JP3525681B2 - Control device for electric power steering device - Google Patents

Control device for electric power steering device

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JP3525681B2
JP3525681B2 JP15107597A JP15107597A JP3525681B2 JP 3525681 B2 JP3525681 B2 JP 3525681B2 JP 15107597 A JP15107597 A JP 15107597A JP 15107597 A JP15107597 A JP 15107597A JP 3525681 B2 JP3525681 B2 JP 3525681B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や車両の操
舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電
動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特にモー
タ角速度を温度に影響されることなく高精度に推定し
て、全体的な制御精度や追従性といった操舵性を向上で
きるようにした電動パワーステアリング装置の制御装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for an electric power steering system which applies a steering assist force by a motor to a steering system of an automobile or a vehicle, and particularly to a motor angular velocity which is high without being influenced by temperature. The present invention relates to a control device for an electric power steering device, which can be estimated accurately to improve steering performance such as overall control accuracy and followability.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車や車両のステアリング装置をモー
タの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング
装置は、モータの駆動力を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
ック軸に補助負荷付勢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、アシストトルク
(操舵補助トルク)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なっている。フィードバッ
ク制御は、電流制御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−ティ比の調整で行なっている。
2. Description of the Related Art An electric power steering system for energizing a steering system of an automobile or a vehicle with an auxiliary load by a rotational force of a motor uses a transmission mechanism such as a gear or a belt to transmit a driving force of the motor through a reduction gear to a steering shaft or An auxiliary load is applied to the rack shaft. Such a conventional electric power steering device performs feedback control of the motor current in order to accurately generate the assist torque (steering assist torque). The feedback control is for adjusting the motor applied voltage so that the difference between the current control value and the motor current detection value is small. The adjustment of the motor applied voltage is generally performed by PWM (pulse width modulation) control duty. It is done by adjusting the tee ratio.

【0003】ここで、電動パワーステアリング装置の一
般的な構成を図8に示して説明すると、操向ハンドル1
の軸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を経て操向車輪のタイロッ
ド6に結合されている。軸2には、操向ハンドル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、操向ハンドル1の操舵力を補助するモータ20がク
ラッチ21、減速ギア3を介して軸2に結合されてい
る。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30には、バッテリ14からイグニションキー1
1を経て電力が供給され、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Tと車速
センサ12で検出された車速Vとに基いてアシスト指令
の操舵補助指令値Iの演算を行ない、演算された操舵補
助指令値Iに基いてモータ20に供給する電流を制御す
る。クラッチ21はコントロールユニット30でON/
OFF制御され、通常の動作状態ではON(結合)され
ている。そして、コントロールユニット30によりパワ
ーステアリング装置が故障と判断された時、及びイグニ
ションキー11によりバッテリ14の電源(電圧Vb)
がOFFとなっている時に、クラッチ21はOFF(切
離)される。
Here, a general structure of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG.
The shaft 2 is connected to a tie rod 6 of a steering wheel via a reduction gear 3, universal joints 4a and 4b, and a pinion rack mechanism 5. The shaft 2 is provided with a torque sensor 10 for detecting the steering torque of the steering wheel 1, and a motor 20 for assisting the steering force of the steering wheel 1 is coupled to the shaft 2 via a clutch 21 and a reduction gear 3. Has been done. The control unit 30 for controlling the power steering device includes a battery 14 and an ignition key 1
Power is supplied via 1 and the control unit 30
Calculates the steering assist command value I of the assist command based on the steering torque T detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 12, and based on the calculated steering assist command value I. The current supplied to the motor 20 is controlled. The clutch 21 is turned on by the control unit 30 /
It is turned off, and is turned on (coupled) in a normal operating state. Then, when the control unit 30 determines that the power steering device has a failure, and when the ignition key 11 is used, the power source (voltage Vb) of the battery 14 is supplied.
When is off, the clutch 21 is turned off (disengaged).

【0004】コントロールユニット30は主としてCP
U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図9のようになる。
例えば位相補償器31は独立したハードウェアとしての
位相補償器を示すものではなく、CPUで実行される位
相補償機能を示している。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で検出さ
れて入力される操舵トルクTは、操舵系の安定性を高め
るために位相補償器31で位相補償され、位相補償され
た操舵トルクTAが操舵補助指令値演算器32に入力さ
れる。又、車速センサ12で検出された車速Vも操舵補
助指令値演算器32に入力される。操舵補助指令値演算
器32は、入力された操舵トルクTA及び車速Vに基い
てモータ20に供給する電流の制御目標値である操舵補
助指令値Iを決定し、操舵補助指令値演算器32にはメ
モリ33が付設されている。メモリ33は車速Vをパラ
メータとして操舵トルクに対応する操舵補助指令値Iを
格納しており、操舵補助指令値演算器32による操舵補
助指令値Iの演算に使用される。操舵補助指令値Iは減
算器30Aに入力されると共に、応答速度を高めるため
のフィードフォワード系の微分補償器34に入力され、
減算器30Aの偏差(I−i)は比例演算器35に入力
され、その比例出力は加算器30Bに入力されると共に
フィードバック系の特性を改善するための積分演算器3
6に入力される。微分補償器34及び積分補償器36の
出力も加算器30Bに加算入力され、加算器30Bでの
加算結果である電流制御値Eが、モータ駆動信号として
モータ駆動回路37に入力される。モータ20のモータ
電流値iはモータ電流検出回路38で検出され、モータ
電流値iは減算器30Aに入力されてフィードバックさ
れる。
The control unit 30 is mainly a CP
Although it is composed of U, a general function executed by a program inside the CPU is shown in FIG.
For example, the phase compensator 31 does not represent a phase compensator as an independent hardware but a phase compensating function executed by the CPU. The function and operation of the control unit 30 will be described. The steering torque T detected and input by the torque sensor 10 is phase-compensated by the phase compensator 31 to enhance the stability of the steering system, and the steering torque is phase-compensated. TA is input to the steering assist command value calculator 32. The vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 12 is also input to the steering assist command value calculator 32. The steering assist command value calculator 32 determines the steering assist command value I, which is the control target value of the current supplied to the motor 20, based on the input steering torque TA and vehicle speed V, and the steering assist command value calculator 32 stores it. Is provided with a memory 33. The memory 33 stores the steering assist command value I corresponding to the steering torque with the vehicle speed V as a parameter, and is used by the steering assist command value calculator 32 to calculate the steering assist command value I. The steering assist command value I is input to the subtractor 30A and also to the feed-forward differential compensator 34 for increasing the response speed,
The deviation (I-i) of the subtractor 30A is input to the proportional calculator 35, and its proportional output is input to the adder 30B and an integral calculator 3 for improving the characteristics of the feedback system.
6 is input. The outputs of the differential compensator 34 and the integral compensator 36 are also added and input to the adder 30B, and the current control value E that is the addition result of the adder 30B is input to the motor drive circuit 37 as a motor drive signal. The motor current value i of the motor 20 is detected by the motor current detection circuit 38, and the motor current value i is input to the subtractor 30A and fed back.

【0005】モータ駆動回路37の構成例を図10に示
して説明すると、モータ駆動回路37は加算器30Bか
らの電流制御値Eに基いて電界効果トランジスタ(FE
T)FET1〜FET4の各ゲートを駆動するFETゲ
ート駆動回路371、FET1〜FET4で成るHブリ
ッジ回路、FET1及びFET2のハイサイド側を駆動
する昇圧電源372等で構成されている。FET1及び
FET2は、電流制御値Eに基いて決定されるデューテ
ィ比D1のPWM(パルス幅変調)信号によってON/
OFFされ、実際にモータ20に流れる電流Irの大き
さが制御される。FET3及びFET4は、デューティ
比D1の小さい領域では所定1次関数式(a,bを定数
としてD2=a・D1+b)で定義されるデューティ比
D2のPWM信号で駆動され、デューティ比D2も10
0%に達した以降、PWM信号の符号により決定される
モータ20の回転方向に応じてON/OFFされる。
An example of the configuration of the motor drive circuit 37 will be described with reference to FIG. 10. The motor drive circuit 37 is based on the current control value E from the adder 30B and is based on the field effect transistor (FE).
T) An FET gate drive circuit 371 that drives each gate of FET1 to FET4, an H bridge circuit that includes FET1 to FET4, and a boosting power supply 372 that drives the high side of FET1 and FET2. FET1 and FET2 are turned on / off by a PWM (pulse width modulation) signal having a duty ratio D1 determined based on the current control value E.
When turned off, the magnitude of the current Ir that actually flows through the motor 20 is controlled. FET3 and FET4 are driven by a PWM signal having a duty ratio D2 defined by a predetermined linear function equation (D2 = a · D1 + b with a and b as constants) in a region where the duty ratio D1 is small, and the duty ratio D2 is also 10
After reaching 0%, it is turned on / off according to the rotation direction of the motor 20 determined by the sign of the PWM signal.

【0006】図3は、図10に示すようなHブリッジ回
路のFET1〜FET4のON/OFFと、モータ20
を流れる電流との関係を示しており、例えばFET3が
導通状態にあるときは、電流はFET1、モータ20、
FET3、抵抗R1を経て流れ(モードA)、モータ2
0に正方向の電流が流れる。又、FET4が導通状態に
あるときは、電流はFET2、モータ20、FET4、
抵抗R2を経て流れ(モードA)、モータ20に負方向
の電流が流れる。従って、加算器30Bからの電流制御
値EもPWM出力となっている。又、FET1がOFF
でFET3がONの場合には、FET4の回生ダイオー
ドを介して電流が流れ(モードB)、FET1及びFE
T3が共にOFFの場合には、モータ20に蓄えられて
いた磁気エネルギーが電気エネルギーに変換され、FE
T2及びFET4の各回生ダイオードを介して電流が流
れる(モードC)。そして、モータ電流検出回路38は
抵抗R1の両端における電圧降下に基いて正方向電流の
大きさを検出すると共に、抵抗R2の両端における電圧
降下に基いて負方向の電流の大きさを検出する。モータ
電流検出回路38で検出されたモータ電流値iは、減算
器30Aに入力されてフィードバックされる。
FIG. 3 shows an ON / OFF state of the FET1 to FET4 of the H bridge circuit as shown in FIG.
Shows the relationship with the current flowing through, for example, when the FET3 is in the conducting state, the current is the FET1, the motor 20,
Flows through FET3 and resistor R1 (mode A), motor 2
A positive current flows to 0. When the FET4 is in the conductive state, the current is FET2, the motor 20, the FET4,
The current flows through the resistor R2 (mode A), and a negative current flows through the motor 20. Therefore, the current control value E from the adder 30B is also a PWM output. Also, FET1 is OFF
When FET3 is ON, current flows through the regenerative diode of FET4 (mode B), FET1 and FE
When both T3 are OFF, the magnetic energy stored in the motor 20 is converted into electric energy and FE
A current flows through each regenerative diode of T2 and FET4 (mode C). Then, the motor current detection circuit 38 detects the magnitude of the positive current based on the voltage drop across the resistor R1 and the magnitude of the negative current based on the voltage drop across the resistor R2. The motor current value i detected by the motor current detection circuit 38 is input to the subtractor 30A and fed back.

【0007】尚、モードA〜Cでの実効電流Ie及び実
効電圧Veは図4の(A)及び(B)に示すようにな
る。つまり、モードBはHブリッジ回路内での回生モー
ドであり、このモードBでは基板抵抗やダイオードのO
N電圧に起因した損失があり、このためにモードA及び
Cの発生時間に差を生じる。この結果、実効電圧Veを
発生し、R=Ve/Ieなるインピーダンスを持つこと
になる。
The effective current Ie and the effective voltage Ve in the modes A to C are as shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B). That is, mode B is a regeneration mode in the H bridge circuit, and in this mode B, the substrate resistance and the diode O
There is a loss due to the N voltage, which causes a difference in the time of occurrence of modes A and C. As a result, the effective voltage Ve is generated and the impedance is R = Ve / Ie.

【0008】このような電動パワーステアリング装置の
制御装置では、モータの慣性の影響を補償したり、車両
のヨーレートの収れん性制御のために、モータ角速度や
モータ角加速度の推定値若しくは検出値に基づいた制御
を行なっている。特開平3−74262号公報に示され
るように、コスト低減という大きな目的から、角速度は
モータに発生する逆起電力から推定する方法が一般的に
知られている。即ち、従来モータ角速度の推定は、モー
タの端子間電圧及びモータ電流を検出し、モータのイン
ピーダンスモデルを基にしてモータ逆起電力を算出し、
そのモータ逆起電力がモータ角速度に比例して発生する
ということにより行なっている。
In such a control device for an electric power steering system, in order to compensate for the influence of the inertia of the motor and to control the convergence of the yaw rate of the vehicle, the controller is based on the estimated value or the detected value of the motor angular velocity or the motor angular acceleration. Control. As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-74262, a method of estimating the angular velocity from the back electromotive force generated in the motor is generally known for the great purpose of cost reduction. That is, in the conventional estimation of the motor angular velocity, the voltage between the terminals of the motor and the motor current are detected, and the motor back electromotive force is calculated based on the impedance model of the motor.
The motor back electromotive force is generated in proportion to the motor angular velocity.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】一般的に、モータの電
気的時定数に対してPWM駆動の周波数が十分に高い場
合、駆動方式の特性は無視できる。しかしながら、モー
タの駆動方法として、図10に示すようなHブリッジ回
路で対角に位置する上下のFETをPWM駆動する方式
を採用している場合、図11に示すようにデューティ比
対モータ電流特性に不感帯DBを生じる。図11の曲線
B1が通常の操舵(角速度ω=0)を示し、曲線A1が
ハンドル戻りの操舵を示している。この不感帯DBでは
電流がPWM周期で間欠的に流れることから、ここでは
「断続モード」と呼ぶ。断続モードは、図12の(A)
に示すようにPWMの1サイクル内に電流I=0となる
区間を有するモードである。これに対し、同図の破線の
ように1サイクル内にI=0とならないとその電流分だ
け順次重畳され、同図(B)のように電流Iが上昇する
ことから、ここでは「連続モード」と呼ぶ。この連続モ
ードでは、モータの電気的時定数に比べてPWM周期が
十分に短い時は、モータの電気的特性に応じた過渡応答
を示す。また、断続モードでは、駆動方式が電流及びモ
ータへの実効印加電圧に影響を及ぼしているため、結果
として駆動方式が駆動系のインピーダンスに及ぼす影響
が無視できない。
Generally, when the frequency of PWM drive is sufficiently high with respect to the electric time constant of the motor, the characteristics of the drive system can be ignored. However, when the method of PWM driving the upper and lower FETs diagonally located in the H bridge circuit as shown in FIG. 10 is adopted as the motor driving method, as shown in FIG. Produces a dead zone DB. A curve B1 in FIG. 11 indicates normal steering (angular velocity ω = 0), and a curve A1 indicates steering for steering wheel return . In the dead zone DB, the current flows intermittently in the PWM cycle, and is referred to herein as the "intermittent mode". The intermittent mode is shown in FIG.
As shown in, the current I becomes 0 within one PWM cycle.
This is a mode having sections . On the other hand, if I = 0 is not satisfied within one cycle as indicated by the broken line in the figure, the current is sequentially superimposed by that amount, and the current I rises as shown in FIG.
Therefore, it is called “continuous mode” here . In this continuous mode, when the PWM cycle is sufficiently shorter than the electric time constant of the motor, it exhibits a transient response according to the electric characteristics of the motor. Further, in the intermittent mode, the drive system affects the current and the effective applied voltage to the motor, and as a result, the effect of the drive system on the impedance of the drive system cannot be ignored.

【0010】従って、駆動系の影響が考慮されていない
従来の推定方式では、インピーダンスモデルが実際と異
なることによるモータ角速度推定誤差を発生する。つま
り、従来の推定方式では、デューティ比とバッテリ電圧
よりモータ印加電圧を推定しているため、モータ印加電
圧の推定値に誤差が生じるからである。その結果、図2
の特性V1に示すように、モータが回っていないにも拘
わらずモータが回っているが如く推定されたり、電流の
小さい領域では、角速度が小さく推定される問題があっ
た。つまり、逆起電力は図2に示すような電流I対モー
タ端子間電圧Vのグラフ上では、ω=0のときの特性
V2と実際の特性V1との差として求められる。従っ
て、ω=0のときのモデルV2と実際の特性V1との差
eはオフセット誤差となり、ω=0に拘らずモータが回
転しているように推定してしまう。従来の推定モデルV
2は、断続モードでのインピーダンスを考慮していない
ため、オフセットの誤差を発生するのである。尚、図2
において、r1はVe/Ieであり、r2はモータの内
部抵抗にほぼ等しいインピーダンスである。上記制御系
では、モータの角速度推定値に基づいて、モータの慣性
の補償、車両のヨーレートの収れん性の制御、電動パワ
ーステアリングの摩擦の補償を行なっているが、これら
の制御が十分に機能せず操舵性能を悪くしていた。
Therefore, in the conventional estimation method in which the influence of the drive system is not taken into consideration, a motor angular velocity estimation error occurs due to the impedance model being different from the actual one. That is, in the conventional estimation method, since the motor applied voltage is estimated from the duty ratio and the battery voltage, an error occurs in the estimated value of the motor applied voltage. As a result,
As indicated by the characteristic V1 of 1., there is a problem that the motor is estimated to be rotating even though the motor is not rotating, or the angular velocity is estimated to be small in a region where the current is small. That is, the counter electromotive force is obtained as the difference between the characteristic V2 when ω = 0 and the actual characteristic V1 on the graph of the current I versus the voltage V M between the motor terminals as shown in FIG. Therefore, the difference e between the model V2 and the actual characteristic V1 when ω = 0 becomes an offset error, and it is estimated that the motor is rotating regardless of ω = 0. Conventional estimation model V
In No. 2, since the impedance in the intermittent mode is not taken into consideration, an offset error occurs. Incidentally, FIG.
In, r1 is Ve / Ie and r2 is an impedance that is approximately equal to the internal resistance of the motor. The control system performs compensation of the inertia of the motor, control of the convergence of the yaw rate of the vehicle, and compensation of the friction of the electric power steering based on the estimated value of the angular velocity of the motor, but these controls do not function sufficiently. The steering performance was poor.

【0011】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、電動パワーステアリング装
置のモータ角速度を高精度に推定することによって、モ
ータの慣性の補償、車両の収れん性制御等を十分に機能
発揮させて、ハンドルの操舵性を向上した電動パワース
テアリング装置の制御装置を提供することにある。
The present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is to accurately estimate the motor angular velocity of an electric power steering apparatus to compensate for the inertia of the motor and the convergence of the vehicle. It is an object of the present invention to provide a control device for an electric power steering device in which control and the like are sufficiently exerted to improve steering performance of a steering wheel.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、ステアリング
シャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵
補助指令値と、モータの電流値とから演算した電流制御
値に基いてステアリング機構に操舵補助力を与える前記
モータを、PWM周期で制御するようになっている電動
パワーステアリング装置の制御装置に関するもので、本
発明の上記目的は、前記PWM周期において電流がゼロ
となる区間を有する断続モード及び前記PWM周期にお
いて電流がゼロとなる区間を有さない連続モードの各モ
ータ駆動系のインピーダンスモデルを定義してモータ角
度推定を行なうことによって達成される。また、前記
モータ角速度推定における逆起電力演算部に、前記モー
タ電流値に比例する不感帯を設定し、前記不感帯のゲイ
ンを前記断続モード及び連続モードで切替えるようにし
ても良い。
According to the present invention, a steering mechanism is steered based on a current control value calculated from a steering assist command value calculated based on a steering torque generated on a steering shaft and a motor current value. said motor providing an auxiliary force, relates controller of an electric power steering device adapted to control the PWM period, the object of the present invention, current is zero at the PWM period
In the intermittent mode and the PWM cycle
There is achieved by current performing motor angle <br/> speed Do推 constant defines the impedance model of the motor drive system in continuous mode with no interval becomes zero. Also, the above
A dead band proportional to the motor current value may be set in the back electromotive force calculation unit in the motor angular velocity estimation, and the gain of the dead band may be switched between the intermittent mode and the continuous mode.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明では、断続モードと連続モ
ードとでそれぞれ異なったモータ駆動系のインピーダン
スモデルを定義することにより、駆動方式が駆動系イン
ピーダンスに及ぼす影響を考慮し、モータ角速度推定を
行なうことにより高精度なモータ角速度推定を可能にし
ている。更に、温度変動によるモータ駆動系のインピー
ダンス特性変化により発生する推定誤差を補償すべく電
流値に比例する不感帯を設定し、不感帯のゲインを断続
モードと連続モードとで切替えるようにしている。又、
モータ温度を測定あるいは推定し、温度変動による推定
誤差を補償するようにしても良い。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, by defining different impedance models of a motor drive system for the intermittent mode and the continuous mode, the influence of the drive system on the drive system impedance is taken into consideration to estimate the motor angular velocity. By doing so, it is possible to estimate the motor angular velocity with high accuracy. Further, a dead band proportional to the current value is set in order to compensate for an estimation error caused by a change in impedance characteristic of the motor drive system due to a temperature change, and the dead band gain is switched between the intermittent mode and the continuous mode. or,
The motor temperature may be measured or estimated to compensate the estimation error due to the temperature fluctuation.

【0014】以下、本発明の実施例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.

【0015】先ず本発明によるモータ角速度ωの推定と
その補償形態を、図9に対応させて図1に示す。コント
ロールユニット30A内のモータ角速度推定器301
は、電流制御値E(モータ端子間電圧に対応)及びモー
タ電流値iよりモータ角速度ωを推定し、推定されたモ
ータ角速度ωをロストルク補償器303及び収れん性制
御器304に入力する。ロストルク補償器303及び収
れん性制御器304の出力はそれぞれ加減算器30Aに
入力され、ロストルク補償器303はモータ20のロス
トルクの発生する方向、つまりモータ20の回転方向に
対してロストルク相当のアシストを行ない、収れん性制
御器304は、車両のヨーの収れん性を改善するために
ハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるよう
になっている。また、モータ角速度ωはモータ角加速度
推定器(微分器)302に入力されてモータ角加速度が
推定され、モータ角加速度は慣性補償器305に入力さ
れ、その補償信号が加減算器30Aに入力されている。
慣性補償器305はモータ20の慣性により発生する力
相当分をアシストするものであり、慣性感又は制御の応
答性の悪化を防止する。
First, the estimation of the motor angular velocity ω according to the present invention and its compensation form are shown in FIG. 1 in correspondence with FIG. Motor angular velocity estimator 301 in control unit 30A
Estimates the motor angular velocity ω from the current control value E (corresponding to the voltage between the motor terminals) and the motor current value i, and inputs the estimated motor angular velocity ω to the loss torque compensator 303 and the convergence controller 304. The outputs of the loss torque compensator 303 and the convergence controller 304 are respectively input to the adder / subtractor 30A, and the loss torque compensator 303 assists the loss torque of the motor 20 in the direction in which the loss torque is generated, that is, the rotation direction of the motor 20. The agility controller 304 brakes the steering wheel swinging motion in order to improve the agility of the yaw of the vehicle. The motor angular velocity ω is input to the motor angular acceleration estimator (differentiator) 302 to estimate the motor angular acceleration, the motor angular acceleration is input to the inertia compensator 305, and the compensation signal is input to the adder / subtractor 30A. There is.
The inertia compensator 305 assists the force equivalent to the force generated by the inertia of the motor 20, and prevents deterioration of the sense of inertia or the responsiveness of control.

【0016】本発明において、断続モードでインピーダ
ンスを発生する理由は、図4に対応させて図5に示すよ
うに立ち上がり時、立ち下がり時の時定数に比べ回生モ
ード(モードB)での時定数が、ダイオードのON電
圧、FETのON抵抗の影響により大きくなり、その結
果実効電圧Veを発生することによる。尚、図5の
(C)はモータ端子間電圧Vを示し、同図(D)はモ
ータ電流値(実効電流)Ieを示し、同図(E)は電流
検出値Idを示している。コントロールユニットでは、
断続的に流れる実効電流値Ieと電流検出値Idが図5
の(D)及び(E)のようにモニターされるので、これ
ら実効電流値Ieで求まるインピーダンスをモータ駆動
系が持っていると認識する。その結果、図2に示すよう
な電流対電圧特性で表わされるインピーダンスとして認
識される。図2において、V1が実際の特性であり、V
2が従来のモデルを示しており、推定誤差eが生じてい
る。
In the present invention, the reason why the impedance is generated in the intermittent mode is that the time constant in the regenerative mode (mode B) is greater than the time constant in the rising and falling as shown in FIG. 5 corresponding to FIG. Is increased due to the influence of the ON voltage of the diode and the ON resistance of the FET, and as a result, the effective voltage Ve is generated. 5C shows the voltage V M between the motor terminals, FIG. 5D shows the motor current value (effective current) Ie, and FIG. 5E shows the current detection value Id. In the control unit,
The effective current value Ie flowing intermittently and the detected current value Id are shown in FIG.
(D) and (E) are monitored, and it is recognized that the motor drive system has the impedance obtained by these effective current values Ie. As a result, it is recognized as an impedance represented by a current-voltage characteristic as shown in FIG. In FIG. 2, V1 is the actual characteristic, and V1
2 shows the conventional model, and the estimation error e has occurred.

【0017】ここで、断続モードでは、図5を基にイン
ピーダンスRdを求めると、下記数1のようにデューテ
ィ比D1の関数で表わされる。尚、図2において電流I
よりも小さい領域が断続モードでのインピーダンスを
示し、電流I以上の領域が連続モードでのインピーダ
ンスを示している。
Here, in the intermittent mode, when the impedance Rd is obtained based on FIG. 5, it is expressed as a function of the duty ratio D1 as shown in the following expression 1. In FIG. 2, the current I
A region smaller than O indicates impedance in the intermittent mode, and a region equal to or higher than the current I O indicates impedance in the continuous mode.

【0018】[0018]

【数1】Rd=(m1・D1+m2・D1)/(m3
・D1+m4・D1+m5) ただし、m1,m2,m3,m4,m5はバッテリ電圧
(Vb)、PWM周期、モータの時定数で決まる定数で
ある。
[Formula 1] Rd = (m1 · D1 2 + m2 · D1) / (m3
* D1 2 + m4 * D1 + m5) However, m1, m2, m3, m4, and m5 are constants determined by the battery voltage (Vb), the PWM cycle, and the time constant of the motor.

【0019】しかしながら、実用上は、一定値のインピ
ーダンスR1と近似できる。断続モードから連続モード
への変曲点は、実際にはモータ角速度に従い変化する。
しかしながら、断続モードにおけるインピーダンスが十
分に大きいことから、一定の電流値になったら変曲する
とみなすことができる。従って、電流Iを検出して推
定のためのインピーダンスモデルを切り換えるようにす
るため、次の数2のようなインピーダンスモデルを定義
できる。
However, in practice, it can be approximated to a constant impedance R1. The inflection point from the intermittent mode to the continuous mode actually changes according to the motor angular velocity.
However, since the impedance in the intermittent mode is sufficiently large, it can be considered that the inflection occurs at a constant current value. Therefore, in order to detect the current I O and switch the impedance model for estimation, an impedance model such as the following equation 2 can be defined.

【0020】[0020]

【数2】I<Iの場合 K・ω=V−R1・i I≧Iの場合 K・ω=V−(R2・i+b) ただし、K・ωは逆起電力の推定値、Iは断続モー
ドから連続モードへ切り換わる電流値、R1は基準温度
における断続モードのインピーダンス、R2は基準温度
における連続モードのインピーダンスである。
[Number 2] I <For I O For K T · ω = V M -R1 · i I ≧ I O K T · ω = V M - (R2 · i + b) However, K T · ω counter electromotive force estimate of, I O is the current value switches from intermittent mode to continuous mode, R1 is the impedance of the intermittent mode at the reference temperature, R2 is the impedance of the continuous mode at the reference temperature.

【0021】一方、実際のモータ駆動系の特性は、温度
変動の影響を受ける。従来は、温度変動の影響を排除す
るため電流値に比例した不感帯を設定することにより対
処してきた。本発明においても、電流値に比例した不感
帯を設定することで,モータ内部抵抗のモデル化誤差と
その温度変動の影響を排除できる。ここで、不連続モー
ドのインピーダンス直線は、図6のように温度変動に拘
わらず必ず原点を通り、連続モードでは必ず切片bを通
ることが定性的に分かっており、以下の条件で不感帯を
設定すればよいことが分かる。尚、図6において、Wは
温度変動を受けてインピーダンス特性が存在する幅を示
しており、Vはインピーダンス特性が変曲するモータ
端子間電圧値である。
On the other hand, the actual characteristics of the motor drive system are affected by temperature fluctuations. Conventionally, in order to eliminate the influence of temperature fluctuation, a dead zone proportional to the current value has been set. Also in the present invention, by setting the dead zone proportional to the current value, it is possible to eliminate the influence of the modeling error of the motor internal resistance and its temperature fluctuation. Here, it is qualitatively known that the impedance straight line in the discontinuous mode always passes through the origin regardless of the temperature variation as shown in FIG. 6 and always passes through the intercept b in the continuous mode, and the dead zone is set under the following conditions. You know what you need to do. In FIG. 6, W indicates the width in which the impedance characteristic is present due to the temperature change, and V O is the voltage value between the motor terminals where the impedance characteristic changes.

【0022】[0022]

【数3】I<IO/Kの場合 *KT・ω=KT・ω−K1・i I≧IO/Kの場合 *KT・ω=KT・ω−K2・i ただし、K1は断続モードにおける不感帯比例定数、K
2は連続モードにおける不感帯比例定数、Kは基準温度
における断続モードインピーダンスと温度変動を受けて
後のインピーダンスの比であり、K1・i及びK2・i
が不感帯を示している。
[Expression 3] I <IO / K * KT · ω = KT · ω-K1 · i I ≧ IO / K * KT · ω = KT · ω-K2 · i where K1 is a dead zone in the intermittent mode Proportional constant, K
2 is a dead zone proportional constant in the continuous mode, K is a ratio between the impedance of the intermittent mode at the reference temperature and the impedance after the temperature variation, and K1 · i and K2 · i
But that shows the dead zone.

【0023】上記例では、不感帯を設定することにより
温度変動の影響を補償したが、温度変動が大きいときは
モータ温度を推定あるいは、測定して補償すると良い。
ところで、モータ印加電圧からみて変曲する位置は、図
6に示すように温度に拘わらずほぼ一定である
(V)。なぜなら、変曲点は、上下段のFETのデュ
ーティ比が支配的であり、モータ印加電圧は、デューテ
ィ比とバッテリ電圧のみの関数で決まるからである。一
方、断続モードにおける電流は、モータの内部抵抗が大
きくなるほど小さくなる。よって、モータ駆動系の温度
変動は、図6の破線に示すように変化する。従って、温
度補償は、以下の数4の条件で行なえる。
In the above example, the influence of the temperature variation is compensated by setting the dead zone, but when the temperature variation is large, it is better to estimate or measure the motor temperature to compensate.
By the way, as shown in FIG. 6, the position of inflection viewed from the voltage applied to the motor is almost constant regardless of the temperature (V O ). This is because the inflection point is dominated by the duty ratios of the upper and lower FETs, and the motor applied voltage is determined by a function of only the duty ratio and the battery voltage. On the other hand, the current in the intermittent mode decreases as the internal resistance of the motor increases. Therefore, the temperature fluctuation of the motor drive system changes as shown by the broken line in FIG. Therefore, temperature compensation can be performed under the condition of the following expression 4.

【0024】[0024]

【数4】I<I/Kの場合 K・ω=V−R1T・i I≧I/Kの場合 K・ω=V−(R2T・i+b) ただし、R1Tは温度Tにおける断続モードのインピー
ダンス、R2Tは温度Tにおける連続モードのインピー
ダンス、K=R1T/R2Tである。
Equation 4] I <I O / K Y when K T · ω = V M -R 1T · i I ≧ I O / K Y when K T · ω = V M - (R 2T · i + b) However, R 1T is the impedance of the intermittent mode at the temperature T, R 2T is the impedance of the continuous mode at the temperature T, and K Y = R 1T / R 2T .

【0025】モータのインピーダンスモデルの変化は、
温度変動の他、製造誤差によるものがある。従って、不
感帯による補正方法と併用し補正を行なうことにより、
より高精度な推定が行なうことができる。尚、モータの
印加電圧については、従来は、デューティ比より推定す
る方法がとられていたが、モータ角速度をパラメータと
したモータ印加電圧とデューティ比の関係は、図7に示
すような非線形特性となるため、モータ印加電圧を直接
モニターに用いるのがよい。図7の実線が通常操舵時で
あり、一点鎖線がハンドル戻りの操舵である。
The change in the impedance model of the motor is
In addition to temperature fluctuations, there are manufacturing errors. Therefore, by performing the correction in combination with the dead zone correction method,
More accurate estimation can be performed. The applied voltage of the motor has conventionally been estimated from the duty ratio, but the relationship between the applied voltage and the duty ratio of the motor with the motor angular velocity as a parameter has a non-linear characteristic as shown in FIG. Therefore, it is preferable to directly use the motor applied voltage for monitoring. The solid line in FIG. 7 indicates the normal steering operation, and the alternate long and short dash line indicates the steering wheel return steering operation.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明では、断続モードと連続モードと
それぞれ異なったモータ駆動系のインピーダンスモデル
を定義することにより、駆動方式が駆動系インピーダン
スに及ぼす影響を考慮しており、かかる影響を除去して
モータ角速度推定を行なうようになっているので、高精
度なモータ角速度の推定が可能である。これにより、モ
ータの慣性の影響、フリクションを高精度に補償するこ
とができる。また、温度変動によるモータ駆動系のイン
ピーダンス特性変化により発生する推定誤差を補償すべ
く電流値に比例な不感帯を設定し、不感帯のゲインを断
続モードと連続モードとで切替えるようにしている。
According to the present invention, the influence of the drive system on the drive system impedance is taken into consideration by defining different impedance models of the motor drive system for the intermittent mode and the continuous mode. Since the motor angular velocity is estimated by using the above method, it is possible to estimate the motor angular velocity with high accuracy. Thereby, the influence of the inertia of the motor and the friction can be compensated with high accuracy. Further, a dead zone proportional to the current value is set in order to compensate for an estimation error caused by a change in the impedance characteristic of the motor drive system due to a temperature change, and the dead zone gain is switched between the intermittent mode and the continuous mode.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の構成例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the present invention.

【図2】本発明によるモータ電流対モータ端子間電圧の
関係を、従来例と比較して示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a motor current and a voltage between motor terminals according to the present invention in comparison with a conventional example.

【図3】Hブリッジ回路における電流の経路例を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a current path in an H-bridge circuit.

【図4】モードA〜Cにおける実効電圧及び実効電流の
例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of effective voltage and effective current in modes A to C.

【図5】本発明の動作を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the present invention.

【図6】温度によるインピーダンス変化を説明するため
の図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining impedance change due to temperature.

【図7】モータ角速度をパラメータとしたデューティ比
対モータ端子間電圧の関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a duty ratio and a voltage between motor terminals using a motor angular velocity as a parameter.

【図8】電動パワーステアリング装置の一例を示すブロ
ック構成図である
FIG. 8 is a block diagram showing an example of an electric power steering device.

【図9】コントロールユニットの一般的な内部構成を示
すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing a general internal configuration of a control unit.

【図10】モータ駆動回路の一例を示す結線図である。FIG. 10 is a connection diagram showing an example of a motor drive circuit.

【図11】デューティ比対モータ電流(端子間電圧)特
性の例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a duty ratio vs. motor current (terminal voltage) characteristic.

【図12】断続モードと連続モードを説明するための図
である。
FIG. 12 is a diagram for explaining an intermittent mode and a continuous mode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 操向ハンドル 5 ピニオンラック機構 10 トルクセンサ 12 車速センサ 20 モータ 30,30A コントロールユニット 1 Steering handle 5 pinion rack mechanism 10 Torque sensor 12 vehicle speed sensor 20 motor 30,30A control unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川田 秀明 群馬県前橋市鳥羽町78番地 日本精工株 式会社内 (72)発明者 板倉 裕輔 群馬県前橋市鳥羽町78番地 日本精工株 式会社内 (56)参考文献 特開 平9−39808(JP,A) 特開 平8−67261(JP,A) 特開 平3−176272(JP,A) 特開 平5−338544(JP,A) 特開 平3−74262(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62D 5/04 B62D 6/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hideaki Kawada, 78 Toba-cho, Maebashi, Gunma Prefecture, Nippon Seiko Co., Ltd. (72) Inventor, Yusuke Itakura 78, Toba-cho, Maebashi, Gunma, Japan 56) References JP-A 9-39808 (JP, A) JP-A 8-67261 (JP, A) JP-A 3-176272 (JP, A) JP-A 5-338544 (JP, A) Flat 3-74262 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) B62D 5/04 B62D 6/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ステアリングシャフトに発生する操舵トル
クに基いて演算された操舵補助指令値と、モータの電流
値とから演算した電流制御値に基いてステアリング機構
に操舵補助力を与える前記モータを、PWM周期で制御
するようになっている電動パワーステアリング装置の制
御装置において、前記PWM周期において電流がゼロと
なる区間を有する断続モード及び前記PWM周期におい
て電流がゼロとなる区間を有さない連続モードの各モー
タ駆動系のインピーダンスモデルを定義してモータ角速
度推定を行なうことを特徴とする電動パワーステアリン
グ装置の制御装置。
1. A motor for applying a steering assist force to a steering mechanism on the basis of a current control value calculated from a steering assist command value calculated based on a steering torque generated on a steering shaft and a motor current value , In a control device for an electric power steering device that is controlled in a PWM cycle, the current is zero in the PWM cycle.
In the intermittent mode having the following section and the PWM cycle
The motor angular velocity is defined by defining an impedance model for each motor drive system in continuous mode that does not have a section where the current becomes zero.
Control device for an electric power steering apparatus characterized by performing Do推 constant.
【請求項2】前記モータ角速度推定における逆起電力演
算部に、前記モータ電流値に比例する不感帯を設定し、
前記不感帯のゲインを前記断続モード及び連続モードで
切替えるようになっている請求項1に記載の電動パワー
ステアリング装置の制御装置。
2. A back electromotive force factor for estimating the motor angular velocity.
In the calculation unit, set a dead zone proportional to the motor current value,
The control device for the electric power steering device according to claim 1, wherein the gain of the dead zone is switched between the intermittent mode and the continuous mode.
【請求項3】モータ温度を測定し温度変動による推定誤
差を補償するようになっている請求項2に記載の電動パ
ワーステアリング装置の制御装置。
3. The control device for an electric power steering system according to claim 2, wherein the motor temperature is measured and an estimation error due to temperature fluctuation is compensated.
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