軸トルク3を出力するフィードフォワード制御部と、
前記ラック変位及び前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1に基づいてフィードバック制御してラック軸力若しくはコラム軸トルク4を出力するフィードバック制御部と、
前記切替信号により前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク3の出力をON/OFFする第1の切替部と、
前記切替信号により前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク4の出力をON/OFFする第2の切替部と、
前記第1及び第2の切替部の出力を加算して前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク2を出力する加算部とで構成されている請求項5に記載の電動パワーステアリング装置。 The viscoelastic model following control unit is
A feedforward control unit that outputs a rack axial force or a column shaft torque 3 by performing a feedforward control based on the rack axial force or the column shaft torque 1;
A feedback control unit that performs a feedback control based on the rack displacement and the rack axial force or the column shaft torque 1 to output a rack axial force or a column shaft torque 4;
A first switching unit for turning on / off the output of the rack shaft force or the column shaft torque 3 by the switching signal;
A second switching unit for turning on / off the output of the rack shaft force or the column shaft torque 4 by the switching signal;
The electric power steering apparatus according to claim 5, further comprising: an adding unit that adds the outputs of the first and second switching units to output the rack axial force or the column shaft torque 2.
前記ラック変位に基づいてフィードフォワード制御してラック軸力若しくはコラム軸トルク3を出力するフィードフォワード制御部と、
前記ラック変位及び前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1に基づいてフィードバック制御してラック軸力若しくはコラム軸トルク4を出力するフィードバック制御部と、
前記切替信号により前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク3の出力をON/OFFする第1の切替部と、
前記切替信号により前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク4の出力をON/OFFする第2の切替部と、
前記第1及び第2の切替部の出力を加算して前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク2を出力する加算部とで構成されている請求項5に記載の電動パワーステアリング装置。 The viscoelastic model following control unit is
A feedforward control unit that performs feedforward control based on the rack displacement and outputs a rack axial force or a column axial torque 3.
A feedback control unit that performs a feedback control based on the rack displacement and the rack axial force or the column shaft torque 1 to output a rack axial force or a column shaft torque 4;
A first switching unit for turning on / off the output of the rack shaft force or the column shaft torque 3 by the switching signal;
A second switching unit for turning on / off the output of the rack shaft force or the column shaft torque 4 by the switching signal;
The electric power steering apparatus according to claim 5, further comprising: an adding unit that adds the outputs of the first and second switching units to output the rack axial force or the column shaft torque 2.
ラックエンド手前の所定角度の範囲内において前記車両状態情報により保舵状態が継続していると判定した場合、前記オフセットを演算する請求項5に記載の電動パワーステアリング装置。 The overheat protection control unit is
The electric power steering apparatus according to claim 5, wherein the offset is calculated when it is determined by the vehicle state information that the steered state is continued within a range of a predetermined angle before the rack end.
少なくとも前記電流指令値3が所定の電流指令値より大きく、前記操舵トルクが所定の操舵トルク値より大きく、且つ前記モータ回転数若しくはラック変位速度が所定の値より小さい状態が継続した場合、前記オフセットを演算する請求項9に記載の電動パワーステアリング装置。 The vehicle state information comprises at least the current command value 3, the steering torque and the motor rotation speed or the rack displacement speed;
If at least the current command value 3 is larger than a predetermined current command value, the steering torque is larger than a predetermined steering torque value, and the motor rotation speed or rack displacement speed is smaller than a predetermined value, the offset The electric power steering device according to claim 9, wherein
The electric power steering apparatus according to any one of claims 9 to 14, wherein the offset value is reset to zero when the angle is out of a predetermined angle range before the rack end.
Priority Applications (1)
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JP2016057878A JP2017171057A (en) | 2016-03-23 | 2016-03-23 | Electric power steering device |
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