JP3663782B2

JP3663782B2 - Control device for electric power steering device

Info

Publication number: JP3663782B2
Application number: JP28287596A
Authority: JP
Inventors: 修司遠藤; 秀行小林
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-10-07
Filing date: 1996-10-07
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2016-10-07
Also published as: JPH10109656A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動パワ−ステアリング装置の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の電動パワ−ステアリング装置は、操向ハンドルの操作によりステアリングシヤフトに発生する操舵トルクと車速を検出し、その検出信号をマイクロコンピユ−タで構成される電子制御回路に入力して操舵補助力を発生するモ−タの制御目標値である操舵補助指令値を算出し、算出された操舵補助指令値に基づいて半導体素子をＨブリツジに接続したモ−タ駆動回路における半導体素子の駆動時間を定めるＰＷＭ信号（パルス幅信号）のデユ−テイ比を決定し、決定されたデユ−テイ比によりモ−タ駆動回路を制御してモ−タを駆動するものがある。
【０００３】
また、マイクロコンピユ−タで演算されたデジタルデ−タである操舵補助指令値をＡ／Ｄ変換器でアナログデ−タに変換し、変換されたアナログデ−タによりモ−タ駆動回路を制御してモ−タを駆動するものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような構成の制御回路は８ビツト信号を処理する低分解能回路が一般的であり、マイクロコンピユ−タでの演算結果は１６ビツト信号であつても、ＰＷＭ信号処理回路やＡ／Ｄ変換回路が８ビツト信号を処理する低分解能回路では、分解能以下の信号を処理するときに出力値として０を出力するか１を出力するか決定できないため、約１ビツトの分解能で出力信号が振動する。これをリミツトサイクル振動という。
【０００５】
このような振動は、操舵補助指令値に振動成分が含まれることになり、操舵の際に不快な振動として感じられ、商品性能を低下させることになり好ましくない。この発明は、このような、ＰＷＭ信号処理回路やＡ／Ｄ変換回路の分解能不足が原因で発生するリミツトサイクル振動を低減し、操舵感覚を改善することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、少なくともステアリングシヤフトに発生する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、検出された操舵トルクに基づいて操舵補助指令値を演算する操舵補助指令値演算手段と、前記演算された操舵補助指令値に基づいてモ−タを制御するモ−タ制御手段を備え、操舵トルクに応じた操舵補助力をステアリング機構に与える電動パワ−ステアリング装置の制御装置において、前記操舵補助指令値演算手段は前記モ−タ制御手段よりもビツト数の多いデジタル演算手段から構成され、所定時間毎にサンプリングされた操舵トルクデ−タに基づいて操舵補助指令値を演算して前記モ−タ制御手段に出力すると共に、その際切り捨てられた操舵補助指令値の下位ビツトデ−タを次回にサンプリングされた操舵トルクデ−タに加算して操舵補助指令値を演算することを特徴とする。
【０００７】
そして、前記操舵トルクに応じた操舵補助力をステアリング機構に与えるモ−タの電気的時定数は、少なくとも操舵トルクのサンプリング期間の１／２πとする。また、前記操舵補助指令値はモ−タ電流指令値でよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の特徴と実施の形態を説明する。操舵補助指令値は操舵トルク、車速その他のパラメ−タを所定の演算式に基づいて演算して得られるものであるが、このような操舵補助指令値を８ビツトの有限語長で演算するときは掛け算を含むために演算結果は１６ビツトで出力される。しかしながら、演算された操舵補助指令値を入力とするＰＷＭ信号処理回路（或いはＡ／Ｄ変換回路）は８ビツトデ−タを入力とするように構成されているのが一般的であるから、前記１６ビツトで出力される演算結果の上位８ビツトのみがＰＷＭ信号処理回路に出力され、下位８ビツトデ−タは切り捨てられる。これが量子化誤差となる。
【０００９】
そこで、この切り捨てられた下位８ビツトデ−タを次のサンプリング期間に検出された操舵トルクデ−タに加算して操舵補助指令値を演算することで、下位８ビツトデ−タの切り捨てによる量子化誤差を低減するようにした。
【００１０】
図１は、量子化誤差の低減回路１００を伝達関数で表したもので、１０１は操舵トルクに対応する操舵補助指令値を演算する演算要素、１０２は加算要素、１０３は１６ビツトデ−タの下位８ビツトデ−タを切り捨てる演算要素、１０４は演算要素１０３で切り捨てられた下位８ビツトデ−タを一時記憶する記憶要素、１０５はゲイン調整要素である。
【００１１】
なお、１１０は演算要素１０３から出力される操舵補助指令値Ｉに基づいてＰＷＭ信号を作成するＰＷＭ信号処理回路、１１１はＰＷＭ信号によりモ−タを駆動制御するモ−タ制御回路で、半導体素子をＨブリツジに接続した回路である。１１２はモ−タで、その電気的特性を伝達関数で示せば｛１／（Ｌｓ＋Ｒ）｝で表される。ここで、Ｌはモ−タのインダクタンス、ｓはラプラス演算子、Ｒはモ−タの端子間抵抗である。
【００１２】
量子化誤差の低減回路の動作を説明する。検出された操舵トルクＴは８ビツトデ−タとして演算要素１０１に入力され、操舵補助指令値が演算されて１６ビツトの操舵補助指令値Ｉが出力される。出力デ−タは加算要素１０２を経て演算要素１０３に入力され、下位８ビツトデ−タが切り捨てられ、上位８ビツトデ−タがＰＷＭ信号処理回路１１０に出力される。一方、切り捨てられた下位８ビツトデ−タ（量子化誤差）δは記憶要素１０４に一時記憶され、ゲイン調整要素１０５でゲインを調整した上で、次のサンプリング期間に読み出されて加算要素１０２に１サンプル期間遅れのデ−タとして出力され、次のサンプリング期間に抽出された操舵トルクに加算され、操舵補助指令値Ｉが演算される。
【００１３】
このように、逐次切り捨てられた下位８ビツトデ−タ（量子化誤差）δは次のサンプリング期間に抽出された操舵トルクに基づく操舵補助指令値Ｉにフイ−ドバツクされて加算されるから、下位８ビツトデ−タの切り捨てによる量子化誤差を低減することができる。
【００１４】
先に説明した図１に示す量子化誤差の低減回路は、図２に示すように、量子化誤差の発生から加算器１０２の出力までの伝達特性がハイパスフイルタの特性を持つように設定される。ハイパスフイルタとしての効果が高いのは、伝達特性が（１−Ｚ^-1）ⁿになるときで、値 nが大きくなるに従いハイパスフイルタ効果が大きく作用するようになるが、モ−タの電気的特性から n＝１が好ましい。
【００１５】
ここで、量子化誤差について説明する。量子化誤差δは白色雑音とみなすことができるため、出力である操舵補助指令値Ｉから独立したデ−タとして扱うことができる。操舵トルクとモ−タ電流とは比例関係にあるから、量子化誤差の影響は、モ−タ電流に与える影響として評価することができるから、以下の式（１）関係が成立する。
【００１６】

ここで、Ｒ：モ−タの端子間抵抗
Ｍ（ｓ）：１／Ｌｓ＋Ｒ
Ｌ：モ−タのインダクタンス
ｓ：ラプラス演算子
Ｇ（ｓ）：量子化誤差の低減回路の伝達特性（１−Ｚ^-1）ⁿを連続時間系に変換した伝達関数
｜〜｜_∞：ゲイン最大値を示すものとする。
【００１７】
上記した式（１）の関係が成立するためにはモ−タの電気的時定数を前記ハイパスフイルタのクロスオ−バ−周波数ωc 以下に設定すればよい。即ち、モ−タの電気的時定数をナイキスト周波数ωN の１／π以下、或いはサンプリング期間Ｔs の１／２π以下に設定すればよい。何故ならば、サンプリング期間Ｔs とナイキスト周波数ωN との間には、ωN ＝１／２Ｔs の関係があるからである。
【００１８】
以上説明したとおり、図１に示す量子化誤差の低減回路は、量子化誤差の発生から加算器１０２の出力までの伝達特性がハイパスフイルタの特性を持つように設定されており、量子化誤差信号はハイパスフイルタを通過した出力となるから、ある周波数以上に量子化誤差が分布することになる。この対策としては、量子化誤差低減回路の出力側にロ−パスフイルタを挿入することで、ある周波数以上に分布する量子化誤差の影響を排除することができる。
【００１９】
実際の回路においては、操舵補助力を発生させるモ−タの電気的特性は図３に示すような特性を有しておりロ−パスフイルタとして機能するので、特別な回路部品としてロ−パスフイルタを必要とするものではなく、モ−タの電気的時定数を少なくとも操舵トルクのサンプリング周波数の１／２πとするとよい。
【００２０】
このように、量子化誤差低減回路の出力側にロ−パスフイルタを挿入すると、全体としての伝達特性は図４に示すような特性となり、全周波数範囲においてゲインが１／Ｒ（Ｒはモ−タの端子間抵抗）以下となり、量子化誤差を低減することができる。なお、以上説明した量子化誤差低減回路は、具体的な回路素子から構成された低減回路が制御回路に設けられているわけではなく、制御回路を構成するＣＰＵの内部で実行される機能である。
【００２１】
【実施例】
以下、この発明の実施例について説明する。図５は、この発明を実施するに適した電動パワ−ステアリング装置の構成の概略を説明する図で、操向ハンドル１の軸２は減速ギア４、ユニバ−サルジョイント５ａ、５ｂ、ピニオンラツク機構７を経て操向車輪のタイロツド８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３が設けられており、また、操舵力を補助するモ−タ１０がクラツチ９、減速ギア４を介して軸２に結合している。
【００２２】
パワ−ステアリング装置を制御する電子制御回路１３は、バツテリ１４からイグニツシヨンキ−１１を経て電力が供給される。電子制御回路１３は、トルクセンサ３で検出された操舵トルクと車速センサ１２で検出された車速に基づいて操舵補助指令値の演算を行い、演算された操舵補助指令値に基づいてモ−タ１０に供給する電流を制御する。
【００２３】
クラツチ９は電子制御回路１３により制御される。クラツチ９は通常の動作状態では結合しており、電子制御回路１３によりパワ−ステアリング装置の故障と判断された時、及び電源がＯＦＦとなつている時に切離される。
【００２４】
図６は、電子制御回路１３のブロツク図である。この実施例では電子制御回路１３は主としてＣＰＵから構成されるが、ここではそのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される機能を示してある。例えば、位相補償器２１は独立したハ−ドウエアとしての位相補償器２１を示すものではなく、ＣＰＵで実行される位相補償機能を示す。
【００２５】
以下、電子制御回路１３の機能と動作を説明する。トルクセンサ３から入力された操舵トルク信号は、位相補償器２１で操舵系の安定を高めるために位相補償され、操舵補助指令値演算器２２に入力される。また、車速センサ１２で検出された車速も操舵補助指令値演算器２２に入力される。
【００２６】
操舵補助指令値演算器２２は、入力されたトルク信号と車速信号に基づいて、モ−タ１０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定するものである。
【００２７】
比較器２３、微分補償器２４、比例演算器２５、積分演算器２６及び加算器２７から構成される回路は、実際のモ−タ電流値ｉが操舵補助指令値Ｉに一致するようにフイ−ドバツク制御を行う回路である。
【００２８】
比例演算器２５では、操舵補助指令値Ｉと実際のモ−タ電流値ｉとの差に比例した比例値が出力される。さらに比例演算器２５の出力信号はフイ−ドバツク系の特性を改善するため積分演算器２６において積分され、差の積分値の比例値が出力される。
【００２９】
微分補償器２４では、操舵補助指令値演算器２２で演算された操舵補助指令値Ｉに対する実際にモ−タに流れるモ−タ電流値ｉの応答速度を高めるため、操舵補助指令値Ｉの微分値が出力される。
【００３０】
微分補償器２４から出力された操舵補助指令値Ｉの微分値、比例演算器２５から出力された操舵補助指令値と実際のモ−タ電流値との差に比例した比例値、及び積分演算器２６から出力された積分値は、加算器２７において加算演算され、演算結果であるモ−タ電流を制御する電流制御値Ｅがモ−タ駆動回路４１に出力される。
【００３１】
図７にモ−タ駆動回路４１の構成の一例を示す。モ−タ駆動回路４１は加算器２７から入力された電流制御値ＥをＰＷＭ信号と電流方向信号とに分離変換する変換部４４、ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ4 、及びそれ等ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ4 のゲ−トを開閉駆動するＦＥＴゲ−ト駆動回路４５等からなる。なお、昇圧電源４６はＦＥＴ1 、ＦＥＴ2 のハイサイド側を駆動する電源である。
【００３２】
なお、先に図１により説明した量子化誤差低減回路１００では、操舵補助指令値Ｉから直接ＰＷＭ信号を演算するように説明したが、実施例ではフイ−ドバツク系の特性を改善する回路要素が加わり、操舵補助指令値Ｉから電流制御値Ｅを得、電流制御値Ｅを変換部４４でＰＷＭ信号に変換演算している。前記した量子化誤差低減回路１００は電流制御値Ｅ（１６ビツト信号）を入力とする変換部４４において、１６ビツト信号から８ビツトのＰＷＭ信号に変換する過程に介装されるものである。
【００３３】
なお、以下の説明では、電流制御値ＥからＰＷＭ信号を得るものとし、その過程で量子化誤差の低減処理を行うものとして説明するが、操舵補助指令値ＩからＰＷＭ信号を得る過程で、即ち操舵補助指令値ＩにＰＷＭ信号を得る過程で切捨てた下位８ビツトデ−タを加算し、量子化誤差の低減処理を行うようにしてもよい。
【００３４】
ＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）は、Ｈブリツジ接続されたＦＥＴ（電界効果トランジスタ）スイツチング素子ＦＥＴ1 〜ＦＥＴ2 のゲ−トを駆動する信号で、加算器２７において演算された電流制御値Ｅの絶対値によりＰＷＭ信号のデユ−テイ比（ＦＥＴのゲ−トをＯＮ／ＯＦＦする時間比）が決定される。
【００３５】
電流方向信号は、モ−タに供給する電流の方向を指示する信号で、加算器２７で演算された電流制御値Ｅの符号（正負）により決定される信号である。
【００３６】
ＦＥＴ1 とＦＥＴ2 は前記したＰＷＭ信号のデユ−テイ比に基づいてゲ−トがＯＮ／ＯＦＦされるスイツチング素子で、モ−タに流れる電流の大きさを制御するためのスイツチング素子である。また、ＦＥＴ3 とＦＥＴ4 は前記した電流方向信号に基づいてゲ−トがＯＮ或いはＯＦＦされる（一方がＯＮの時、他方はＯＦＦとなる）スイツチング素子で、モ−タに流れる電流の方向、即ちモ−タの回転方向を切り換えるスイツチング素子である。
【００３７】
ＦＥＴ4 が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ1 、モ−タ１０、ＦＥＴ4 、抵抗Ｒ1 を経て電流が流れ、モ−タ１０に正方向の電流が流れる。ＦＥＴ3 が導通状態にあるときは、電流はＦＥＴ2 、モ−タ１０、ＦＥＴ3 、抵抗Ｒ2 を経て電流が流れ、モ−タ１０に負方向の電流が流れる。
【００３８】
モ−タ電流検出回路４２は、抵抗Ｒ1 の両端における電圧降下に基づいて、正方向電流の大きさを検出し、また、抵抗Ｒ2 の両端における電圧降下に基づいて、負方向電流の大きさを検出する。検出された実際のモ−タ電流値ｉは、比較器２３にフイ−ドバツクして入力される（図６参照）。
【００３９】
次に、電流制御値ＥからＰＷＭ信号を得るときの量子化誤差の低減処理、即ち、演算された１６ビツトデ−タから上位８ビツトデ−タを抽出してＰＷＭ信号を得るときの量子化誤差の低減処理について、図８のフロ−チヤ−トに基づいて説明する。
【００４０】
まず、操舵トルクのサンプリングを行い操舵トルクＴを検出し、モ−タ電流を制御する電流制御値Ｅを演算する（ステツプＰ１）。これは所定の時間間隔でトルクセンサ３からの出力を取り出し、演算することで達成できる。次に、前回の操舵トルクＴに基づく電流制御値ＥからＰＷＭ信号を得る演算の過程において切捨てた下位８ビツトデ−タδ（初回はδは零）をメモリから読み出し、サンプリングされた操舵トルクＴに基づく電流制御値Ｅに加算する（ステツプＰ２）。
【００４１】
切捨てた下位８ビツトデ−タδを加えて電流制御値Ｅを再度演算する。１６ビツトの演算結果が得られるが、その上位８ビツトデ−タをＰＷＭ信号として出力し（ステツプＰ３）、また、切捨てた下位８ビツトデ−タを新たな下位８ビツトのデ−タδとしてメモリに保存する（ステツプＰ４）。
【００４２】
次の操舵トルクのサンプリングにより入力された電流制御値Ｅに切捨てた下位８ビツトデ−タを加えての再演算のため、ステツプＰ１に戻る。
【００４３】
以上説明した実施例では、電子制御回路が８ビツトのＣＰＵで構成され、電流制御値Ｅの演算においては、演算の過程で得られる１６ビツトデ−タの上位８ビツトデ−タがＰＷＭ信号として出力され、下位８ビツトデ−タを誤差として次回の演算に加算されると説明した。
【００４４】
しかし、これは電子制御回路が８ビツトのＣＰＵで構成されるものとしての説明であり、電子制御回路が８ビツト以外のＣＰＵで構成された場合においても、同様に上位ビツトデ−タをＰＷＭ信号として出力するときは下位ビツトデ−タが誤差となる。このような誤差を次回の演算に加算処理する本願発明の処理手法は、デジタル演算に基づく量子化誤差を少なくする手法として、８ビツト以外のＣＰＵによるデ−タ処理にも適用できることは改めていうまでもない。
【００４５】
また、以上説明した量子化誤差の処理では、上位ビツトデ−タをＰＷＭ信号として出力するとき下位ビツトデ−タを切り捨てているが、下位ビツトデ−タの最上位桁を四捨五入するなどして上位ビツトデ−タに含める処理をしてもよい。この場合も下位ビツトデ−タは、次の操舵トルクのサンプリングによる電流制御値Ｅの再演算の過程において加算して処理する。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明の電動パワ−ステアリング装置の制御装置では、制御装置を構成するマイクロコンピユ−タでの演算結果は１６ビツト信号であつて、ＰＷＭ信号処理回路やＡ／Ｄ変換回路が８ビツト信号を処理する低分解能回路であつても、下位ビツトデ−タの切り捨てなどにより発生する誤差を次の操舵トルクのサンプリングによる操舵補助指令値、或いは電流制御値の再演算の過程において加算して処理するから、演算過程で発生する誤差を小さくすることができ、ＰＷＭ信号処理回路やＡ／Ｄ変換回路の分解能不足が原因で発生するリミツトサイクル振動を低減し、操舵感覚を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による量子化誤差の低減回路を伝達関数で示した回路図。
【図２】量子化誤差の低減回路の伝達特性を説明する図。
【図３】モ−タの電気的特性を説明する図。
【図４】量子化誤差低減回路の出力側にロ−パスフイルタを挿入した場合の伝達特性を説明する図。
【図５】電動パワ−ステアリング装置の構成の概略を説明する図。
【図６】電子制御回路のブロツク図。
【図７】モ−タ駆動回路のブロツク図。
【図８】量子化誤差の低減処理を説明するフロ−チヤ−ト。
【符号の説明】
１００量子化誤差低減回路
１０１操舵補助指令値を演算する演算要素
１０２加算要素
１０３下位ビツトデ−タを切り捨てる演算要素
１０４切り捨てられた下位ビツトデ−タを一時記憶する記憶要素
１０５ゲイン調整要素
１１０ＰＷＭ信号処理回路
１１１モ−タ制御回路
１１２モ−タ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an electric power steering apparatus.
[0002]
[Prior art]
An electric power steering device for a vehicle detects steering torque and vehicle speed generated in a steering shaft by operating a steering handle, and inputs the detection signal to an electronic control circuit constituted by a micro computer to assist steering. A steering assist command value, which is a control target value of a motor that generates force, is calculated, and the drive time of the semiconductor element in the motor drive circuit in which the semiconductor element is connected to the H bridge based on the calculated steering assist command value In some cases, the duty ratio of a PWM signal (pulse width signal) is determined, and the motor is driven by controlling the motor drive circuit based on the determined duty ratio.
[0003]
Further, the steering assist command value, which is digital data calculated by a micro computer, is converted to analog data by an A / D converter, and the motor drive circuit is controlled by the converted analog data. Some drive the motor.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The control circuit configured as described above is generally a low-resolution circuit that processes 8-bit signals. Even if the operation result of the microcomputer is a 16-bit signal, the PWM signal processing circuit or A / D converter is used. In a low-resolution circuit in which the circuit processes an 8-bit signal, it cannot be determined whether to output 0 or 1 as an output value when processing a signal below the resolution. Therefore, the output signal oscillates with a resolution of about 1 bit. . This is called limit cycle vibration.
[0005]
Such vibration is not preferable because the steering assist command value includes a vibration component, which is perceived as unpleasant vibration during steering, and deteriorates the product performance. An object of the present invention is to reduce the limit cycle vibration caused by insufficient resolution of the PWM signal processing circuit and the A / D conversion circuit and improve the steering feeling.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above problems, and includes a steering torque detection means for detecting a steering torque generated at least in a steering shaft, and a steering assistance command value calculation means for calculating a steering assistance command value based on the detected steering torque. A control apparatus for an electric power steering apparatus, comprising: a motor control means for controlling a motor based on the calculated steering assist command value, wherein a steering assist force corresponding to a steering torque is applied to a steering mechanism; The steering assist command value calculation means is constituted by digital calculation means having a larger number of bits than the motor control means, and calculates the steering assist command value based on the steering torque data sampled every predetermined time. -Output to the data control means, and the lower order bit data of the steering assist command value truncated at that time is used for the next sampled operation. Torukude - characterized by calculating a steering assist command value by adding the data.
[0007]
The electric time constant of the motor that applies the steering assist force corresponding to the steering torque to the steering mechanism is at least ½π of the sampling period of the steering torque. The steering assist command value may be a motor current command value.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The features and embodiments of the present invention will be described below. The steering assist command value is obtained by calculating the steering torque, vehicle speed, and other parameters based on a predetermined arithmetic expression. When such a steering assist command value is calculated with a finite word length of 8 bits. Since the calculation includes multiplication, the calculation result is output in 16 bits. However, since the PWM signal processing circuit (or A / D conversion circuit) that receives the calculated steering assist command value is generally configured to receive 8-bit data, the 16 Only the upper 8 bits of the operation result output by the bits are output to the PWM signal processing circuit, and the lower 8 bit data are discarded. This is a quantization error.
[0009]
Therefore, by adding the truncated lower 8 bit data to the steering torque data detected in the next sampling period and calculating the steering assist command value, the quantization error due to the truncation of the lower 8 bit data is reduced. Reduced.
[0010]
FIG. 1 shows a quantization error reduction circuit 100 as a transfer function, where 101 is a calculation element for calculating a steering assist command value corresponding to the steering torque, 102 is an addition element, and 103 is a subordinate of 16-bit data. An arithmetic element for truncating 8-bit data, 104 is a storage element for temporarily storing lower 8-bit data truncated by the

arithmetic element

103, and 105 is a gain adjustment element.
[0011]
Reference numeral 110 denotes a PWM signal processing circuit that creates a PWM signal based on the steering assist command value I output from the

arithmetic element

103, and 111 denotes a motor control circuit that drives and controls the motor using the PWM signal. Is a circuit connected to H bridge. Reference numeral 112 denotes a motor, which is represented by {1 / (Ls + R)} if its electrical characteristics are expressed by a transfer function. Here, L is the inductance of the motor, s is the Laplace operator, and R is the resistance between the terminals of the motor.
[0012]
The operation of the quantization error reduction circuit will be described. The detected steering torque T is input to the calculation element 101 as 8-bit data, a steering assist command value is calculated, and a 16-bit steering assist command value I is output. The output data is input to the arithmetic element 103 via the addition element 102, the lower 8 bit data is discarded, and the upper 8 bit data is output to the PWM signal processing circuit 110. On the other hand, the truncated lower 8-bit data (quantization error) δ is temporarily stored in the storage element 104, and after the gain is adjusted by the gain adjustment element 105, it is read out in the next sampling period and is added to the addition element 102. It is output as data delayed by one sample period, added to the steering torque extracted in the next sampling period, and the steering assist command value I is calculated.
[0013]
In this way, the lower 8 bit data (quantization error) δ, which is sequentially rounded down, is fed back and added to the steering assist command value I based on the steering torque extracted in the next sampling period. It is possible to reduce the quantization error due to the truncation of the bit data.
[0014]
The quantization error reduction circuit shown in FIG. 1 described above is set so that the transfer characteristic from the generation of the quantization error to the output of the adder 102 has a high-pass filter characteristic, as shown in FIG. . The effect as a high-pass filter is high when the transfer characteristic is (1-Z ^-1 ) ⁿ . As the value n increases, the high-pass filter effect becomes more significant. From the characteristics, n = 1 is preferable.
[0015]
Here, the quantization error will be described. Since the quantization error δ can be regarded as white noise, it can be handled as data independent of the steering assist command value I as an output. Since the steering torque and the motor current are in a proportional relationship, the influence of the quantization error can be evaluated as the influence on the motor current, and therefore the following relationship (1) is established.
[0016]

Here, R: resistance between motor terminals M (s): 1 / Ls + R
L: Motor inductance s: Laplace operator G (s): Transfer characteristic of quantization error reduction circuit (1-Z ⁻¹ ) Transfer function obtained by converting ⁿ into continuous time system | ˜ | _∞ : Maximum gain Value shall be indicated.
[0017]
In order to establish the relationship of the above equation (1), the electric time constant of the motor may be set to be equal to or lower than the crossover frequency ωc of the high-pass filter. That is, the electric time constant of the motor may be set to 1 / π or less of the Nyquist frequency ωN or 1 / 2π or less of the sampling period Ts. This is because there is a relationship of ωN = 1 / 2Ts between the sampling period Ts and the Nyquist frequency ωN.
[0018]
As described above, the quantization error reduction circuit shown in FIG. 1 is set such that the transfer characteristic from the generation of the quantization error to the output of the adder 102 has a high-pass filter characteristic. Since the output passes through the high-pass filter, the quantization error is distributed over a certain frequency. As a countermeasure against this, by inserting a low-pass filter on the output side of the quantization error reduction circuit, it is possible to eliminate the influence of quantization errors distributed over a certain frequency.
[0019]
In an actual circuit, the electrical characteristics of the motor that generates the steering assist force have the characteristics shown in FIG. 3 and function as a low-pass filter. Therefore, a low-pass filter is required as a special circuit component. The electric time constant of the motor may be at least 1 / 2π of the sampling frequency of the steering torque.
[0020]
Thus, when a low-pass filter is inserted on the output side of the quantization error reduction circuit, the overall transfer characteristic is as shown in FIG. 4, and the gain is 1 / R (R is the motor in the entire frequency range). The inter-terminal resistance is less than or equal to the terminal resistance, and the quantization error can be reduced. Note that the quantization error reduction circuit described above is a function that is executed in the CPU that constitutes the control circuit, not a reduction circuit that is configured by specific circuit elements. .
[0021]
【Example】
Examples of the present invention will be described below. FIG. 5 is a diagram for explaining the outline of the configuration of an electric power steering apparatus suitable for carrying out the present invention. The shaft 2 of the steering handle 1 is a reduction gear 4,

universal joints

5a and 5b, a pinion rack mechanism. 7 is connected to the steering wheel tyrod 8. The shaft 2 is provided with a torque sensor 3 for detecting the steering torque of the steering handle 1, and a motor 10 for assisting the steering force is coupled to the shaft 2 via the clutch 9 and the reduction gear 4. Yes.
[0022]
The electronic control circuit 13 for controlling the power steering device is supplied with electric power from the battery 14 via the ignition key-11. The electronic control circuit 13 calculates a steering assist command value based on the steering torque detected by the torque sensor 3 and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 12, and the motor 10 is calculated based on the calculated steering assist command value. To control the current supplied to the.
[0023]
The clutch 9 is controlled by the electronic control circuit 13. The clutch 9 is coupled in a normal operation state, and is disconnected when the electronic control circuit 13 determines that the power steering apparatus is out of order and when the power is off.
[0024]
FIG. 6 is a block diagram of the electronic control circuit 13. In this embodiment, the electronic control circuit 13 is mainly composed of a CPU. Here, functions executed by a program in the CPU are shown. For example, the phase compensator 21 does not indicate the phase compensator 21 as independent hardware, but indicates a phase compensation function executed by the CPU.
[0025]
Hereinafter, functions and operations of the electronic control circuit 13 will be described. The steering torque signal input from the torque sensor 3 is phase-compensated by the phase compensator 21 in order to increase the stability of the steering system, and is input to the steering assist command value calculator 22. Further, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 12 is also input to the steering assist command value calculator 22.
[0026]
The steering assist command value calculator 22 determines a steering assist command value I that is a control target value of the current supplied to the motor 10 based on the input torque signal and vehicle speed signal.
[0027]
The circuit composed of the comparator 23, the differential compensator 24, the proportional calculator 25, the integral calculator 26, and the adder 27 is fed so that the actual motor current value i matches the steering assist command value I. This is a circuit for performing back-up control.
[0028]
The proportional calculator 25 outputs a proportional value proportional to the difference between the steering assist command value I and the actual motor current value i. Further, the output signal of the proportional calculator 25 is integrated by the integral calculator 26 in order to improve the characteristics of the feedback system, and a proportional value of the difference integral value is output.
[0029]
The differential compensator 24 differentiates the steering assist command value I in order to increase the response speed of the motor current value i actually flowing to the motor with respect to the steering assist command value I calculated by the steering assist command value calculator 22. The value is output.
[0030]
The differential value of the steering assist command value I output from the differential compensator 24, the proportional value proportional to the difference between the steering assist command value output from the proportional calculator 25 and the actual motor current value, and the integral calculator The integration value output from 26 is added in the adder 27, and a current control value E for controlling the motor current as the calculation result is output to the motor drive circuit 41.
[0031]
FIG. 7 shows an example of the configuration of the motor drive circuit 41. The motor drive circuit 41 opens and closes a conversion unit 44 for separating and converting the current control value E input from the adder 27 into a PWM signal and a current direction signal, FET1 to FET4, and gates of these FET1 to FET4. It comprises an FET gate drive circuit 45 or the like for driving. The boosting power source 46 is a power source for driving the high side of the FET1 and FET2.
[0032]
In the quantization error reduction circuit 100 described above with reference to FIG. 1, it has been described that the PWM signal is directly calculated from the steering assist command value I. However, in the embodiment, there is a circuit element that improves the characteristics of the feedback system. In addition, a current control value E is obtained from the steering assist command value I, and the current control value E is converted into a PWM signal by the converter 44. The quantization error reduction circuit 100 described above is interposed in the process of converting a 16-bit signal into an 8-bit PWM signal in a conversion unit 44 that receives a current control value E (16-bit signal).
[0033]
In the following description, it is assumed that the PWM signal is obtained from the current control value E, and the quantization error reduction process is performed in the process, but in the process of obtaining the PWM signal from the steering assist command value I, that is, The lower 8 bit data truncated in the process of obtaining the PWM signal may be added to the steering assist command value I to perform a quantization error reduction process.
[0034]
The PWM signal (pulse width modulation signal) is a signal for driving the gates of FET (field effect transistor) switching elements FET1 to FET2 connected to an H-bridge, and is an absolute value of the current control value E calculated by the adder 27. Thus, the duty ratio of the PWM signal (time ratio for turning on / off the FET gate) is determined.
[0035]
The current direction signal is a signal that indicates the direction of the current supplied to the motor, and is a signal determined by the sign (positive or negative) of the current control value E calculated by the adder 27.
[0036]
FET1 and FET2 are switching elements whose gates are turned ON / OFF based on the duty ratio of the PWM signal, and are switching elements for controlling the magnitude of the current flowing through the motor. FET3 and FET4 are switching elements whose gates are turned on or off based on the current direction signal described above (one is turned on when the other is turned off), and the direction of the current flowing to the motor, that is, This is a switching element that switches the rotation direction of the motor.
[0037]
When the FET 4 is in a conducting state, the current flows through the FET 1, the motor 10, the FET 4, and the resistor R 1, and a positive current flows through the motor 10. When the FET 3 is in a conductive state, the current flows through the FET 2, the motor 10, the FET 3 and the resistor R 2, and a negative current flows through the motor 10.
[0038]
The motor current detection circuit 42 detects the magnitude of the positive current based on the voltage drop across the resistor R1, and determines the magnitude of the negative current based on the voltage drop across the resistor R2. To detect. The detected actual motor current value i is fed back to the comparator 23 and input (see FIG. 6).
[0039]
Next, a quantization error reduction process when obtaining the PWM signal from the current control value E, that is, the quantization error when obtaining the PWM signal by extracting the upper 8 bit data from the calculated 16-bit data. The reduction process will be described based on the flowchart of FIG.
[0040]
First, the steering torque is sampled, the steering torque T is detected, and the current control value E for controlling the motor current is calculated (step P1). This can be achieved by taking out and calculating the output from the torque sensor 3 at predetermined time intervals. Next, the lower 8 bit data δ (δ is zero at the first time) that was discarded in the process of obtaining the PWM signal from the current control value E based on the previous steering torque T is read from the memory, and the sampled steering torque T is obtained. It adds to the current control value E based on (step P2).
[0041]
The current control value E is calculated again by adding the truncated lower 8 bit data δ. A 16-bit calculation result is obtained. The upper 8 bit data is output as a PWM signal (step P3), and the truncated lower 8 bit data is stored in the memory as new lower 8 bit data δ. Save (step P4).
[0042]
Return to step P1 for recalculation by adding the lower 8 bit data rounded down to the current control value E input by sampling of the next steering torque.
[0043]
In the embodiment described above, the electronic control circuit is composed of an 8-bit CPU, and in the calculation of the current control value E, the upper 8-bit data of the 16-bit data obtained in the calculation process is output as a PWM signal. It has been described that the lower 8 bit data is added to the next calculation as an error.
[0044]
However, this is an explanation on the assumption that the electronic control circuit is constituted by an 8-bit CPU. Even when the electronic control circuit is constituted by a CPU other than the 8-bit CPU, the high-order bit data is similarly used as a PWM signal. When outputting, the lower bit data becomes an error. It goes without saying that the processing method of the present invention for adding such an error to the next calculation can also be applied to data processing by a CPU other than 8-bit as a method for reducing the quantization error based on digital calculation. Nor.
[0045]
In the quantization error processing described above, when the higher-order bit data is output as a PWM signal, the lower-order bit data is truncated. However, the highest-order bit data is rounded off by rounding off the most significant digit of the lower-order bit data. May be included in the data. In this case as well, the lower bit data is added and processed in the process of recalculating the current control value E by sampling the next steering torque.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, in the control device for the electric power steering apparatus of the present invention, the calculation result of the micro computer constituting the control apparatus is a 16-bit signal, and the PWM signal processing circuit and the A / D conversion circuit are Even in a low-resolution circuit that processes 8-bit signals, errors caused by truncation of lower-order bit data are added in the process of recalculating the steering assist command value or current control value by sampling the next steering torque. Therefore, it is possible to reduce errors generated in the calculation process, reduce limit cycle vibrations caused by insufficient resolution of the PWM signal processing circuit and A / D conversion circuit, and improve steering feeling. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a quantization error reduction circuit according to the present invention in terms of a transfer function.
FIG. 2 is a diagram illustrating transfer characteristics of a quantization error reduction circuit.
FIG. 3 is a view for explaining electric characteristics of a motor.
FIG. 4 is a diagram for explaining transfer characteristics when a low-pass filter is inserted on the output side of the quantization error reduction circuit;
FIG. 5 is a diagram illustrating an outline of a configuration of an electric power steering apparatus.
FIG. 6 is a block diagram of an electronic control circuit.
FIG. 7 is a block diagram of a motor driving circuit.
FIG. 8 is a flowchart for explaining a quantization error reduction process.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Quantization error reduction circuit 101 Computation element 102 which computes steering assist command value Addition element 103 Computation element 104 which truncates low-order bit data Storage element 105 which temporarily stores the truncation low-order bit data 105 Gain adjustment element 110 PWM signal processing Circuit 111 motor control circuit 112 motor

Claims

Steering torque detecting means for detecting at least steering torque generated in the steering shaft, steering assist command value calculating means for calculating a steering assist command value based on the detected steering torque, and based on the calculated steering assist command value And a motor control means for controlling the motor, and a control device for an electric power steering device that gives a steering assist force to the steering mechanism according to the steering torque.
The steering assist command value calculation means is composed of digital calculation means having a larger number of bits than the motor control means, and calculates the steering assist command value based on the steering torque data sampled every predetermined time. The steering assist command value is calculated by adding the low-order bit data of the steering assist command value truncated at that time to the motor control means and adding to the steering torque data sampled next time. Control device for electric power steering device.

2. The electric power steering according to claim 1, wherein an electric time constant of a motor that applies a steering assisting force corresponding to the steering torque to the steering mechanism is at least ½π of a sampling period of the steering torque. Control device for the device.

2. The control device for an electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the steering assist command value is a motor current control value.