JP3599613B2 - Electric power steering apparatus and control method thereof - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータにより、運転者による操舵トルクを補助するトルクを発生させ、ステアリング系の操舵力を補助する自動車用の電動式パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動式パワーステアリング装置は、運転者がハンドルを回転させることによって生じる操舵トルクを操舵トルク検出手段によって検出し、この検出されたトルクの値に応じた電流を、ステアリング装置の機構に噛み合って配置された電動モータに印加することにより上記電動モータを回転駆動し、運転者による操舵トルクを補助するために必要なアシストトルクを発生させ、転舵を行うものである。また、一般にステアリング装置は、マニュアルステアリング装置，油圧パワーステアリング装置または電動式パワーステアリング装置のいずれにおいても、セルフアライニング機能を有しており、転舵後に直進状態に戻る過程で、運転者がハンドルを回転させる力を０にすれば（いわゆる手放し状態にすれば）、車輪は自動的に中立位置方向に戻ろうとする。この中立位置方向に戻ろうとするトルクは、車速が大きいほど大きい。このとき、車輪が例えば右に転舵しているものとすれば、セルフアライニング機能により車輪は中立位置方向つまり左方向に動く。手放し状態では、運転者がハンドルを回転させる力は０であるから、操舵トルクも本来は０のはずである。よって、操舵トルク検出手段により検出された値も０になり、電動モータは通電されず、アシストパワーは発生しないので、上記電動モータは、ステアリング装置の機構に噛み合ったまま左方向に回転する。もちろん、ハンドルも左へ回転する。
【０００３】
しかしながら、従来の電動式パワーステアリング装置においては、電動モーターのローターや車両及びステアリング系のフリクションなどに相当する摩擦力（フリクション）などにより、低車速走行時には転舵後のハンドルの戻りが悪く、また高車速走行時には戻り感やフリクション感等のオンセンタ感が悪いという問題があった。すなわち、低車速では、運転者がハンドルを回転させ転舵した後に直進状態に戻る過程において、マニュアルステアリング装置や油圧パーワーステアリング装置に比べ戻りが悪く、甚だしい場合には運転者がハンドルを直進方向へ回転しなおす必要があった。また、高車速では、車線変更や方向修正の為に転舵した後に直進に戻る過程（特に、手放し状態で戻る過程）において、セルフアライニング機能により車輪が中立位置方向に戻ろうとする時にも真ん中迄戻りきらず、甚だしい場合には運転者がハンドルを直進方向へ回転し直す必要があった。
【０００４】
これらを部分的に解消する方法として、例えば、特開平７−１８６９９４号公報において、低速のハンドル戻りを改善する方法が開示されている。これは、車速を検出する手段と、運転者がハンドルを回転させることによって生じる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、電動モータの回転速度を検出するモータ速度検出手段と、電動モータの回転加速度を検出するモータ加速度検出手段と、モータ速度検出手段からの信号と操舵トルク検出手段からの信号によりモータ回転方向と操舵トルクの方向とが同一方向か否かを判定する判定手段とを備え、判定が同一方向であれば車速と操舵トルクとに応じたアシストトルクを決定し、判定が異なる方向であれば車速と電動モータ回転速度または回転加速度とに応じ、低車速ではモータ回転方向と同一方向のアシストトルクを、高車速ではモータ回転方向と逆方向のアシストトルクを決定し、この決定されたアシストトルクに応じた電流を電動モータに印加し上記モータを回転駆動させてハンドル戻り性を向上させている。これにより、低車速では手放し時にハンドルの戻りを改善する効果は期待できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例では 車両のフリクションの左右差や路面のカントの影響でハンドル戻り特性に左右差が生じてしまう問題点があった。特に、車両及びステアリング系のフリクションなどは、フリクションの値が大きいと、その操舵の回転方向による各々のステアリング機構や車両の回転ないしは運動方向でのフリクションの大きさの差も大きくなる傾向があった。したがって、補正を一定値で実施すると、補正値を引き算した後の補正されていない残りのフリクションの差は益々大きくなり、セルフアライニング機能により車輪が中立位置方向に戻ろうとする力が同じ場合、右と左の操舵からの戻りの戻しトルク感や速度や戻り角の特性に大きなアンバランスが生じる問題点があった。
また、路面のカントは、セルフアライニング機能による車輪が中立位置方向に戻ろうとする力そのものに左右のアンバランスを発生させるので、これによっても右と左の操舵からの戻りの戻しトルク感や速度や戻り角の特性に大きなアンバランスが生じるという問題点があった。カントは、車線の中央部から路肩へ傾斜しているため、一般的には車線の中央部への操舵からの戻りは良い（強い）が、反対の路肩への操舵からの戻りは悪い（弱い）傾向があった。
更に、従来例では、高速車速で走行時のハンドル戻りの改善に対しては有効ではなかった。
また、モータ回転信号に基づいてハンドル戻しトルクを定める場合にも、モータの回転が止まってしまった場合には、モータはハンドルを戻す方向のトルクを発生させることが難しいといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、ハンドル戻り特性のアンバランスをなくし、低車速から高速まで、ハンドルを確実に中心に戻すことができる電動式パワーステアリング装置とその制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置は、運転者による操舵トルクを補助するトルクを発生させるモータのトルクを制御し、ハンドルの戻りの方向による車両及びステアリング系の摩擦力を補償するためのハンドル戻し補正量を設定するハンドル戻し補正手段を設けるとともに、上記ハンドル戻し補正手段に、ハンドルあるいはモータの回転方向、ないしはステアリング系の運動方向に応じて、上記ハンドル戻し補正量を補正する手段を設けて、上記摩擦力のアンバランスによるハンドル戻り特性の左右差を解消するようにしたものである。
【０００８】
請求項２に記載の電動式パワーステアリング装置は、上記ハンドル戻し補正手段を、上記ハンドル戻し補正量に対応する補正電流をモータ制御電流に加算し、ハンドルないしはモータの回転方向にトルクを付加する構成とし、ハンドル戻り特性の左右差を解消するようにしたものである。
【０００９】
請求項３に記載の電動式パワーステアリング装置は、請求項１記載のハンドル戻し補正手段を、タイヤが路面から受ける路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出手段と、上記路面反力トルク検出手段の出力に基づいてハンドル戻し補正量を求める手段とを備えた構成としたものである。
【００１０】
請求項４に記載の電動式パワーステアリング装置は、路面反力トルク検出手段は、ハンドル角検出手段と、上記ハンドル角検出手段の出力に基づいて路面反力トルクを求める手段とを備えたものである。
【００１１】
請求項５に記載の電動式パワーステアリング装置は、運転者による操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段とを設けるとともに、上記路面反力トルク検出手段を、上記操舵トルク検出手段の出力に、上記モータの電流検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータトルクを加算し、更に、ステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算した値をローパスフィルタないしは遅延フィルタを通し、路面反力トルク推定値を得る路面反力トルク推定手段と、上記路面反力トルク推定値に基づいて、ハンドル戻し補正量を求める手段とにより構成し、ハンドル戻り特性の左右差を解消するようにしたものである。
【００１２】
請求項６に記載の電動式パワーステアリング装置は、操舵トルク検出手段を設けるとともに、上記路面反力トルク検出手段を、上記操舵トルク検出手段の出力に基づいて路面反力トルク推定値を得る路面反力トルク推定手段により構成したものである。
【００１３】
請求項７に記載の電動式パワーステアリング装置は、操舵トルク検出手段を設けるとともに、上記路面反力トルク検出手段を、上記操舵トルク検出手段の出力にローパスないしは遅延フィルタを演算して路面反力トルク推定値を得る路面反力トルク推定手段により構成したものである。
【００１４】
請求項８に記載の電動式パワーステアリング装置は、モータ電流検出手段を設けるとともに、上記路面反力トルク検出手段を、上記モータの電流検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータトルクに基づいて路面反力トルク推定値を得る路面反力トルク推定手段により構成したものである。
【００１５】
請求項９に記載の電動式パワーステアリング装置は、モータ電流検出手段を設けるとともに、上記路面反力トルク検出手段を、上記モータの電流検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータトルクにローパスないしは遅延フィルタを演算して路面反力トルク推定値を得る路面反力トルク推定手段により構成したものである。
【００１６】
請求項１０に記載の電動式パワーステアリング装置の制御方法は、ステアリング系の操舵力を補助する電動式パワーステアリング装置において、運転者による操舵トルクを補助するトルクを発生させるモータのトルクを制御して、ハンドルの戻り時の車両及びステアリング系の摩擦力を補償するとともに、ハンドルあるいはモータの回転方向、ないしはステアリング系の運動方向に応じて上記補償量を設定するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
なお、本発明は、マイコンのソフトウエアのみで従来の技術の課題を解決可能であり、制御装置のハードウエアについては従来の技術のものと変更点はないので説明は省略する。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わる電動式パワーステアリング装置の構成を示すブロック図で、同図において、１は操舵トルクを検出する操舵トルク検出器、２は操舵トルク検出器１の出力である操舵トルク信号に基づいて操舵補助トルク信号を演算する操舵トルク制御器、３はモータ速度検出器５で検出したモータ速度信号に基づいてダンピング補償信号を演算するダンピング補償器、４はモータ加速度検出器６で検出したモータ加速度信号に基づいて慣性補償信号を演算する慣性補償器である。
７０Ａはモータ速度検出器５で検出したモータ速度からモータ１０の回転方向を判別するモータ回転方向判別器７１と、ハンドルを回転させる方向に発生するモータのロータのフリクションや車両及びステアリング系のフリクション等を打ち消すようなトルクを、モータ１０に発生させるためのハンドル戻し補助トルク信号を出力する戻しトルク補償器７２と、上記ハンドル戻し補助トルク信号に対して、モータ回転方向判別器７１の出力に基づき、左，右の回転方向により異なるモータのロータのフリクションや車両及びステアリング系のフリクション等の方向差を補正する方向係数補償器７３とを備え、モータ１０がハンドルを原点に復帰させる方向にトルクを発生させるための、方向によるアンバランスを補正したハンドル戻し補助トルク信号を出力するハンドル戻し補正手段である。
８は第１の加算器１２で演算された操舵補助トルク信号，方向によるアンバランスを補正したハンドル戻し補助トルク信号，ダンピング補償信号，慣性補償信号の和である目標トルクから、目標電流信号を演算するモータ電流決定手段、９は第２の加算器１３で得られた、目標電流信号とモータ電流検出器１１で検出されたモータ電流信号との誤差に基づいてモータ１０に印加する電圧を決定するとともに、モータ１０に上記電圧を印加するモータ駆動器で、モータ１０では印加された上記電圧に応じてモータ電流値が応答し、このモータ電流値に略比例関係にあるアシストトルクを発生してステアリング機構を駆動する。また、１４は車速を検出するとともに、操舵トルク制御器２，戻しトルク補償器７２，ダンピング補償器３及び慣性補償器４に車速信号を出力する車速検出器である。
【００１９】
次に、上記構成の電動式パワーステアリング装置の動作について、図２のフローチャートに基づき説明する。本実施の形態１の従来技術と異なる点は、図１のブロック図中の一点鎖線で囲まれた、目標電流を演算するまでのアルゴリズムであり、モータ電流の制御に関しては、例えばＰＩＤ式の電流Ｆ／Ｂ制御、あるいは目標電流とモータ速度信号とに基づくオープンループ制御等の一般的に行われる制御を行う。また、制御方式としては、ディジタル制御またはアナログ制御いずれの方式に基づいて実施してもよい。
以下では、目標電流を演算するまでのアルゴリズムに限定して説明を行う。
なお、図２のフローチャートでは、ハンドル戻し補正手段７０Ａ内で行う、方向によるアンバランスを補正されたハンドル戻し補助トルク信号を演算する演算ステップ（ステップＳ２２０，Ｓ２２１）を、ステップＳ２０７とステップＳ２０８間に挿入した構成とした。
まず、ステップＳ２０２で、操舵トルク検出器１で検出された操舵トルク信号を読み込みメモリに記憶し、ステップＳ２０３で、モータ速度検出器５で検出されたモータ速度信号を読み込みメモリに記憶する。次に、ステップＳ２０４で、モータ加速度検出器６により、モータ速度信号を微分演算してモータ加速度信号を得るとともに、これをメモリに記憶する。
次に、ステップＳ２０５，Ｓ２０６では、操舵トルク制御器２により、操舵トルク信号の周波数特性を改善するために、図示しない位相補償器に通す（ステップＳ２０５）とともに、位相補償器に通した操舵トルク信号に対して、マップ演算により、操舵補助トルク信号を求めてメモリに記憶する（ステップＳ２０６）。ステップＳ２０７では、ハンドル戻し補正手段７０Ａのモータ回転方向判別器７１により、モータ速度検出器５の信号に対して連動して動作するハンドル，モータ，ステアリングメカの回転もしくは運動方向を判別してメモリに記憶する。
【００２０】
次に、上述した演算ステップであるステップＳ２２０に進み、戻しトルク補償器７２により、回転もしくは運動方向に応じて発生するフリクションを打ち消すべく、回転もしくは運動方向に作用させる戻し補償トルクを演算してメモリに記憶する。その後、ステップＳ２２１で、方向係数補償器７３により、モータ１０のロータのフリクションや車両やステアリングの機構部のフリクションの回転ないしは運動方向による違いを適切に補償するように、各々の回転方向に応じたハンドル戻し補助トルク信号の方向による補正係数を演算して上記戻し補償トルクを補正した方向差補正後の戻し補償トルクを求め、これをメモリに記憶する。例えば、ハンドル軸で、右回転時のフリクションの方が左操舵時より２０％大きければ、右回転で戻す場合のハンドル戻し補助トルク信号を２０％大きくなるように補正係数を設定する。
【００２１】
演算ステップ（Ｓ２２０，Ｓ２１１）が終了すると、ステップＳ２０８に進み、ダンピング補償器３により、モータ速度信号に比例ゲインを乗じてダンピング補償信号を求めメモリに記憶し、次いで、ステップＳ２０９で、慣性補償器４により、モータ加速度信号に比例ゲインを乗じて慣性補償信号を求めメモリに記憶する。
その後、ステップＳ２１０において、第１の加算器１２により、操舵補助トルク信号，方向差補正後のハンドル戻し補助トルク信号，ダンピング補償信号，慣性補償信号の和を求め、これを目標トルクとしてメモリに記憶する。ステップＳ２１１では、モータ電流決定手段８により、上記ステップＳ２１０で求められた目標トルクにゲインを乗じて目標電流を求めてメモリに記憶する。このときのゲインは、モータ１０のハンドル軸換算でのトルク定数の逆数としておく。
【００２２】
なお、上記実施の形態１において、操舵トルク制御器２，戻しトルク補償器７２，ダンピング補償器３，慣性補償器４のゲイン等の各制御パラメータは、車速検出器１４の出力に応じて変更する。このとき、ステアリング機構自身のダンピングが強い車両や、ハンドル軸換算の慣性モーメントが小さなモータを装着した車両については、ダンピング補償器３，慣性補償器４の各ゲインを０としてもよく、この場合は、モータ速度検出器５，モータ加速度検出器６，ダンピング補償器３，慣性補償器４は不要となる。また、操舵トルク制御器２を操舵トルク信号並びにその微分値に対して操舵補助トルク信号を求める構成としても良い。
【００２３】
このように、本実施の形態１では、モータ速度からモータ１０の回転方向を判別するモータ回転方向判別器７１と、車両及びステアリング系の摩擦力を打ち消すようなトルクをモータ１０に発生させるためのハンドル戻し補助トルク信号を出力する戻しトルク補償器７２と、上記ハンドル戻し補助トルク信号に対して、モータ回転方向判別器７１の出力に基づき、左，右の回転方向により異なる上記摩擦力の方向差を補正する方向係数補償器７３とを有するハンドル戻し補正手段７０Ａを備え、ハンドルの回転ないしはステアリング系の運動方向に応じて、上記摩擦力のアンバランスによるハンドル戻り特性の左右差を解消するようにしたので、運転者がハンドルを保持して操舵している場合には、操舵をアシストする操舵補助トルク信号を操舵トルク信号に基づいて発生させるとともに、運転者がハンドルを戻そうとした場合には、ハンドルを原点に復帰させるのを妨げるフリクションを打ち消すハンドル戻し補助トルク信号を、ハンドルの左右別々の回転方向に合わせた最適値として発生させることができる。これにより、運転者がハンドルを保持している場合には従来の制御アルゴリズムをそのまま流用し、新たにハンドルを持つ手をゆるめて戻すときないしは手放し時にハンドルを原点に復帰させる制御アルゴリズムを付け加えるだけで、手放しを行った後にも、モータがハンドル戻し方向にトルクを出力することが可能となり、確実にハンドルを中心に左右差無く戻すことができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態１で用いるモータ速度検出器５は、例えばタコジェネレータ等のモータ速度検出器を用いてもよいし、ロータリエンコーダのパルス出力を差分して求めてもよいし、あるいは、モータに印加する電圧から、モータに通電される電流値とコイル抵抗値の積を減じるなどして得られる逆起電圧からモータ速度を検出しても良い。
【００２５】
また、上記実施の形態１では、ステップＳ２０６とＳ２０７をマップ演算、ステップＳ２０８とＳ２０９をゲインを乗じる演算を行う構成としたが、各ステップともいずれもゲインを乗じる演算を行う構成としてもよいし、マップ演算を行う構成としても良い。
【００２６】
また、上記例では、操舵トルク制御器２に設けられた、操舵トルク信号の周波数特性を改善するための位相補償器をマイコンのＳ／Ｗ上で構成したが、予めアナログの位相補償器で周波数特性を改善した後、Ａ／Ｄ変換してマイコンに取り込む構成としても良い。その場合には、ステップＳ２０５が不要となる。
【００２７】
実施の形態２．
図３は、本実施の形態２に係わる電動式パワーステアリング装置の構成を示すブロック図で、同図において、１は操舵トルク検出器、２は操舵トルク制御器、７０Ｂは前輪の舵角、すなわちハンドルを原点に復帰させようとする車両のキングピン回りのトルク（タイヤ路面間に生ずる力）である路面反力トルクを検出あるいは推定する路面反力トルク検出器７４と、上記路面反力トルクの方向を判別する路面反力トルク方向判別器７１Ｂと、路面反力トルク検出器７４で検出された路面反力トルク信号出力に基づき、ハンドルを原点に復帰させる方向にモータ１０にトルクを発生させるためのハンドル戻し補助トルク信号を出力する戻しトルク補償器７２Ｂと、上記ハンドル戻し補助トルク信号に対して、方向により所定の係数を演算して出力する方向補正係数補償器７３Ｂとを備え、路面反力トルクの方向により補正したハンドル戻し補助トルク信号を出力するハンドル戻し補正手段である。
また、３はダンピング補償器、４は慣性補償器、８はモータ電流決定手段、９はモータ駆動器、１０はモータ、１１はモータ電流検出器、１２は第１の加算器、１３は第２の加算器、１４は車速検出器で、検出された車速信号は、操舵トルク制御器２，路面反力トルク検出器７４，戻しトルク補償器７２Ｂ，ダンピング補償器３及び慣性補償器４に出力される。
【００２８】
なお、上記路面反力トルク検出器７４は、例えば図示しない非接触の磁歪式トルクセンサのような歪測定手段を配置することにより直接測定するか、舵角を測定する図示しない舵角センサを設けるとともに、測定された舵角を用い、車速等に基づいて演算する手段とにより構成することができる。あるいは、わざわざ特別に舵角センサを設けないで 後述するように、必要な路面反力信号を、測定可能な路面反力に釣り合う操舵力、アシストトルク等に基づいて演算する手段によって実現することができる。
【００２９】
次に、上記構成の電動式パワーステアリング装置の動作について、図４のフローチャートに基づき説明する。本実施の形態２においても、従来の技術と異なる点は、図３のブロック図中の一点鎖線で囲まれた、目標電流を演算するまでのアルゴリズムであり、電流制御に関しては、ＰＩＤ式の電流Ｆ／Ｂ制御，あるいは、目標電流とモータ速度信号に基づくオープンループ制御等、一般的に行われる制御を、ディジタル制御、アナログ制御いずれの方式に基づいて実施してもよい。以下では目標電流を演算するまでのアルゴリズムに限定して説明を行う。
なお、図４のフローチャートにおいても、上記実施の形態１と同様に、ハンドル戻し補正手段７０Ｂ内で行うハンドル戻し補助トルク信号を演算する演算ステップ（ステップＳ４２０〜Ｓ４２２）を、ステップＳ４０７とステップＳ４０８間に挿入した構成とした。
まずステップＳ４０２で、操舵トルク検出器１で検出された操舵トルク信号を読み込みメモリに記憶し、ステップＳ４０３で、モータ速度検出器５で検出されたモータ速度信号を読み込みメモリに記憶する。次に、ステップＳ４０４では、モータ加速度検出器６により、モータ速度信号を微分演算してモータ加速度信号を得るとともに、これをメモリに記憶する。ステップＳ４０５とステップＳ４０６では、操舵トルク制御器２により、操舵トルク信号の周波数特性を改善するために位相補償器に通す（ステップＳ４０５）とともに、位相補償器に通した操舵トルク信号に対してマップ演算で、操舵補助トルク信号を求めメモリに記憶する（ステップＳ４０６）。ステップＳ４０７では、ハンドル戻し補正手段７０Ｂの路面反力トルク検出器７４により、例えば前輪の操舵の舵角により発生するトルク、すなわちハンドルを原点に復帰させようとする車両のキングピン回りのトルク（タイヤ路面間に生ずる力）を、例えば図示しないが非接触の磁歪式トルクセンサのような歪測定手段を配置することにより直接測定するか、舵角そのものを測定して車速等をもとに、例えば（舵角）×（車速）をベースに、マップ演算により路面反力トルク信号を求め、これをメモリに記憶する。
【００３０】
次に、上述した演算ステップであるステップＳ４２０に進み、戻しトルク補償器７２Ｂにより、路面反力トルク信号に対してマップ演算で、ハンドル戻し補助トルク信号を求めてメモリに記憶する。ここでハンドル戻し補助トルク信号は、路面反力トルクがステアリング機構内の摩擦トルクより小さい時にハンドルが自動的に原点に復帰しない現象を避けるためのものであり、例えば、図６に示すように、ハンドル戻し補助トルク信号は、ステアリング機構内の概ね摩擦トルク程度の値を上限としてリミッタで制限し、リミッタの範囲内では路面反力トルク信号に比例ゲインを乗じて定める。更に、ステアリング機構内の例えばラック＆ピニオンや車両のステアリングに連動して運動する機構部の摩擦トルクの値はハンドルの操舵方向によって異なり、フリクションの値が大きいと、その操舵の回転方向による各々の回転方向でのフリクションの大きさの差も大きくなる傾向がある。したがって、回転ないしは運動方向に応じてそれぞれの異なるフリクションを適切に補償する必要がある。
ステップＳ４２１では、路面反力トルク方向判別器７１Ｂにより、路面反力トルク信号から、どちらの回転ないしは運動方向のフリクションを補正するかの方向判定を行い メモリに記憶する。ステップＳ４２２では、方向補正係数補償器７３Ｂにより、補正すべきフリクションの方向に応じたハンドル戻し補助トルク信号の補正係数を掛けた方向補正後のハンドル戻し補助トルク信号を演算しメモリに記憶する。例えば、ハンドル軸で右操舵回転時のフリクションの方が左操舵回転時より２０％大きければ、右回転で戻す場合のハンドル戻し補助トルク信号を２０％大きくなるように補正係数を設定する。ハンドル戻し補助トルク信号の補正係数の例を図７に示す。
【００３１】
演算ステップ（Ｓ４２０〜Ｓ４２２）が終了すると、ステップＳ４０８に進み、ダンピング補償器３により、モータ速度信号に比例ゲインを乗じてダンピング補償信号を求めメモリに記憶する。次に、ステップＳ４０９で、慣性補償器４により、モータ加速度信号に比例ゲインを乗じて慣性補償信号を求めメモリに記憶する。次に、ステップＳ４１０で、第１の加算器１２により、操舵補助トルク信号，ハンドル戻し補助トルク信号，ダンピング補償信号，慣性補償信号の和を求め目標トルクとして、これをメモリに記憶する。ステップＳ４１１では、モータ電流決定手段８により、上記ステップＳ４１０で求められた目標トルクにゲインを乗じて目標電流を求めてメモリに記憶する。このときのゲインは、モータ１０のハンドル軸換算でのトルク定数の逆数としておく。
【００３２】
自動車の運転者は、ハンドルを切った後に手を放して、路面反力トルクによる自己復元力によりハンドルを中心に戻す場合が多く、これにより操舵の労力を低減している。また、電動式パワーステアリング装置は、モータ１０及びギアの摩擦トルクによりハンドルの戻り性が悪い。操舵トルク信号のみを検出して目標トルクを定める場合には、ハンドルを切った後に手を放すと、操舵トルク信号が０となってしまうので、ハンドル戻しトルクを発生させることができない。更に、操舵トルク信号に加えて、モータ回転信号に基づいて目標トルクを定める場合にもモータ１０の回転が止まってしまった場合には、モータ１０はハンドルを戻す方向のトルクを発生させることが難しい。
これに対し、本実施の形態２では、路面反力トルク検出器７４により、手放しを行っても、ハンドルの角度に略比例した路面反力トルクを検出し、この路面反力トルク信号に応じてハンドル戻し補助トルク信号を演算してモータ１０の発生トルクを補正する構成としたので、手放しを行った後にも、モータ１０がハンドル戻し方向にトルクを出力することが可能となり、確実にハンドルを中心にかつ左右差を改善して戻すことができるようになる。
【００３３】
すなわち、本実施の形態２では、運転者がハンドルを保持して操舵している場合には、操舵をアシストする操舵補助トルク信号を操舵トルク信号に基づいて発生させるとともに、運転者がハンドルを戻そうとした場合には、ハンドルを原点に復帰させるのを妨げるフリクションを打ち消すハンドル戻し補助トルク信号をハンドルの左右別々の回転方向に対応したフリクションを打ち消すに必要な最適値として発生させることができるので、運転者がハンドルを保持している場合には従来の制御アルゴリズムをそのまま流用し、新たに手放し時にハンドルを原点に復帰させる制御アルゴリズムを付け加えるだけで、手放しを行った後にも、モータがハンドル戻し方向にトルクを出力することが可能となり、確実にハンドルを中心に左右差無く戻すことができる。
【００３４】
なお、上記実施の形態２では、操舵トルク制御器２，路面反力トルク検出器７４、戻しトルク補償器７２Ｂ，ダンピング補償器３，慣性補償器４の各制御パラメータは、車速信号に応じて変更する。このとき、ステアリング機構自身のダンピングが強い車両や、ハンドル軸換算の慣性モーメントが小さなモータを装着した車両については、ダンピング補償器３，慣性補償器４の各ゲインを０としてもよく、この場合は、モータ速度検出器５，モータ加速度検出器６，ダンピング補償器３，慣性補償器４は不要となる。
【００３５】
また、本実施の形態２で用いるモータ速度検出器５は、例えばタコジェネレータ等のモータ速度センサを用いてもよいし、ロータリエンコーダのパルス出力を差分して求めてもよいし、あるいは、モータに印加する電圧から、モータに通電される電流値とコイル抵抗値の積を減じるなどして得られる逆起電圧からモータ速度を検出しても良い。
【００３６】
また、上記例では、ステップＳ４０６， Ｓ４０７，Ｓ４２０をマップ演算、ステップＳ４２１，Ｓ４０８，Ｓ４０９をゲインを乗じる演算を行う構成としたが、各ステップともいずれもゲインを乗じる演算を行う構成としても、あるいは、マップ演算を行う構成としてもよい。また、ステップＳ４２０とＳ４２１をまとめて、補正係数を掛けた方向補正後のハンドル戻し補助トルク信号を合成した１つのマップとしても良い。
【００３７】
実施の形態３
本実施の形態３は、上記実施の形態２に示した、路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出器７４に関する発明であり、詳細には、上記路面反力トルク検出器７４の出力である路面反力トルク信号を、測定可能な路面反力に釣り合う操舵力、アシストトルク等を基に演算する手段をＳ／Ｗにより構成したものである。なお、本実施の形態３に係わる電動式パワーステアリング装置の構成は、上記実施の形態２のブロック図（図３）と同じ構成である。
以下、図５のフローチャートに基づき、本実施の形態３の動作説明のみ行う。なお、本実施の形態３においても、従来の技術と異なる点は、目標電流を演算するまでのアルゴリズムであり、電流制御に関しては、ＰＩＤ式の電流Ｆ／Ｂ制御，あるいは、目標電流とモータ速度信号に基づくオープンループ制御等、一般的に行われる制御を、ディジタル制御、アナログ制御いずれの方式に基づいて実施してもよい。したがって、以下では目標電流を演算するまでのアルゴリズムに限定して説明を行う。
また、図５のフローチャートにおいても、上記実施の形態１，２と同様に、ハンドル戻し補正手段７０Ｂ内で行うハンドル戻し補助トルク信号を演算する演算ステップ（ステップＳ５２０〜Ｓ５２２）を、ステップＳ５１１とステップＳ５１２間に挿入した構成とした。
まず、ステップＳ５０１で、操舵トルク検出器１で検出された操舵トルク信号を読み込みメモリに記憶し、ステップＳ５０２で、モータ速度検出器５で検出されたモータ速度信号を読み込みメモリに記憶する。次に、ステップＳ５０３で、モータ加速度検出器６により、モータ速度信号を微分演算してモータ加速度信号を得るとともにメモリに記憶し、ステップＳ５０４でモータ電流信号を読み込みメモリに記憶する。
ステップＳ５０５〜Ｓ５０８では、路面反力トルク検出器７４により、操舵トルク信号の絶対値が閾値以上かどうか判断する（ステップＳ５０５）。このときの閾値は、直進時のハンドル保持に必要なトルクと操舵トルク検出器の測定オフセットの和付近になるように予め設定しＲＯＭに記憶させておく。
上記ステップＳ５０５において、操舵トルク信号の絶対値が閾値以上であると判断された場合には、ステップＳ５０７に進み、下記の演算を行い、路面反力トルク信号を得る。また、上記ステップＳ５０５で、操舵トルク信号の絶対値が閾値に満たないと判断された場合には、ステップＳ５０６に進み、路面反力トルク検出器７４内での演算に用いる操舵トルク信号Ｔｓｅｎｓを０に置き換えた上でステップＳ５０７に進み、下記の演算を行い、路面反力トルク信号を得る。
【００３８】
以下に、路面反力トルク信号Ｔｒｅａ＿ｅｓｔの演算方法について説明する。
ステップＳ５０７では、操舵トルク信号Ｔｓｅｎｓとモータ加速度信号ｄω（ハンドル軸回転加速度）とモータ電流信号Ｉｍｔｒとから、下記の式（１）の通り、定常反力信号Ｔ’ｒｅａ＿ｅｓｔを得る。
Ｔ’ｒｅａ＿ｅｓｔ＝Ｔｓｅｎｓ ＋ Ｋｔ・Ｉｍｔｒ−Ｊ・ｄω‥‥‥‥（１）
Ｋｔ：モータのトルク定数（ハンドル軸換算）
Ｊ：ステアリング機構の慣性モーメント
次に、ステップＳ５０８で、以下の式（２）の１次フィルタ演算を行い路面反力トルク信号Ｔｒｅａ＿ｅｓｔを得るとともに、これをメモリに記憶する。
ｄＴｒｅａ＿ｅｓｔ／ｄｔ＝−Ｔｒｅａ＿ｅｓｔ／Ｔ１＋Ｔ’ｒｅａ＿ｅｓｔ／Ｔ１‥‥‥‥（２）
ここでＴ１は、１次フィルタの時定数で、折点周波数ｆｃ＝１／（２π・Ｔ１）がおよそ０．０５〜１．０Ｈｚの間になるように定めておく。
【００３９】
次に、ステップＳ５０９，Ｓ５１０で、操舵トルク制御器２により、操舵トルク信号の周波数特性を改善するために位相補償器に通す（ステップＳ５０９）とともに、位相補償器に通した操舵トルク信号に対してマップ演算で、操舵補助トルク信号を求めメモリに記憶する（ステップＳ５１０）。ステップＳ５１１では、ハンドル戻し補正手段７０Ｂの操舵反力トルク検出器７４により、上記演算された路面反力トルク信号Ｔｒｅａ＿ｅｓｔの大きさと方向をメモリに記憶する。
次に、上述した演算ステップであるステップＳ５２０に進み、戻しトルク補償器７２Ｂにより、路面反力トルク信号Ｔｒｅａ＿ｅｓｔに対してマップ演算で、ハンドル戻し補助トルク信号を求めメモリに記憶する。更に、ステアリング機構内の摩擦トルクの値はハンドルの操舵方向によって異なり、フリクションの値が大きいと、その操舵の回転方向による各々の回転方向でのフリクションの大きさの差も大きくなる傾向があるので、方向に応じてそれぞれのフリクションを適切に補償するハンドル戻し補助トルク信号を求める必要がある。そこで、ステップＳ５２１において、路面反力トルク方向判別器７１Ｂにより、路面反力トルク信号Ｔｒｅａ＿ｅｓｔの大きさと方向から どちらの回転ないしは運動方向のフリクションを補正するかの方向判定を行い メモリに記憶する。ステップＳ５２２では、方向補正係数補償器７３Ｂにより、補正すべきフリクションの方向に応じたハンドル戻し補助トルク信号の補正係数を掛けた方向補正後のハンドル戻し補助トルク信号を演算しメモリに記憶する。
【００４０】
演算ステップ（Ｓ５２０〜Ｓ５２２）が終了すると、ステップＳ５１２に進み、ダンピング補償器３により、モータ速度信号に比例ゲインを乗じてダンピング補償信号を求めメモリに記憶し、ステップＳ５１３で、慣性補償器４により、モータ加速度信号に比例ゲインを乗じて慣性補償信号を求めメモリに記憶する。
次に、ステップＳ５１４で、第１の加算器１２により、操舵補助トルク信号，ハンドル戻し補助トルク信号，ダンピング補償信号，慣性補償信号の和を求め目標トルクとしてメモリに記憶する。ステップＳ５１５は、モータ電流決定手段８により、上記ステップＳ５１４で求められた目標トルクにゲインを乗じて目標電流を求めて、これをメモリに記憶する。このときのゲインは、モータ１０のハンドル軸換算でのトルク定数の逆数としておく。
以上のステップＳ５０１〜Ｓ５１５までの動作を繰り返す。
【００４１】
上記実施の形態３においては、ステップＳ５０５で、操舵トルク信号の絶対値が閾値以上であると判断されると、そのままステップＳ５０７に進み、閾値未満であると判断されると、ステップＳ５０６に進み、路面反力トルク検出器１５内での演算に用いる操舵トルク信号Ｔｓｅｎｓを０に置き換えた上でステップＳ５０７に進むように設定した。この場合、路面反力トルク検出器７４への入力となる操舵トルク信号と、路面反力トルク検出器７４内での演算に用いる操舵トルク信号との関係から演算されるハンドル戻しトルクは、図８のようになり不連続が発生するが、図６に示すように不連続点のないように設定しても良い。この場合、ステップＳ５０５で操舵トルク信号の絶対値が閾値以上であると判断されると、閾値の値を減算した上でステップＳ５０７に進む動作を行う。
【００４２】
道路には、一般に雨水を路肩側に流すために、道路の中心付近が高く路肩付近が低くなるカントが設けられている。このため、道路を直進しようとする場合、ハンドルを僅かなトルクで保持する必要がある。また、操舵トルクを検出する操舵トルク検出器１は、電圧のドリフト等で僅かにオフセットする場合が多い。従って、操舵トルク検出信号をそのまま使うと、路面反力トルク検出器７４は、直進時も路面反力トルク検出値が０とならないので、この路面反力トルク検出値に基づいてハンドル戻し補助トルク信号を演算すると、直進時も不必要なトルクを運転者が感じてしまう場合がある。このため 適切なハンドル戻し補助トルク信号の制御の不感帯を設けることが有効である。
本実施の形態３においては、操舵トルク信号の絶対値が閾値未満であると判断されると、路面反力トルク検出器７４内での演算に用いる操舵トルク信号Ｔｓｅｎｓを０に置き換えた上で、（１）式の定常反力信号Ｔ’ｒｅａ＿ｅｓｔを演算する構成とするとともに、このときの閾値を、直進時のハンドル保持に必要なトルクと操舵トルク検出器の測定オフセットの和付近に設定するようにしたので、上述のような課題を解決できる。
【００４３】
なお、本実施の形態３では、操舵トルク信号の絶対値が閾値未満であることを利用して制御の不感帯を設けるようにしたが、操舵トルク信号に不感帯を設けて演算するかわりに、演算された定常反力信号Ｔ’ｒｅａ＿ｅｓｔや演算された路面反力トルク信号Ｔｒｅａ＿ｅｓｔに不感帯を設けて、適切なハンドル戻し補助トルク信号の制御の不感帯を設けることも可能で有ることは言うまでもない。
【００４４】
また、本実施の形態３においても、上記実施の形態２と同様に、操舵トルク制御器２，戻しトルク補償器７２Ｂ，ダンピング補償器３，慣性補償器４の各制御パラメータは、車速検出器１４の出力に応じて変更する。このとき、ステアリング機構自身のダンピングが強い車両や、ハンドル軸換算の慣性モーメントが小さなモータを装着した車両については、ダンピング補償器３，慣性補償器４の各ゲインを０としてもよく、この場合は、モータ速度検出器５，モータ加速度検出器６，ダンピング補償器３，慣性補償器４は不要となる。
【００４５】
なお、（１）式の演算においてもＪ（ステアリング機構の慣性モーメント）が小さい車両においては、Ｊの値を０としても良い。
また、（１）式の演算において、ハンドルを戻そうとする路面反力トルクは 操舵トルク信号Ｔｓｅｎｓ、モータ加速度信号ｄω（ハンドル軸回転加速度）、モータ電流信号Ｉｍｔｒのうちの操舵トルク信号Ｔｓｅｎｓだけで演算しても効果が期待できるので、演算を簡略化でき、能力の低いマイクロコンピュータのＳ／Ｗでも実現できる効果がある。
更に、（１）式の演算において、ハンドルを戻そうとする路面反力トルクは、操舵トルク信号Ｔｓｅｎｓ、モータ加速度信号ｄω（ハンドル軸回転加速度）、モータ電流信号Ｉｍｔｒのうちのモータ電流信号Ｉｍｔｒだけで演算しても、例えば油圧パワステの油圧反力機構のメカの機能と同じになり、その効果が期待できるので 演算を簡略化でき、能力の低いマイクロコンピュータのＳ／Ｗでも実現できる効果がある。
【００４６】
また、上記例では、ステップＳ５０８で、（２）式の１次フィルタ演算を行い路面反力トルク信号Ｔｒｅａ＿ｅｓｔを得るとともに、これをメモリに記憶するようにしたが、これは完全にハンドルから手を放した場合にハンドル戻しトルクを所定の時間持続させてより確実にハンドルを戻す為のものであるので、ステップＳ５０８をスキップし、（２）式の１次フィルタ演算を実施しなくても、ハンドルから手をゆるめてから完全にハンドルから手を放す迄に既に作用しているハンドル戻しトルクだけでも十分効果が期待できるので、演算を簡略化でき、能力の低いマイクロコンピュータのＳ／Ｗでも実現できる効果がある。
【００４７】
また、本実施の形態３においても、上記実施の形態１，２と同様に、モータ速度検出器５は、例えばタコジェネレータ等のモータ速度センサを用いてもよいし、ロータリエンコーダのパルス出力を差分して求めてもよいし、あるいは、モータに印加する電圧から、モータに通電される電流値とコイル抵抗値の積を減じるなどして得られる逆起電圧からモータ速度を推定しても良い。
【００４８】
なお、本実施の形態３では、ステップＳ５１０とＳ５１１をマップ演算、ステップＳ５１２とＳ５１３をゲインを乗じる構成としたが、各ステップともいずれもゲインを乗じる構成としても、あるいは、マップ演算とする構成としてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、運転者による操舵トルクを補助するトルクを発生させるモータのトルクを制御し、ハンドルの戻りの方向による車両及びステアリング系の摩擦力を補償するためのハンドル戻し補正量を設定するハンドル戻し補正手段を設けるとともに、上記ハンドル戻し補正手段に、ハンドルあるいはモータの回転方向、ないしはステアリング系の運動方向に応じて、上記ハンドル戻し補正量を補正する手段を設けて、上記摩擦力のアンバランスによるハンドル戻り特性の左右差を解消するようにしたので、運転者がハンドルを切った後、ハンドルを原点へ復帰させる際に、手放しを行っても、上記摩擦力の作用する方向の違いによるハンドル戻り特性のアンバランスをなくすことができ、ハンドルを確実に中心に戻すことができる。
【００５０】
請求項２に記載の発明によれば、上記ハンドル戻し補正手段を、上記補正量に対応する補正電流をモータ制御電流に加算し、ハンドルないしはモータの回転方向にトルクを付加する構成としたので、運転者がハンドルを保持して操舵している場合には、操舵をアシストする操舵補助トルク信号を操舵トルク信号に基づいて発生させることができるとともに、運転者がハンドルを放した場合には、ハンドルを原点に復帰させるハンドル戻し補助トルク信号を運転者がハンドルを保持している場合には従来の制御アルゴリズムをそのまま流用し、新たに手放し時にハンドルを原点に復帰させる制御アルゴリズムとして、ハンドルないしは上記モータの回転方向に、上記モータ制御電流に補正量はハンドルの戻り（回転）の方向によるフリクションのアンバランスを調整するための補正電流を加算することを付け加えるだけで、手放しを行った後にも、モータがハンドル戻し方向にトルクを出力することができ、方向の違いによルハンドル戻り特性のアンバランスを確実になくすことができ、ハンドルを容易に中心に戻すことができる。
【００５１】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１記載のハンドル戻し補正手段は、タイヤが路面から受ける路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出手段と、上記路面反力トルク検出手段の出力に基づいてハンドル戻し補正量を求める手段とを備え、ハンドルの戻り（回転）の方向によるフリクションのアンバランスを調整できるフリクションを補正あるいは打ち消してハンドル戻り特性の左右差を解消するようにしたので、手放しを行った後にも、モータがハンドル戻し方向にトルクを出力することができる。したがって、方向の違いによるハンドル戻り特性のアンバランスを確実になくすことができ、ハンドルを確実に中心に戻すことができる。
【００５２】
請求項４に記載の発明によれば、タイヤが路面から受ける路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出手段を、ハンドル角検出手段と、上記ハンドル角検出手段の出力に基づいて路面反力トルクを求める手段とから構成したので、路面反力トルクを正確に検出することができ、摩擦力のアンバランスを確実に調整することができる。
【００５３】
請求項５に記載の発明によれば、上記路面反力トルク検出手段を、上記操舵トルク検出手段の出力に、モータ電流検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータトルクを加算し、更に、ステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算した値をローパスフィルタないしは遅延フィルタを通し、路面反力トルク推定値を得る路面反力トルク推定手段により構成したので、路面反力検出器及びそれに付随する配線が不要となり、電動式パワーステアリング装置のコストを低減することが可能となる。
【００５４】
請求項６に記載の発明によれば、路面反力トルク検出手段を、操舵トルク検出手段の出力に基づいて路面反力トルク推定値を得る路面反力トルク推定手段により構成したので、演算を簡略化でき、能力の低いマイクロコンピュータのＳ／Ｗでも路面反力トルク検出手段を実現することができる。
【００５５】
請求項７に記載の発明によれば、上記操舵トルク検出手段の出力にローパスないしは遅延フィルタを演算して路面反力トルク推定値を得るようにしたので、路面反力トルク推定値の精度を向上させることができる。
【００５６】
請求項８に記載の発明によれば、路面反力トルク検出手段を、モータ電流検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータトルクから路面反力トルク推定値を得る路面反力トルク推定手段により構成したので、演算を簡略化でき、能力の低いマイクロコンピュータのＳ／Ｗでも路面反力トルク検出手段を実現することができる。
【００５７】
請求項９に記載の発明によれば、上記ステアリング軸換算のモータトルクにローパスないしは遅延フィルタを演算して路面反力トルク推定値を得るようにしたので、路面反力トルク推定値の精度を向上させることができる。
【００５８】
請求項１０に記載の発明によれば、運転者による操舵トルクを補助するトルクを発生させるモータのトルクを制御して、ハンドルの戻り時の車両及びステアリング系の摩擦力を補償するとともに、ハンドルあるいはモータの回転方向、ないしはステアリング系の運動方向に応じて上記補償量を設定するようにしたので、摩擦力の作用する方向の違いによるハンドル戻り特性のアンバランスをなくすことができ、ハンドルを確実に中心に戻すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる電動式パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態１に係わる電動式パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本実施の形態２に係わる電動式パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本実施の形態２に係わる電動式パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本実施の形態３に係わる電動式パワーステアリング装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】戻しトルク補償器の特性を示す図である。
【図７】方向補正係数補償器の特性を示す図である。
【図８】戻しトルク補償器の特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 操舵トルク検出器、２ 操舵トルク制御器、３ ダンピング補償器、４ 慣性補償器、５ モータ速度検出手段、６ モータ加速度検出手段、８ モータ電流決定手段、９ モータ駆動器、１０ モータ、１１ モータ電流検出器、
１２ 第１の加算器、１３ 第２の加算器、１４ 車速検出器、
７０Ａ，７０Ｂ ハンドル戻し補正手段、７１ モータ回転方向判別器、
７１Ｂ 路面反力トルク方向判別器、７２，７２Ｂ 戻しトルク補償器、
７３ 方向係数補償器、７３Ｂ 方向補正係数補償器、７４ 路面反力トルク検出器。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus for an automobile that generates a torque to assist a steering torque by a driver by a motor and assists a steering force of a steering system.
[0002]
[Prior art]
The electric power steering device is arranged such that a steering torque generated by a driver turning a steering wheel is detected by a steering torque detecting means, and a current corresponding to the detected torque value is meshed with a mechanism of the steering device. The electric motor is rotated to drive the electric motor to generate assist torque necessary for assisting the driver's steering torque, thereby performing steering. In general, a steering device, whether a manual steering device, a hydraulic power steering device or an electric power steering device, has a self-aligning function. If the force for rotating the wheel is reduced to zero (so-called let-off state), the wheel automatically tries to return to the neutral position. The torque for returning to the neutral position direction increases as the vehicle speed increases. At this time, if the wheels are steered to the right, for example, the wheels move toward the neutral position, that is, to the left by the self-aligning function. In the hand-released state, the driver's turning force on the steering wheel is zero, so that the steering torque should originally be zero. Therefore, the value detected by the steering torque detecting means also becomes 0, the electric motor is not energized, and no assist power is generated, so that the electric motor rotates leftward while meshing with the mechanism of the steering device. Of course, the steering wheel also turns to the left.
[0003]
However, in the conventional electric power steering apparatus, the steering wheel returns poorly after turning at low vehicle speeds due to the rotor of the electric motor and the frictional force (friction) corresponding to the friction of the vehicle and the steering system. There is a problem that the on-center feeling such as a feeling of return and a feeling of friction is poor when traveling at a high vehicle speed. That is, at a low vehicle speed, the driver turns the steering wheel to steer and turns back, and in the process of returning to the straight running state, the return is poor compared to the manual steering device or the hydraulic power steering device, and in extreme cases, the driver turns the steering wheel in the straight direction. It was necessary to rotate again. Also, at high vehicle speeds, in the process of returning to straight ahead after turning for lane change or direction correction (especially in the process of returning in a released state), when the wheel attempts to return to the neutral position direction by the self-aligning function, It was not possible to return to that point, and in severe cases, the driver had to turn the steering wheel in the straight direction again.
[0004]
As a method of partially solving these problems, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-186994 discloses a method of improving low-speed steering wheel return. This means includes a means for detecting a vehicle speed, a steering torque detecting means for detecting a steering torque generated by a driver turning a steering wheel, a motor speed detecting means for detecting a rotational speed of the electric motor, and a rotational acceleration of the electric motor. Motor acceleration detecting means for detecting the motor speed, and judging means for judging whether the motor rotation direction and the steering torque direction are the same direction based on a signal from the motor speed detecting means and a signal from the steering torque detecting means. If the same direction, the assist torque according to the vehicle speed and the steering torque is determined.If the determination is different, the assist torque is determined according to the vehicle speed and the electric motor rotation speed or the rotational acceleration. At high vehicle speeds, the assist torque in the direction opposite to the motor rotation direction is determined, and a current corresponding to the determined assist torque is determined. It is applied to the electric motor and to improve the steering wheel return property rotationally driving the motor. As a result, at low vehicle speeds, the effect of improving the return of the steering wheel at the time of letting go can be expected.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional example, there is a problem that a left-right difference occurs in a steering wheel return characteristic due to a left-right difference in friction of a vehicle or a cant on a road surface. In particular, with respect to friction of a vehicle and a steering system, when the value of the friction is large, the difference in the magnitude of the friction in the rotation or movement direction of each steering mechanism or the vehicle depending on the rotational direction of the steering tends to be large. . Therefore, if the correction is performed at a constant value, the difference of the remaining uncorrected friction after subtracting the correction value becomes larger, and when the force for returning the wheel to the neutral position direction by the self-aligning function is the same, There is a problem that a large imbalance occurs in the characteristics of the return torque feeling, speed, and return angle of the return from right and left steering.
In addition, the cant on the road surface causes the right and left imbalances in the force of the wheels trying to return to the neutral position due to the self-aligning function. In addition, there is a problem that a large imbalance occurs in the characteristics of return angle and return angle. The cant is inclined from the center of the lane to the shoulder, so that the return from steering to the center of the lane is generally good (strong), but the return from steering to the opposite shoulder is poor (weak). ) There was a tendency.
Furthermore, the conventional example is not effective in improving the return of the steering wheel when traveling at a high vehicle speed.
Also, when the steering wheel return torque is determined based on the motor rotation signal, if the rotation of the motor stops, there is a problem that it is difficult for the motor to generate torque in the direction to return the steering wheel.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an electric power steering apparatus and a control thereof that can eliminate the imbalance of steering wheel return characteristics and reliably return the steering wheel to a center from a low vehicle speed to a high speed. The aim is to provide a method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The electric power steering apparatus according to the first aspect of the present invention controls the torque of a motor that generates a torque to assist the steering torque by the driver, and compensates for the frictional force of the vehicle and the steering system due to the return direction of the steering wheel. Handle return correction means for setting the handle return correction amount for Provide With In the above handle return correction means, handle Or motor Rotation direction, Or, depending on the direction of movement of the steering system, Providing means for correcting, The right and left difference of the steering wheel return characteristic due to the unbalance of the frictional force is eliminated.
[0008]
The electric power steering apparatus according to claim 2, wherein the steering wheel return correction means adds a correction current corresponding to the steering wheel return correction amount to a motor control current, and adds a torque in a rotation direction of the steering wheel or the motor. The difference between the left and right steering wheel return characteristics is eliminated.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an electric power steering apparatus, wherein the steering wheel return correction unit is configured to detect a road surface reaction torque received by a tire from a road surface, and the road surface reaction torque detection. Means for calculating a steering wheel return correction amount based on the output of the means.
[0010]
The electric power steering apparatus according to claim 4, wherein the road surface reaction torque detecting unit includes a steering wheel angle detecting unit and a unit for calculating a road surface reaction torque based on an output of the steering wheel angle detecting unit. is there.
[0011]
The electric power steering apparatus according to claim 5, further comprising: a steering torque detecting means for detecting a steering torque by a driver; and a motor current detecting means for detecting a current flowing through a motor, and the road surface reaction torque detecting means. Is added to the output of the steering torque detecting means, the motor torque in terms of the steering axis calculated from the output of the current detecting means of the motor, and a value obtained by subtracting the motor inertia torque in terms of the steering axis is subjected to a low-pass filter or A road surface reaction torque estimating unit that obtains an estimated road surface reaction torque through a delay filter, and a unit that calculates a steering wheel return correction amount based on the estimated road surface reaction force torque. Is to be eliminated.
[0012]
An electric power steering apparatus according to claim 6, further comprising a steering torque detecting means, wherein the road surface reaction torque detecting means obtains a road surface reaction torque estimated value based on an output of the steering torque detecting means. It is constituted by force torque estimating means.
[0013]
The electric power steering apparatus according to claim 7, further comprising a steering torque detecting means, wherein the road surface reaction torque detecting means calculates a low-pass or delay filter on an output of the steering torque detecting means to calculate a road reaction torque. It is constituted by road surface reaction torque estimating means for obtaining an estimated value.
[0014]
The electric power steering apparatus according to claim 8, further comprising a motor current detecting means, wherein the road surface reaction torque detecting means is controlled based on a motor torque in terms of a steering shaft calculated from an output of the current detecting means of the motor. And a road reaction torque estimating means for obtaining an estimated road reaction torque.
[0015]
The electric power steering apparatus according to claim 9, further comprising a motor current detecting means, and providing the road surface reaction torque detecting means to a low-pass steering shaft converted motor torque calculated from an output of the motor current detecting means. Or a road surface reaction torque estimating means for obtaining a road surface reaction torque estimated value by calculating a delay filter.
[0016]
A method for controlling an electric power steering apparatus according to claim 10 is a method for controlling an electric power steering apparatus for assisting a steering force of a steering system. ,luck Control the torque of the motor that generates the torque that assists the steering torque by the driver to return the steering wheel. of time Compensates for frictional forces in vehicle and steering systems At the same time, the compensation amount is set according to the rotation direction of the steering wheel or the motor or the movement direction of the steering system. It is characterized by doing so.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
It should be noted that the present invention can solve the problem of the conventional technology only by the software of the microcomputer, and the hardware of the control device is not changed from that of the conventional technology, so the description is omitted.
[0018]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a steering torque detector for detecting a steering torque; A steering torque controller that calculates a steering assist torque signal based on a steering torque signal that is an output, 3 is a damping compensator that calculates a damping compensation signal based on a motor speed signal detected by a motor speed detector 5, 4 is a motor This is an inertia compensator that calculates an inertia compensation signal based on the motor acceleration signal detected by the acceleration detector 6.
Reference numeral 70A denotes a motor rotation direction discriminator 71 for discriminating the rotation direction of the motor 10 from the motor speed detected by the motor speed detector 5, a motor rotor friction generated in a direction in which the steering wheel is rotated, a vehicle and steering system friction, and the like. A return torque compensator 72 that outputs a steering wheel return assist torque signal for causing the motor 10 to generate a torque that cancels the following. Based on the output of the motor rotation direction discriminator 71 in response to the steering wheel return assist torque signal, A direction coefficient compensator 73 for correcting a direction difference such as a friction of a motor rotor and a friction of a vehicle and a steering system depending on left and right rotation directions, and generates a torque in a direction in which the motor 10 returns the steering wheel to the origin. Handle assisting to compensate for unbalance due to direction A steering wheel return compensation means for outputting a click signal.
Reference numeral 8 denotes a target current signal calculated from a steering assist torque signal calculated by the first adder 12, a steering wheel return assist torque signal in which imbalance due to direction has been corrected, a damping compensation signal, and a target torque which is a sum of an inertia compensation signal. The motor current determining means 9 determines the voltage to be applied to the motor 10 based on the error between the target current signal obtained by the second adder 13 and the motor current signal detected by the motor current detector 11. And a motor driver for applying the voltage to the motor 10. The motor 10 responds to a motor current value according to the applied voltage, and generates an assist torque substantially proportional to the motor current value to generate a steering torque. Drive the mechanism. Reference numeral 14 denotes a vehicle speed detector that detects a vehicle speed and outputs a vehicle speed signal to the steering torque controller 2, the return torque compensator 72, the damping compensator 3, and the inertia compensator 4.
[0019]
Next, the operation of the electric power steering apparatus having the above configuration will be described with reference to the flowchart of FIG. A different point from the prior art of the first embodiment is an algorithm surrounded by a dashed line in the block diagram in FIG. 1 until a target current is calculated. Commonly performed control such as F / B control or open loop control based on a target current and a motor speed signal is performed. The control method may be implemented based on either digital control or analog control.
In the following, the description is limited to the algorithm up to the calculation of the target current.
In the flowchart of FIG. 2, a calculation step (steps S220 and S221) for calculating a steering wheel return assist torque signal in which the imbalance due to direction is corrected, which is performed in the steering wheel return correction unit 70A, is performed between steps S207 and S208. The configuration was inserted.
First, in step S202, the steering torque signal detected by the steering torque detector 1 is read and stored in a memory. In step S203, the motor speed signal detected by the motor speed detector 5 is read and stored in the memory. Next, in step S204, the motor acceleration signal is differentiated by the motor acceleration detector 6 to obtain a motor acceleration signal, which is stored in a memory.
Next, in steps S205 and S206, in order to improve the frequency characteristics of the steering torque signal, the steering torque signal is passed through a phase compensator (not shown) (step S205) and the steering torque signal passed through the phase compensator is improved by the steering torque controller 2. Then, a steering assist torque signal is obtained by map calculation and stored in the memory (step S206). In step S207, the rotation or movement direction of the steering wheel, the motor, and the steering mechanism, which operate in conjunction with the signal of the motor speed detector 5, is determined by the motor rotation direction determination unit 71 of the steering wheel return correction unit 70A and stored in the memory. Remember.
[0020]
Next, the process proceeds to step S220, which is the above-described calculation step, in which the return torque compensator 72 calculates a return compensation torque acting on the rotation or the movement direction so as to cancel the friction generated according to the rotation or the movement direction. To memorize. Then, in step S221, the direction coefficient compensator 73 responds to each rotational direction so as to appropriately compensate for the difference due to the rotation of the rotor of the motor 10 and the friction or rotation direction of the mechanism of the vehicle or steering mechanism. A correction coefficient according to the direction of the steering wheel return assist torque signal is calculated to obtain a return compensation torque after the direction difference correction by correcting the return compensation torque, and this is stored in a memory. For example, on the handle shaft, if the friction at the time of right rotation is larger than that at the time of left steering by 20%, the correction coefficient is set so that the steering wheel return assist torque signal when returning by right rotation is increased by 20%.
[0021]
When the calculation steps (S220, S211) are completed, the process proceeds to step S208, where the damping compensator 3 multiplies the motor speed signal by a proportional gain to obtain a damping compensation signal and stores it in the memory. Then, in step S209, the inertia compensator In step 4, the inertia compensation signal is obtained by multiplying the motor acceleration signal by the proportional gain and stored in the memory.
Thereafter, in step S210, the first adder 12 obtains the sum of the steering assist torque signal, the steering wheel return assist torque signal after the direction difference correction, the damping compensation signal, and the inertia compensation signal, and stores the sum as the target torque in the memory. I do. In step S211, the motor current determination means 8 multiplies the target torque obtained in step S210 by a gain to obtain a target current and stores it in a memory. The gain at this time is the reciprocal of the torque constant of the motor 10 in terms of the handle axis.
[0022]
In the first embodiment, each control parameter such as the gain of the steering torque controller 2, the return torque compensator 72, the damping compensator 3, and the inertia compensator 4 is changed according to the output of the vehicle speed detector 14. . At this time, the gain of the damping compensator 3 and the inertia compensator 4 may be set to 0 for a vehicle having a strong damping of the steering mechanism itself and a vehicle equipped with a motor having a small inertia moment in terms of the handle shaft. In this case, The motor speed detector 5, the motor acceleration detector 6, the damping compensator 3, and the inertia compensator 4 become unnecessary. Further, the steering torque controller 2 may be configured to obtain a steering assist torque signal for the steering torque signal and its differential value.
[0023]
As described above, in the first embodiment, the motor rotation direction discriminator 71 for discriminating the rotation direction of the motor 10 from the motor speed and the motor 10 for generating a torque for canceling the frictional force of the vehicle and the steering system are provided. A return torque compensator 72 that outputs a steering wheel return assist torque signal; and a direction difference of the frictional force that differs depending on the left and right rotation directions based on the output of the motor rotation direction discriminator 71 with respect to the steering wheel return assistance torque signal. Handle correction means 70A having a direction coefficient compensator 73 for correcting the steering wheel movement or the movement direction of the steering system so as to eliminate the left-right difference in the handle return characteristics due to the unbalance of the frictional force in accordance with the rotation direction of the steering wheel or the movement direction of the steering system. Therefore, when the driver is steering while holding the steering wheel, a steering assist torque signal for assisting steering is output. Based on the rudder torque signal, when the driver tries to return the steering wheel, a steering wheel return assist torque signal that cancels the friction that prevents the steering wheel from returning to the home position is sent to the left and right separate rotation directions of the steering wheel. It can be generated as a combined optimal value. In this way, when the driver is holding the steering wheel, the conventional control algorithm can be used as it is, and a control algorithm that returns the steering wheel to the original point when loosening the hand with the new steering wheel or returning the steering wheel when releasing it can be added. After the release, the motor can output the torque in the steering wheel returning direction, and the steering wheel can be reliably returned without any left and right difference about the steering wheel.
[0024]
As the motor speed detector 5 used in the first embodiment, a motor speed detector such as a tacho generator may be used, or a pulse output of a rotary encoder may be obtained as a difference. The motor speed may be detected from the back electromotive voltage obtained by subtracting the product of the current value supplied to the motor and the coil resistance value from the voltage applied to the motor.
[0025]
In the first embodiment, steps S206 and S207 are configured to perform a map operation, and steps S208 and S209 are performed to perform an operation of multiplying a gain. However, each step may be configured to perform an operation of multiplying a gain. A configuration for performing a map operation may be adopted.
[0026]
In the above example, the phase compensator provided in the steering torque controller 2 for improving the frequency characteristic of the steering torque signal is configured on the S / W of the microcomputer. After the characteristics are improved, a configuration may be adopted in which A / D conversion is performed and the result is taken into the microcomputer. In that case, step S205 becomes unnecessary.
[0027]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an electric power steering apparatus according to the second embodiment. In FIG. 3, 1 is a steering torque detector, 2 is a steering torque controller, and 70B is a steering angle of front wheels, that is, 70B. A road surface reaction torque detector 74 for detecting or estimating a road surface reaction torque which is a torque (force generated between tire road surfaces) around a kingpin of the vehicle for returning the steering wheel to the origin, and a direction of the road surface reaction torque. And a road surface reaction torque direction discriminator 71B for determining whether the steering wheel returns to the origin based on the road surface reaction torque signal output detected by the road surface reaction torque detector 74. A return torque compensator 72B for outputting a steering wheel return assist torque signal; And a direction correction coefficient compensator 73B to a handle return compensation means for outputting a steering wheel return assist torque signal corrected by the direction of the road surface reaction torque.
3 is a damping compensator, 4 is an inertia compensator, 8 is a motor current determining means, 9 is a motor driver, 10 is a motor, 11 is a motor current detector, 12 is a first adder, and 13 is a second adder. Is a vehicle speed detector, and the detected vehicle speed signal is output to the steering torque controller 2, the road surface reaction torque detector 74, the return torque compensator 72B, the damping compensator 3, and the inertia compensator 4. You.
[0028]
The road surface reaction torque detector 74 is directly measured by disposing a distortion measuring unit such as a non-contact magnetostrictive torque sensor (not shown) or a steering angle sensor (not shown) for measuring a steering angle is provided. In addition, it can be constituted by means for calculating based on the vehicle speed or the like using the measured steering angle. Alternatively, it is possible to realize a necessary road surface reaction force signal based on a steering force, an assist torque, or the like that is balanced with a measurable road surface reaction force, as described later, without providing a special steering angle sensor. it can.
[0029]
Next, the operation of the electric power steering apparatus having the above configuration will be described with reference to the flowchart of FIG. Also in the second embodiment, the point different from the conventional technique is an algorithm surrounded by an alternate long and short dash line in the block diagram of FIG. 3 until a target current is calculated. Generally performed control such as F / B control or open loop control based on a target current and a motor speed signal may be performed based on either digital control or analog control. Hereinafter, the description will be limited to the algorithm up to the calculation of the target current.
In the flowchart of FIG. 4, similarly to the first embodiment, the calculation step (steps S420 to S422) of calculating the steering wheel return assist torque signal performed in the steering wheel return correction unit 70B is performed between steps S407 and S408. In the configuration.
First, in step S402, the steering torque signal detected by the steering torque detector 1 is read and stored in a memory. In step S403, the motor speed signal detected by the motor speed detector 5 is read and stored in the memory. Next, in step S404, the motor acceleration signal is differentiated by the motor acceleration detector 6 to obtain a motor acceleration signal, which is stored in a memory. In steps S405 and S406, the steering torque controller 2 passes the steering torque signal through a phase compensator in order to improve the frequency characteristics of the steering torque signal (step S405), and performs a map calculation on the steering torque signal passed through the phase compensator. Then, a steering assist torque signal is obtained and stored in the memory (step S406). In step S407, the road surface reaction torque detector 74 of the steering wheel return correcting means 70B detects, for example, the torque generated by the steering angle of the steering of the front wheels, that is, the torque around the kingpin of the vehicle for which the steering wheel is to be returned to the origin (the tire road surface). The force generated between them is measured directly, for example, by disposing a distortion measuring means such as a non-contact magnetostrictive torque sensor (not shown), or, for example, (( Based on (steering angle) × (vehicle speed), a road surface reaction torque signal is obtained by map calculation and stored in a memory.
[0030]
Next, the process proceeds to step S420, which is the above-described calculation step, and the return torque compensator 72B obtains a steering wheel return assist torque signal by map calculation with respect to the road surface reaction torque signal and stores the signal in the memory. Here, the steering wheel return assist torque signal is for avoiding a phenomenon that the steering wheel does not automatically return to the origin when the road surface reaction torque is smaller than the friction torque in the steering mechanism. For example, as shown in FIG. The steering wheel return assist torque signal is limited by a limiter with an upper limit of approximately the value of friction torque in the steering mechanism, and is determined by multiplying the road surface reaction torque signal by a proportional gain within the limiter. Further, the value of the friction torque of the mechanism portion in the steering mechanism that moves in conjunction with, for example, the rack and pinion or the steering of the vehicle differs depending on the steering direction of the steering wheel. If the value of the friction is large, each of the values depends on the rotation direction of the steering. The difference in the magnitude of friction in the rotation direction also tends to increase. Therefore, it is necessary to appropriately compensate for different friction depending on the direction of rotation or movement.
In step S421, the road surface reaction torque direction discriminator 71B determines from the road surface reaction torque signal which direction of rotation or motion direction friction is to be corrected, and stores it in the memory. In step S422, the direction correction coefficient compensator 73B calculates the direction-corrected steering wheel return assist torque signal multiplied by the correction coefficient of the steering wheel return assist torque signal corresponding to the direction of the friction to be corrected, and stores the calculated signal in the memory. For example, if the friction at the time of the right steering rotation on the handle shaft is 20% greater than that at the time of the left steering rotation, the correction coefficient is set so that the steering wheel return assist torque signal for the right rotation is increased by 20%. FIG. 7 shows an example of the correction coefficient of the steering wheel return assist torque signal.
[0031]
Upon completion of the calculation steps (S420 to S422), the process proceeds to step S408, where the damping compensator 3 multiplies the motor speed signal by a proportional gain to obtain a damping compensation signal and stores it in the memory. Next, in step S409, the inertia compensator 4 multiplies the motor acceleration signal by a proportional gain to obtain an inertia compensation signal, which is stored in the memory. Next, in step S410, the first adder 12 obtains the sum of the steering assist torque signal, the steering wheel return assist torque signal, the damping compensation signal, and the inertia compensation signal, and stores this as a target torque in a memory. In step S411, the motor current determination means 8 multiplies the target torque obtained in step S410 by a gain to obtain a target current and stores it in a memory. The gain at this time is the reciprocal of the torque constant of the motor 10 in terms of the handle axis.
[0032]
In many cases, a driver of a car releases his / her hand after turning the steering wheel and returns the steering wheel to the center by a self-restoring force due to a road surface reaction torque, thereby reducing a steering effort. In addition, the electric power steering apparatus has poor handleability due to friction torque of the motor 10 and gears. When the target torque is determined by detecting only the steering torque signal, the steering torque signal becomes 0 if the hand is released after turning the steering wheel, so that the steering wheel return torque cannot be generated. Furthermore, in the case where the rotation of the motor 10 has stopped even when the target torque is determined based on the motor rotation signal in addition to the steering torque signal, it is difficult for the motor 10 to generate torque in the direction to return the steering wheel. .
On the other hand, in the second embodiment, the road surface reaction torque detector 74 detects the road surface reaction torque substantially proportional to the angle of the steering wheel even when the hand is released, and responds to the road surface reaction torque signal. Since the torque generated by the motor 10 is corrected by calculating the steering wheel return assist torque signal, the motor 10 can output the torque in the steering wheel returning direction even after the release. And the left-right difference can be improved and returned.
[0033]
That is, in the second embodiment, when the driver is steering while holding the steering wheel, a steering assist torque signal for assisting the steering is generated based on the steering torque signal, and the driver returns the steering wheel. In such a case, the steering wheel return assist torque signal that cancels the friction that prevents the steering wheel from returning to the origin can be generated as the optimum value necessary to cancel the friction corresponding to the left and right separate rotation directions of the steering wheel. If the driver is holding the steering wheel, the conventional control algorithm is used as it is, and a control algorithm that returns the steering wheel to the home position when newly released is added. It is possible to output torque in the direction, and it is possible to return without left and right difference centering on the steering wheel It is possible.
[0034]
In the second embodiment, the control parameters of the steering torque controller 2, the road reaction force torque detector 74, the return torque compensator 72B, the damping compensator 3, and the inertia compensator 4 are changed according to the vehicle speed signal. I do. At this time, the gain of the damping compensator 3 and the inertia compensator 4 may be set to 0 for a vehicle having a strong damping of the steering mechanism itself and a vehicle equipped with a motor having a small inertia moment in terms of the handle shaft. In this case, The motor speed detector 5, the motor acceleration detector 6, the damping compensator 3, and the inertia compensator 4 become unnecessary.
[0035]
Further, the motor speed detector 5 used in the second embodiment may use a motor speed sensor such as a tachogenerator, may obtain the pulse output of a rotary encoder as a difference, or The motor speed may be detected from the back electromotive voltage obtained by subtracting the product of the current value supplied to the motor and the coil resistance value from the applied voltage.
[0036]
In the above example, steps S406, S407, and S420 are configured to perform a map operation, and steps S421, S408, and S409 are performed to perform an operation of multiplying a gain. However, each of the steps may be configured to perform an operation of multiplying a gain. , A map operation may be performed. In addition, steps S420 and S421 may be combined into one map in which the steering wheel return assist torque signal after the direction correction multiplied by the correction coefficient is combined.
[0037]
Embodiment 3
The third embodiment is an invention related to the road surface reaction torque detector 74 for detecting the road surface reaction torque shown in the second embodiment. More specifically, the third embodiment is based on the output of the road surface reaction torque detector 74. The means for calculating a certain road surface reaction torque signal on the basis of a steering force, an assist torque, and the like that is balanced with a measurable road surface reaction force is configured by S / W. The configuration of the electric power steering apparatus according to the third embodiment is the same as the configuration of the block diagram of the second embodiment (FIG. 3).
Hereinafter, only the operation of the third embodiment will be described based on the flowchart of FIG. The third embodiment also differs from the prior art in the algorithm used to calculate the target current. Regarding current control, PID-type current F / B control, or target current and motor speed Generally performed control such as open loop control based on a signal may be performed based on either digital control or analog control. Therefore, hereinafter, the description will be limited to the algorithm up to the calculation of the target current.
Also, in the flowchart of FIG. 5, similarly to the first and second embodiments, the calculation step (steps S520 to S522) of calculating the steering wheel return assist torque signal performed in the steering wheel return correction unit 70B is performed in steps S511 and S511 It was configured to be inserted between S512.
First, in step S501, the steering torque signal detected by the steering torque detector 1 is read and stored in a memory. In step S502, the motor speed signal detected by the motor speed detector 5 is read and stored in the memory. Next, in step S503, the motor acceleration signal is differentiated by the motor acceleration detector 6 to obtain a motor acceleration signal and stored in the memory. In step S504, the motor current signal is read and stored in the memory.
In steps S505 to S508, the road surface reaction torque detector 74 determines whether the absolute value of the steering torque signal is equal to or larger than a threshold (step S505). The threshold value at this time is set in advance so as to be near the sum of the torque required for holding the steering wheel when traveling straight and the measured offset of the steering torque detector, and stored in the ROM.
If it is determined in step S505 that the absolute value of the steering torque signal is equal to or larger than the threshold, the process proceeds to step S507, and the following calculation is performed to obtain a road surface reaction torque signal. If it is determined in step S505 that the absolute value of the steering torque signal is less than the threshold value, the process proceeds to step S506, in which the steering torque signal T used for calculation in the road reaction torque detector 74 is set. sens Is replaced with 0, and the process proceeds to step S507, where the following calculation is performed to obtain a road surface reaction torque signal.
[0038]
Below, the road surface reaction torque signal T rea_est The calculation method of will be described.
In step S507, the steering torque signal T sens And motor acceleration signal dω (rotational acceleration of handle shaft) and motor current signal I mtr Thus, as shown in the following equation (1), the steady-state reaction force signal T ′ rea_est Get.
T ' rea_est = T sens + K t ・ I mtr −J · dω ‥‥‥‥ (1)
K t : Motor torque constant (converted to handle axis)
J: Moment of inertia of steering mechanism
Next, in step S508, a primary filter operation of the following equation (2) is performed, and the road surface reaction torque signal T rea_est And store it in memory.
dT rea_est / Dt = -T rea_est / T 1 + T ' rea_est / T 1 ‥‥‥‥ (2)
Where T 1 Is the time constant of the first-order filter, and the corner frequency f c = 1 / (2π · T 1 ) Is set to be approximately between 0.05 and 1.0 Hz.
[0039]
Next, in steps S509 and S510, the steering torque controller 2 passes the steering torque signal through a phase compensator in order to improve the frequency characteristic of the steering torque signal (step S509). A steering assist torque signal is obtained by map calculation and stored in the memory (step S510). In step S511, the steering reaction torque detector 74 of the steering wheel return correction unit 70B detects the calculated road surface reaction torque signal T by the steering reaction torque detector 74. rea_est Is stored in memory.
Next, the process proceeds to step S520, which is the above-described calculation step, where the return torque compensator 72B outputs the road surface reaction torque signal T rea_est , A steering wheel return assist torque signal is obtained by a map calculation and stored in a memory. Further, the value of the friction torque in the steering mechanism differs depending on the steering direction of the steering wheel. When the value of the friction is large, the difference in the magnitude of the friction in each rotation direction due to the rotation direction of the steering tends to be large. It is necessary to obtain a steering wheel return assist torque signal that appropriately compensates for each friction depending on the direction. Therefore, in step S521, the road surface reaction torque direction signal TB is determined by the road surface reaction torque direction discriminator 71B. rea_est The direction and the direction of rotation or motion to be corrected based on the magnitude and direction of the direction are determined and stored in the memory. In step S522, the direction correction coefficient compensator 73B calculates the direction-corrected steering wheel return assist torque signal multiplied by the correction coefficient of the steering wheel return auxiliary torque signal corresponding to the direction of the friction to be corrected, and stores the calculated signal in the memory.
[0040]
When the calculation steps (S520 to S522) are completed, the process proceeds to step S512, in which the damping compensator 3 multiplies the motor speed signal by a proportional gain to obtain a damping compensation signal and stores it in a memory. In step S513, the inertia compensator 4 Multiplying the motor acceleration signal by a proportional gain to obtain an inertia compensation signal and store it in a memory.
Next, in step S514, the first adder 12 calculates the sum of the steering assist torque signal, the steering wheel return assist torque signal, the damping compensation signal, and the inertia compensation signal, and stores the sum in the memory as the target torque. In step S515, the motor current determination means 8 multiplies the target torque obtained in step S514 by a gain to obtain a target current, which is stored in the memory. The gain at this time is the reciprocal of the torque constant of the motor 10 in terms of the handle axis.
The operations in steps S501 to S515 are repeated.
[0041]
In the third embodiment, if it is determined in step S505 that the absolute value of the steering torque signal is equal to or larger than the threshold, the process proceeds to step S507. If it is determined that the absolute value is smaller than the threshold, the process proceeds to step S506. Steering torque signal T used for calculation in road surface reaction torque detector 15 sens Was set to 0, and then the process proceeds to step S507. In this case, the steering wheel return torque calculated from the relationship between the steering torque signal input to the road surface reaction torque detector 74 and the steering torque signal used for calculation in the road surface reaction torque detector 74 is as shown in FIG. As shown in FIG. 6, a discontinuity occurs. However, as shown in FIG. In this case, if it is determined in step S505 that the absolute value of the steering torque signal is equal to or larger than the threshold value, the operation proceeds to step S507 after subtracting the threshold value.
[0042]
In general, a road is provided with a cant in which the vicinity of the center of the road is high and the vicinity of the road is low in order to allow rainwater to flow toward the shoulder of the road. For this reason, when going straight on the road, it is necessary to hold the steering wheel with a slight torque. Further, the steering torque detector 1 that detects the steering torque often slightly offsets due to voltage drift or the like. Therefore, if the steering torque detection signal is used as it is, the road surface reaction torque detector 74 does not have a road surface reaction torque detection value of 0 even when traveling straight, so the steering wheel return assist torque signal is determined based on the road surface reaction force torque detection value. Is calculated, the driver may feel unnecessary torque even when traveling straight. Therefore, it is effective to provide an appropriate dead zone for controlling the steering wheel return assist torque signal.
In the third embodiment, when it is determined that the absolute value of the steering torque signal is less than the threshold value, the steering torque signal T used for the calculation in the road surface reaction torque detector 74 is determined. sens Is replaced with 0, and the steady-state reaction force signal T ′ in equation (1) is obtained. rea_est And the threshold at this time is set near the sum of the torque required for holding the steering wheel when traveling straight and the measured offset of the steering torque detector, so that the above-described problem can be solved. .
[0043]
In the third embodiment, the control dead zone is provided by using the fact that the absolute value of the steering torque signal is less than the threshold value. However, instead of providing the dead zone in the steering torque signal and performing the calculation, the dead zone is calculated. Steady reaction force signal T ' rea_est And the calculated road reaction torque signal T rea_est Needless to say, it is also possible to provide a dead zone for controlling the steering wheel return assist torque signal by providing a dead zone.
[0044]
Also in the third embodiment, similarly to the second embodiment, the control parameters of the steering torque controller 2, the return torque compensator 72B, the damping compensator 3, and the inertia compensator 4 are the same as those of the vehicle speed detector 14. Change according to the output of. At this time, the gain of the damping compensator 3 and the inertia compensator 4 may be set to 0 for a vehicle having a strong damping of the steering mechanism itself and a vehicle equipped with a motor having a small inertia moment in terms of the handle shaft. In this case, The motor speed detector 5, the motor acceleration detector 6, the damping compensator 3, and the inertia compensator 4 become unnecessary.
[0045]
It should be noted that the value of J may be set to 0 in a vehicle having a small J (moment of inertia of the steering mechanism) in the calculation of the expression (1).
In the calculation of the equation (1), the road surface reaction torque for returning the steering wheel is equal to the steering torque signal T. sens , Motor acceleration signal dω (handle axis rotation acceleration), motor current signal I mtr Of the steering torque signal T sens However, the effect can be expected even if the calculation is performed only by itself, so that the calculation can be simplified and the S / W of a microcomputer having low capability can be realized.
Further, in the calculation of the equation (1), the road surface reaction force torque for returning the steering wheel is equal to the steering torque signal T. sens , Motor acceleration signal dω (handle axis rotation acceleration), motor current signal I mtr Of the motor current signal I mtr Even if the calculation is performed only by itself, for example, the function of the mechanism of the hydraulic reaction mechanism of the hydraulic power steering becomes the same, and the effect can be expected. is there.
[0046]
In the above example, in step S508, the primary filter operation of the equation (2) is performed to perform the road surface reaction torque signal T rea_est Was obtained, and this was stored in the memory, but this is for maintaining the steering wheel return torque for a predetermined period of time and completely returning the steering wheel when the steering wheel is completely released, Step S508 is skipped, and even if the first-order filter calculation of the equation (2) is not performed, only the handle returning torque already applied from the release of the handle to the complete release of the handle is sufficiently effective. Therefore, the operation can be simplified, and there is an effect that the S / W of a microcomputer with low ability can be realized.
[0047]
Also, in the third embodiment, similarly to the first and second embodiments, the motor speed detector 5 may use a motor speed sensor such as a tachogenerator or the like, and may compare the pulse output of the rotary encoder with the differential output. Alternatively, the motor speed may be estimated from the back electromotive voltage obtained by subtracting the product of the current value supplied to the motor and the coil resistance value from the voltage applied to the motor.
[0048]
In the third embodiment, steps S510 and S511 are configured to perform a map operation, and steps S512 and S513 are configured to be multiplied by a gain. However, each step may be configured to be multiplied by a gain or configured to be a map operation. Is also good.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the torque of the motor that generates the torque assisting the steering torque by the driver is controlled, and the frictional force of the vehicle and the steering system according to the return direction of the steering wheel is reduced. Handle return correction means for setting the handle return correction amount for compensation Provide With In the above handle return correction means, handle Or motor Rotation direction, Or, depending on the direction of movement of the steering system, Providing means for correcting, Since the left-right difference in the return characteristics of the steering wheel due to the unbalance of the frictional force is eliminated, even when the driver releases the steering wheel after returning to the original position after turning the steering wheel, even if the driver releases the steering wheel, the operation of the frictional force can be performed. It is possible to eliminate the imbalance in the return characteristics of the steering wheel due to the difference in the direction in which the steering wheel is moved, and to surely return the steering wheel to the center.
[0050]
According to the second aspect of the present invention, the steering wheel return correction unit is configured to add a correction current corresponding to the correction amount to a motor control current and to add a torque in a rotation direction of the steering wheel or the motor. When the driver is steering while holding the steering wheel, a steering assist torque signal for assisting steering can be generated based on the steering torque signal, and when the driver releases the steering wheel, the steering assist torque signal can be generated. When the driver holds the steering wheel, the steering wheel return assist torque signal for returning the steering wheel to the home position is used as it is, and the steering wheel or the above motor is used as a control algorithm for returning the steering wheel to the home position when newly released. The amount of correction to the motor control current in the direction of rotation is friction due to the direction of return (rotation) of the handle By simply adding the correction current for adjusting the imbalance, the motor can output torque in the steering wheel return direction even after releasing the hand. The balance can be reliably eliminated, and the handle can be easily returned to the center.
[0051]
According to the third aspect of the present invention, the steering wheel return correcting means according to the first aspect includes a road surface reaction torque detecting unit that detects a road surface reaction torque received by the tire from the road surface, and a road surface reaction torque detecting unit. Means for calculating the steering wheel return correction amount based on the output, so that the friction that can adjust the friction imbalance depending on the direction of the return (rotation) of the steering wheel is corrected or canceled to eliminate the left-right difference in the steering wheel return characteristic. After the release, the motor can output the torque in the steering wheel return direction. Therefore, it is possible to reliably eliminate the imbalance in the return characteristics of the handle due to the difference in the direction, and to return the handle to the center without fail.
[0052]
According to the fourth aspect of the present invention, the road surface reaction torque detecting means for detecting the road surface reaction torque received by the tire from the road surface includes a steering wheel angle detecting means and a road surface reaction force based on the output of the steering wheel angle detecting means. Since it is constituted by the means for obtaining the torque, the road surface reaction force torque can be accurately detected, and the imbalance of the frictional force can be surely adjusted.
[0053]
According to the fifth aspect of the present invention, the road surface reaction torque detecting means adds a steering shaft converted motor torque calculated from an output of the motor current detecting means to an output of the steering torque detecting means, A road surface reaction force estimating means for obtaining a road surface reaction force torque estimation value through a low-pass filter or a delay filter, the value obtained by subtracting the motor inertia torque in terms of the steering shaft, so that a road surface reaction force detector and associated wiring Becomes unnecessary, and the cost of the electric power steering device can be reduced.
[0054]
According to the sixth aspect of the present invention, since the road surface reaction torque detecting means is constituted by the road surface reaction torque estimating means for obtaining the road surface reaction torque estimated value based on the output of the steering torque detecting means, the calculation is simplified. The road surface reaction torque detecting means can be realized even with the S / W of a microcomputer having a low capacity.
[0055]
According to the seventh aspect of the present invention, a low-pass or delay filter is operated on the output of the steering torque detecting means to obtain the estimated value of the road reaction torque, so that the accuracy of the estimated value of the road reaction torque is improved. Can be done.
[0056]
According to the eighth aspect of the present invention, the road surface reaction torque detecting means obtains the road surface reaction torque estimated value from the steering shaft converted motor torque calculated from the output of the motor current detecting means. Therefore, the calculation can be simplified, and the road surface reaction torque detecting means can be realized even with the S / W of a microcomputer having low capability.
[0057]
According to the ninth aspect of the present invention, a low-pass or delay filter is operated on the motor torque converted into the steering shaft to obtain a road surface reaction torque estimated value, so that the accuracy of the road surface reaction torque estimated value is improved. Can be done.
[0058]
According to the tenth aspect of the present invention, ,luck Control the torque of the motor that generates the torque that assists the steering torque by the driver to return the steering wheel. of time Compensates for frictional forces in vehicle and steering systems At the same time, the compensation amount is set according to the rotation direction of the steering wheel or the motor or the movement direction of the steering system. With this configuration, it is possible to eliminate the imbalance in the return characteristics of the handle due to the difference in the direction in which the frictional force acts, and to reliably return the handle to the center.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electric power steering device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the electric power steering device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an electric power steering device according to a second embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing an operation of the electric power steering device according to the second embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing an operation of the electric power steering device according to the third embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating characteristics of a return torque compensator.
FIG. 7 is a diagram illustrating characteristics of a direction correction coefficient compensator.
FIG. 8 is a diagram illustrating characteristics of a return torque compensator.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 steering torque detector, 2 steering torque controller, 3 damping compensator, 4 inertia compensator, 5 motor speed detecting means, 6 motor acceleration detecting means, 8 motor current determining means, 9 motor driver, 10 motor, 11 motor Current detector,
12 first adder, 13 second adder, 14 vehicle speed detector,
70A, 70B handle return correction means, 71 motor rotation direction discriminator,
71B road surface reaction torque direction discriminator, 72, 72B return torque compensator,
73 direction coefficient compensator, 73B direction correction coefficient compensator, 74 road surface reaction torque detector.

Claims (10)

運転者による操舵トルクを補助するトルクを発生させるモータを備え、ステアリング系の操舵力を補助する電動式パワーステアリング装置において、上記モータのトルクを制御し、ハンドルの戻りの方向による車両及びステアリング系の摩擦力を補償するためのハンドル戻し補正量を設定するハンドル戻し補正手段を設けるとともに、上記ハンドル戻し補正手段に、ハンドルあるいはモータの回転方向、ないしはステアリング系の運動方向に応じて、上記ハンドル戻し補正量を補正する手段を設けたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。In an electric power steering device that includes a motor that generates a torque that assists a steering torque by a driver, the electric power steering device that assists a steering force of a steering system. provided with a handle return compensation means sets a steering wheel return compensation amount for compensating for the frictional force, to the handle return compensation means, the rotational direction of the handle or a motor, or in accordance with the movement direction of the steering system, return the handle correction An electric power steering device comprising a means for correcting an amount. ハンドル戻し補正手段を、上記補正量に対応する補正電流をモータ制御電流に加算し、ハンドルないしはモータの回転方向にトルクを付加する構成としたことを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。2. The electric power steering system according to claim 1, wherein the steering wheel return correcting means is configured to add a correction current corresponding to the correction amount to a motor control current to add a torque in a rotation direction of the steering wheel or the motor. apparatus. ハンドル戻し補正手段は、タイヤが路面から受ける路面反力トルクを検出する路面反力トルク検出手段と、上記路面反力トルク検出手段の出力に基づいてハンドル戻し補正量を求める手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。The steering wheel return correction means includes a road surface reaction torque detecting means for detecting a road surface reaction torque received by the tire from the road surface, and a means for calculating a steering wheel return correction amount based on an output of the road surface reaction torque detecting means. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein: 路面反力トルク検出手段は、ハンドル角検出手段と、上記ハンドル角検出手段の出力に基づいて路面反力トルクを求める手段とを備えたことを特徴とする請求項３記載の電動式パワーステアリング装置。4. The electric power steering apparatus according to claim 3, wherein the road surface reaction torque detecting unit includes a steering wheel angle detecting unit, and a unit for calculating a road surface reaction torque based on an output of the steering wheel angle detecting unit. . 運転者による操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段とを設けるとともに、上記路面反力トルク検出手段を、上記操舵トルク検出手段の出力に、上記モータの電流検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータトルクを加算し、更に、ステアリング軸換算のモータ慣性トルクを減算した値をローパスフィルタないしは遅延フィルタを通し、路面反力トルク推定値を得る路面反力トルク推定手段により構成したことを特徴とする請求項３記載の電動式パワーステアリング装置。A steering torque detecting means for detecting a steering torque by a driver, and a motor current detecting means for detecting a current flowing through a motor are provided, and the road surface reaction torque detecting means is connected to an output of the steering torque detecting means. The motor torque in terms of the steering axis calculated from the output of the current detecting means is added, and the value obtained by subtracting the motor inertia torque in terms of the steering axis is passed through a low-pass filter or a delay filter to obtain an estimated road surface reaction torque. 4. An electric power steering apparatus according to claim 3, wherein said electric power steering apparatus comprises road surface reaction torque estimating means. 運転者による操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を設けるとともに、上記路面反力トルク検出手段を、上記操舵トルク検出手段の出力に基づいて路面反力トルク推定値を得る路面反力トルク推定手段により構成したことを特徴とする請求項３項記載の電動式パワーステアリング装置。A steering torque detecting means for detecting a steering torque by a driver is provided, and the road surface reaction torque detecting means is provided by a road surface reaction torque estimating means for obtaining a road surface reaction torque estimated value based on an output of the steering torque detecting means. The electric power steering apparatus according to claim 3, wherein the power steering apparatus is configured. 運転者による操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を設けるとともに、上記路面反力トルク検出手段を、上記操舵トルク検出手段の出力にローパスないしは遅延フィルタを演算して路面反力トルク推定値を得る路面反力トルク推定手段により構成したことを特徴とする請求項３記載の電動式パワーステアリング装置。A steering torque detecting means for detecting a steering torque by a driver is provided, and the road surface reaction torque detecting means is provided with a low-pass or delay filter on an output of the steering torque detecting means to obtain a road surface reaction torque estimated value. 4. An electric power steering apparatus according to claim 3, wherein said electric power steering apparatus is constituted by a reaction torque estimating means. モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段を設けるとともに、上記路面反力トルク検出手段を、上記モータ電流検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータトルクから路面反力トルク推定値を得る路面反力トルク推定手段により構成したことを特徴とする請求項３記載の電動式パワーステアリング装置。A motor current detecting means for detecting a current flowing through the motor is provided, and the road surface reaction torque detecting means obtains an estimated road surface reaction torque from a steering shaft converted motor torque calculated from an output of the motor current detecting means. 4. An electric power steering apparatus according to claim 3, wherein said electric power steering apparatus comprises road surface reaction torque estimating means. モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段を設けるとともに、上記路面反力トルク検出手段を、上記モータ電流検出手段の出力から演算されるステアリング軸換算のモータトルクにローパスないしは遅延フィルタを演算して路面反力トルク推定値を得る路面反力トルク推定手段により構成したことを特徴とする請求項３記載の電動式パワーステアリング装置。A motor current detecting means for detecting a current flowing through the motor is provided, and the road surface reaction torque detecting means calculates a low-pass or a delay filter for a steering shaft converted motor torque calculated from an output of the motor current detecting means. 4. The electric power steering apparatus according to claim 3, wherein said power steering apparatus is constituted by road surface reaction torque estimating means for obtaining an estimated road surface reaction torque. 運転者による操舵トルクを補助するトルクを発生させるモータを備え、ステアリング系の操舵力を補助する電動式パワーステアリング装置において、上記モータのトルクを制御して、ハンドルの戻り時の車両及びステアリング系の摩擦力を補償するとともに、ハンドルあるいはモータの回転方向、ないしはステアリング系の運動方向に応じて上記補償量を設定するようにしたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置の制御方法。A motor for generating a torque for assisting the steering torque by the driver, the electric power steering device for assisting the steering force of the steering system, by controlling the torque of the upper SL motor vehicle and the steering system during the return of the handle A method of controlling the electric power steering apparatus, wherein the amount of compensation is set in accordance with the rotational direction of the steering wheel or the motor or the direction of movement of the steering system .
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