JP3895635B2

JP3895635B2 - Electric power steering control device

Info

Publication number: JP3895635B2
Application number: JP2002124701A
Authority: JP
Inventors: 英之田中; 正彦栗重; 知之井上; 和道堤; 滋樹太田垣
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2022-04-25
Also published as: JP2003312521A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車の運転者の操舵トルクを補助するアシストトルクを発生させるモータを制御する電動式パワーステアリング制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動式パワーステアリング制御装置は、路面反力トルクを推定するために、１段以上の１次ローパスフィルタで構成し、このローパスフィルタの時定数を、操舵速度に応じて変更するものが、特開２００１−２３９９５１号公報に、また、ローパスフィルタの時定数を車速に応じて変更するものが、特開２００１−１２２１４６号公報にそれぞれ記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、操舵速度にのみ応じてローパスフィルタの時定数を決定するものは、車速が上がってくると路面反力トルクの推定精度が低下するという問題があり、また、車速にのみ応じてローパスフィルタの時定数を決定するものは、操舵速度が早くなってくると路面反力トルクの推定精度が低下するという問題があった。これまでに、操舵速度と車速の両方の値に応じて、ローパスフィルタの時定数を決定する技術は、提案されていなかった。
【０００４】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ローパスフィルタの時定数を操舵速度及び車速の両方の値を用いて決定するように構成することにより、路面反力トルクの推定精度を向上させることができる電動式パワーステアリング制御装置を得ることを目的にしている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる電動式パワーステアリング制御装置においては、運転者の操舵トルクを補助するアシストトルクを発生させるモータを制御する電動式パワーステアリング制御装置において、車速を検出する車速検出手段と、モータの速度を検出するモータ速度検出手段と、ステアリング軸反力を検出するステアリング軸反力検出手段と、このステアリング軸反力検出手段によって検出されたステアリング軸反力をローパスフィルタに通すことによって、アシストトルクの制御に用いられる路面反力推定値を得る路面反力検出手段を備え、車速検出手段によって検出された車速及びモータ速度検出手段によって検出されたモータ速度に応じてローパスフィルタの時定数を決定するようにしたものである。
【０００６】
また、運転者の操舵トルクを可変ギア比倍したギア出力トルクを制御する第一のモータ及びギア出力トルクに応じて実操舵角を補助するアシストトルクを発生させる第二のモータを有する舵角スーパーインポーズ構成の電動式パワーステアリング制御装置において、車速を検出する車速検出手段と、第二のモータの速度を検出するモータ速度検出手段と、ステアリング軸反力を検出するステアリング軸反力検出手段と、このステアリング軸反力検出手段によって検出されたステアリング軸反力をローパスフィルタに通すことによって、操舵反力制御及び実タイヤ角制御に用いられる路面反力推定値を得る路面反力検出手段を備え、車速検出手段によって検出された車速及びモータ速度検出手段によって検出されたモータ速度に応じてローパスフィルタの時定数を決定するようにしたものである。
【０００７】
また、ハンドルとタイヤの機械的な連結がなく、ハンドルに伝わる操舵反力を制御する第三のモータと、タイヤの実操舵角を補助するアシストトルクを発生させる第四のモータを有するステアバイワイヤ構成の電動式パワーステアリング制御装置において、車速を検出する車速検出手段と、第四のモータの速度を検出するモータ速度検出手段と、ステアリング軸反力を検出するステアリング軸反力検出手段と、このステアリング軸反力検出手段によって検出されたステアリング軸反力をローパスフィルタに通すことによって、操舵反力制御及び実タイヤ角制御に用いられる路面反力推定値を得る路面反力検出手段を備え、車速検出手段によって検出された車速及びモータ速度検出手段によって検出されたモータ速度に応じてローパスフィルタの時定数を決定するようにしたものである。
【０００８】
さらに、モータからステアリング軸へアシストトルクを伝達する減速ギアのギア比をＧｇｅａｒ、モータの定常摩擦トルクをＴｆｒｉｃ、操舵機構内の摩擦トルクをＴｆｒｐ、車速に応じた路面反力と操舵角の比をＫａｌｉｇｎ、モータ速度より得られる操舵速度をωｓとするとき、ローパスフィルタの時定数τｅｓｔは、
【数２】

に示される式により決定されるものである。
【０００９】
また、ローパスフィルタに通されるステアリング軸反力には、ステアリング軸加速度に比例ゲインを乗じたものが加えられているものである。
【００１０】
また、ローパスフィルタの時定数は、上限及び下限を有するものである。
【００１１】
さらにまた、ローパスフィルタの時定数は、車速に応じた上限及び下限を有するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置を示す概略図である。
図１において、１は自動車の運転者が操舵するハンドル、２はタイヤ、３はハンドル１からタイヤ２までの操舵トルク伝達機構中に設けられ、運転者のハンドル操作による操舵トルクを検出するトルクセンサ、４はハンドル１からタイヤ２までの操舵トルク伝達機構中に設けられ、操舵トルクを補助するアシストトルクを発生させるＥＰＳ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｔｅｅｒｉｎｇ）モータ、５はＥＰＳモータ４を制御するＥＰＳＥＣＵ、６はハンドル１のハンドル角を検出するように設けられたハンドル角センサである。７は減速ギアである。また、θｈｄｌはハンドル角、θｓｅｎｓはハンドル検出信号、Ｔｓｅｎｓは操舵トルク検出信号、Ｉｍｔｒ＿ｓｅｎｓは電流検出信号、Ｖｔ＿ｓｅｎｓは電圧検出信号、Ｖｓｕｐｐｌｙは印加電圧、Ｔａｓｓｉｓｔはアシストトルク、Ｔｈｄｌは操舵トルク、Ｔｔｒａｎはステアリング軸反力トルク、Ｔｆｒｐは摩擦トルク、Ｔａｌｉｇｎは路面反力トルクである。
図２は、この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力推定を示す図である。
図２において、Ｔｔｉｒｅ＿ｅｓｔは路面反力推定値、τｅｓｔはローパスフィルタの時定数である。
図３は、この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力と摩擦の和を示す図である。
図３において、縦軸はトルク（Ｎｍ）、横軸は時間（秒）である。
【００１３】
図４は、この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置を示す構成図であり、図中一点鎖線で囲まれた部分が、モータに印加する電流の目標値を演算するブロックである。
図４において、１１は車速を検出する車速検出器（車速検出手段）、１２は操舵トルクを検出する操舵トルク検出器（操舵トルク検出手段）、１３はモータ回転角速度を検出するモータ速度検出器（モータ速度検出手段）、１４はモータ速度検出器１３の出力にもとづきモータ回転角加速度を検出するモータ加速度検出器、１５はステアリング軸反力トルクが入力され、車速検出器１１及びモータ速度検出器１３の出力を用いて、路面反力を検出する路面反力検出器（路面反力検出手段）である。１６は１１〜１４の出力を基にして、操舵トルクを補助するアシストトルクを決定するアシストトルク決定ブロック、１７はアシストトルク決定ブロック１６の出力に基づきモータ電流を決定するモータ電流決定器、１８はモータ電流決定器１７の出力及びモータ電流検出器によって検出されたモータ電流によりモータ１９を駆動するモータ駆動器、２０はモータ１９の電流を検出するモータ電流検出器（モータ電流検出手段）である。
【００１４】
図５は、この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器を示す構成図であり、一点鎖線で囲まれた部分が、路面反力検出器に相当する。
図５において、２１はステアリング軸反力トルク信号を基にして、ステアリング軸反力を検出するステアリング軸反力検出部、２２は車速信号を基にしてアライメントトルク（路面反力）と操舵角の比を演算するアライメントトルク操舵角比演算部、２３はアライメントトルク操舵角比演算部２２の出力及びモータ速度信号に基づきローパスフィルタの時定数を演算するローパスフィルタ時定数演算部、２４はステアリング軸反力検出部２１とローパスフィルタ時定数演算部２３の出力を基にして、路面反力トルク信号を演算するローパスフィルタ演算部である。
【００１５】
図６は、この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置のモータ速度演算部を示す図である。
図６において、１６１はモータ、１６２はトルク定数Ｋｔ、１６３はゲイン、１６４は積分器、１６５は逆起電圧定数である。
図７は、この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器の動作を示すフローチャートである。
図８は、この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置の車速とアライメントトルク／操舵角との関係を示す図である。
図８は、横軸は車速、縦軸はアライメントトルクに対する操舵角の比である。車速が小さい場合は、アライメントトルクに対する操舵角の比は小さく、車速が大きくなるに従って上記比は大きくなる。
【００１６】
次に、動作について説明する。
電動式パワーステアリング制御装置は、ドライバがハンドル１を切った時の操舵トルクをトルクセンサ３で測定し、その操舵トルクに応じて、操舵トルクを補助するアシストトルクを発生させることを主な機能とするものである。また、より良い操舵フィーリングや操縦安定性を実現するため、ハンドル角、モータ角、或は、モータ角速度（微分してモータ角加速度を得る場合も有り）を測定するセンサを有するものもある。また、モータに流れる電流と、モータ端子間にかかる電圧も制御のために取り込まれる。
【００１７】
力学的には、操舵トルクＴｈｄｌとアシストトルクＴａｓｓｉｓｔの和が、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎに抗してステアリングを回転させる。また、ハンドル１を回転させる時には、モータの慣性項（Ｊはモータの慣性ゲイン）も作用し、結局次式の関係が成立する。
Ｔｔｒａｎ＝Ｔｈｄｌ＋Ｔａｓｓｉｓｔ − Ｊ・ｄω／ｄｔ（１）
モータによるアシストトルクは、次式の関係が成立する。
Ｔａｓｓｉｓｔ＝Ｇｇｅａｒ・Ｋｔ・Ｉｍｔｒ（２）
ここで、Ｇｇｅａｒは電動パワーステアリング装置の減速ギア比である。
また、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、路面反力トルクＴａｌｉｇｎとステアリング機構内の摩擦トルクＴｆｒｉｃ＿ａｌｌの和である。
Ｔｔｒａｎ＝Ｔａｌｉｇｎ＋Ｔｆｒｉｃ＿ａｌｌ（３）
電動式パワーステアリング制御装置の制御装置であるＥＰＳＥＣＵ５では、上述のセンサ信号から電流の目標値を演算し、これに対して、モータの実電流が一致するように電流制御がなされて、モータは電流値にトルク定数とギア比（モータからステアリング軸間）を乗じた所定のトルクを発生し、ドライバが操舵する時の操舵トルクをアシストする構成となっている。
【００１８】
次に、路面反力推定方式について説明する。
電動式パワーステアリング制御装置における、従来の路面反力検出器は、中低速でのレーンチェンジ操舵を想定して構築されているために、正確に路面反力推定を行える条件が、中低速での低周波操舵に限定されている。この発明は、より広い動作条件で正確に路面反力推定を行えるようにし、さらに正確に路面反力推定が行える動作範囲の拡大によりハンドルとタイヤが機械的に連結されていないステアバイワイヤ装置における、操舵トルク発生装置の目標値としても使用可能とすることを目的とする。
【００１９】
路面反力検出器１５は、図２に示される路面反力トルクの物理式をもとに、推定を行うものである。電動式パワーステアリング制御装置においては、ステアリング軸速度を高精度に検出できないので、摩擦項の影響を直接除去することは困難である。そのためフィルタを用いて推定を実施してきた。
路面反力推定値（Ｔｔｉｒｅ＿ｅｓｔ）は、図２の通り、ステアリング軸反力トルクをフィルタに通して推定される。
まず、操舵は、カーブ、レーンチェンジ等様々な場面で実施されるが、それらの操舵パターンは、所定時間内の範囲においては一定速度のランプ状とみなす。その場合の路面反力と摩擦項の和は、図３のようになる。また、これを式で表すと路面反力（Ｔａｌｉｇｎ）及び路面反力と摩擦項の和、すなわちステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、次式のようになる。ここで、Ｓはラプラス演算子である。
【００２０】
【数３】

【００２１】
【数４】

ここで、Ｔｇｒａｄは路面反力トルクの時間変化率、Ｇｇｅａｒは電動パワーステアリング装置の減速ギア比、Ｔｆｒｉｃはモータの定常摩擦トルク、Ｔｆｒｐは操舵機構内の摩擦トルクである。
ステアリング軸反力トルクをローパスフィルタを通して得られる路面反力推定値（Ｔｔｉｒｅ＿ｅｓｔ）は、次式で得られる。
【００２２】
【数５】

この時、推定すべき状態量である路面反力（Ｔａｌｉｇｎ）と路面反力推定値（Ｔｔｉｒｅ＿ｅｓｔ）の推定誤差Ｅ（ｓ）は、次式となる。
【００２３】
【数６】

したがって、ローパスフィルタの時定数（τｅｓｔ）が（８）式の関係式で表せるときに推定誤差がなくなる。（図３参照）
【００２４】
【数７】

ここで、路面反力トルクの時間変化率Ｔｇｒａｄは、次式の通り路面反力と操舵角の比（Ｋａｌｉｇｎ）と、操舵速度ωｓの積で表せられる。
【００２５】
【数８】

このうち路面反力と操舵角の比（Ｋａｌｉｇｎ）は、図８のように、車種が決まれば車速毎に決まる。また操舵速度は検出可能である。従って次式によりローパスフィルタの時定数の最適値が定まる。
【００２６】
【数９】

そこでローパスフィルタの時定数を図５のブロック線図に示される通り、可変にすることにより、操舵速度、車速が変化しても路面反力の推定が可能となる。
【００２７】
図４及び図５は、実施の形態１による構成を示している。
実施の形態１において、電動式パワーステアリングの制御量を決定するものは、車速検出器１１、操舵トルク検出器１２、路面反力検出器１５、モータ速度検出器１３、モータ加速度検出器１４から成り立っている。ここで、この発明における新規の要素は、路面反力検出に関するものなので、以下に路面反力検出器１５について詳述する。
実施の形態１において、路面反力検出器１５は、ステアリング軸反力トルク信号、車速信号及びモータ速度信号が入力される。
ステアリング軸反力トルク信号は、ステアリング軸コラムにロードセルなどの検出器（ステアリング軸反力検出手段）を取り付けることで、その状態量を測定することが可能となり、ステアリング軸コラムに発生するトルク（ステアリング軸反力トルク）として検出される。
また、モータ速度信号は、モータ速度検出器１３の出力を用いていたが、モータ電流の出力を用い（１１）式に従いモータ速度を求めても全く同様である。
【００２８】
なお、実施の形態１及び以下の実施の形態において、モータ速度検出器１３は測定及び演算のどちらによっても、モータ速度を検出できる。
例えば、図６は、演算によりモータ速度を検出するものである。
図６は、モータ速度を推定する構成を示している。モータ印加電圧Ｖｔ、モータの逆起電圧Ｖｅ、及びモータによって定まる定数で、コイル抵抗Ｒ、コイルインダクタンスＬを用い、（１１）式に基づいて、モータ速度ωを演算することが可能である。ここで、Ｋｔはトルク定数、Ｊはモータの慣性定数ゲイン、Ｋｂは逆起電圧定数、Ｓはラプラス演算子である。Ｉｍｔｒはモータが発生する電流である。
【００２９】
【数１０】

【００３０】
次に、路面反力検出器の動作を図７のフローチャートに基づいて説明する。このとき、Ｓ１０５においては、（１０）式に基づいて時定数を定める。
ステップＳ１０１で、ステアリング軸反力トルクを読み込みメモリに記憶する。ステップＳ１０２で、車速を読み込みメモリに記憶する。次いで、ステップＳ１０３で、モータ速度を読み込みメモリに記憶する。ステップＳ１０４で、車速に基づき、図８に従って、アライメントトルクと操舵角の比を求める。ステップＳ１０５で、モータ速度と、アライメントトルクと操舵角の比から、ローパスフィルタの時定数を求める。次いで、ステップＳ１０６で、ステアリング軸反力をローパスフィルタに通す。そして、ステップＳ１０７で、路面反力推定値を得る。
【００３１】
実施の形態１によれば、車速及び操舵速度に応じてローパスフィルタの時定数を決定することで、操舵速度が変化した場合や、車速が変化した場合においても路面反力の推定が可能となる。
【００３２】
実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２による電動式パワーステアリング制御装置を示す構成図であり、図中一点鎖線で囲まれた部分が、モータに印加する電流の目標値を演算するブロックである。
図９において、１１〜２０は図４におけるものと同一のものであるが、路面反力検出器１５へは、図４の車速検出器１１及びモータ速度検出器１３の出力に加えて、操舵トルク検出器１２とモータ加速度検出器１４とモータ電流検出器２０との出力が入力され、図４のステアリング軸反力トルクの入力を削除している。
図１０は、この発明の実施の形態２による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器を示す構成図であり、一点鎖線で囲まれた部分が、路面反力検出器に相当する。
図１０において、２１〜２４は図５におけるものと同一のものである。図１０では、操舵トルク信号とモータ電流信号とモータ加速度信号とにより、ステアリング軸反力を演算する。
図１１は、この発明の実施の形態２による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器の動作を示すフローチャートである。
【００３３】
路面反力トルク信号を得るために、ステアリング軸反力をローパスフィルタに通すが、このときのステアリング軸反力を、実施の形態１では、ステアリング軸反力を測定していたのに対して、実施の形態２では、（１）−（３）式に従い演算したステアリング軸反力トルクの出力を用いる。これ以外は、実施の形態１と全く同様である。
【００３４】
次に、路面反力検出器の動作を図１１のフローチャートに基づいて説明する。このとき、Ｓ２０８においては、（１０）式に基づいて時定数を定める。
ステップＳ２０１で、操舵トルク信号を読み込みメモリに記憶する。ステップＳ２０２で、モータ電流信号を読み込みメモリに記憶する。次いで、ステップＳ２０３で、車速を読み込みメモリに記憶する。ステップＳ２０４で、モータ速度を読み込みメモリに記憶する。ステップＳ２０５で、モータ加速度を読み込みメモリに記憶する。次いで、ステップＳ２０６（ステアリング軸反力検出手段）で、操舵トルク信号、モータ電流信号、モータ加速度信号からステアリング軸反力を演算して、ステップＳ２０７で、車速に基づき、アライメントトルクと操舵角の比を求める。ステップＳ２０８で、モータ速度と、アライメントトルクと操舵角の比から、ローパスフィルタの時定数を求める。次いで、ステップＳ２０９で、ステアリング軸反力をローパスフィルタに通す。そして、ステップＳ２１０で、路面反力推定値を得る。
【００３５】
実施の形態２によれば、ステアリング軸反力が測定できない場合においても、ステアリング軸反力を推定することで実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００３６】
実施の形態３．
図１２は、この発明の実施の形態３による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力と操舵角との関係を示す図である。
図１２において、縦軸はトルク（Ｎｍ）、横軸は時間（秒）である。
図１３は、この発明の実施の形態３による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器を示す構成図であり、一点鎖線で囲まれた部分が、路面反力検出器に相当する。
図１３において、２１〜２４は図１０におけるものと同一のものである。Ｊはモータの慣性ゲイン、Ｋはモータの加速度ゲインである。
図１４は、この発明の実施の形態３による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器の動作を示すフローチャートである。
図１５は、この発明の実施の形態３による電動式パワーステアリング制御装置の別の路面反力検出器を示す構成図であり、一点鎖線で囲まれた部分が、路面反力検出器に相当する。
図１５において、２１〜２４は図１０におけるものと同一のものであるが、操舵トルク信号とモータ電流信号によりステアリング軸反力を演算している。
【００３７】
実施の形態２において、早い操舵を行った場合に、図１２のように操舵角に対して路面反力が位相進みを起こす場合がある。このため、ハンドルの切り返し時に操舵速度の符号が反転する場合より、路面反力トルクが減少し始める方が早くなり、ステアリング軸反力に対して、（５）式が成立せず、路面反力トルクより遅れた波形となる。
この現象を補償するためには、ステアリング軸速度の遅れを補償することが有効である。実施の形態１及び実施の形態２における物理式（１）に対して、上記ステアリング軸速度の遅れを補償するために、ステアリング軸加速度に比例ゲイン（Ｋ）を加えて補償する。
Ｔｔｒａｎ＝Ｔｈｄｌ＋Ｔａｓｓｉｓｔ − Ｊ・ｄω／ｄｔ＋Ｋ・ｄω／ｄｔ（１２）
図１３においては、全体構成は実施の形態２と同様であるので、路面反力検出ブロックについてのみ記載する。
路面反力トルク信号を得るために、ステアリング軸反力をローパスフィルタに通すが、このときのステアリング軸反力が、実施の形態３では、ステアリング軸速度の遅れを補償するために、（１２）式に従い、ステアリング軸加速度に比例ゲインを加えて補償した。これ以外は、実施の形態２と全く同様である。
【００３８】
この動作を、図１４のフローチャートに基づいて説明する。このとき、Ｓ３０９においては、（１０）式に基づいて時定数を定める。
ステップＳ３０１で、操舵トルク信号を読み込みメモリに記憶する。ステップＳ３０２で、モータ電流信号を読み込みメモリに記憶する。次いで、ステップＳ３０３で、車速を読み込みメモリに記憶する。ステップＳ３０４で、モータ速度を読み込みメモリに記憶する。ステップＳ３０５で、モータ加速度を読み込みメモリに記憶する。次いで、ステップＳ３０６で、操舵トルク信号、モータ電流信号、モータ加速度信号より位相補償前のステアリング軸反力を演算して、ステップＳ３０７で、位相補償前のステアリング軸反力にモータ加速度の比例ゲインを加えて位相補償したステアリング軸反力を演算する。次いで、ステップＳ３０８で、車速に基づき、アライメントトルクと操舵角の比を求める。ステップＳ３０９で、モータ速度と、アライメントトルクと操舵角の比から、ローパスフィルタの時定数を求める。次いで、ステップＳ３１０で、ステアリング軸反力をローパスフィルタに通す。そして、ステップＳ３１１で、路面反力推定値を得る。
【００３９】
実施の形態３によれば、早い操舵において、操舵角に対して路面反力が位相進みを起こす場合があっても、ステアリング軸速度の影響を補償することで、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４０】
また、モータの慣性ゲインと加速度ゲインがほぼ一致する場合は、（１）式、（１２）式において加速度項を無視した図１５のように構成することで、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４１】
実施の形態４．
実施の形態４の構成は、路面反力検出器の構成のみが図４と異なり、他は同一のものである。よって、全体構成の記述は省略する。
【００４２】
図１６は、この発明の実施の形態４による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器を示す構成図であり、一点鎖線で囲まれた部分が、路面反力検出器に相当する。
図１６において、２１〜２４は図５におけるものと同一のものである。２９はローパスフィルタ時定数演算部２３の出力を受けて、時定数の上下限をクリップする時定数上下限クリップ部であり、その出力はローパスフィルタ演算部２４に入力される。
図１７は、この発明の実施の形態４による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器の動作を示すフローチャートである。
実施の形態１〜実施の形態３では、ステアリング軸反力トルクを１次ローパスフィルタを通すことによって、路面反力トルクを得るが、実施の形態４は、このときのローパスフィルタの時定数に上下限値を設ける。これ以外は実施の形態１−３と全く同様である。
【００４３】
次に、実施の形態４による路面反力検出器の動作を図１７のフローチャートに基づいて説明する。ここで、Ｓ４１０においては、（１０）式に基づいて時定数を定める。
ステップＳ４０１で、ステアリング軸反力トルクを読み込みメモリに記憶する。ステップＳ４０２で、車速を読み込みメモリに記憶する。ステップＳ４０３で、モータ速度を読み込みメモリに記憶する。ステップＳ４０４で、車速に基づき、アライメントトルクと操舵角の比を求める。次いで、ステップＳ４０５で、モータ速度と、アライメントトルクと操舵角の比から、ローパスフィルタの時定数を求める。次いで、ステップＳ４０６で、ローパスフィルタの時定数が閾値より大きいかどうかを判断し、大きいとき、ステップＳ４０７で、時定数を上限の設定値にクリップして、ステップＳ４１０に行く。ステップＳ４０６で大きくないとき、ステップＳ４０８で、ローパスフィルタの時定数が閾値より小さいかどうかを判断し、小さいとき、ステップＳ４０９で、時定数を下限の設定値にクリップして、ステップＳ４１０に行く。ステップＳ４０８で、小さくないとき、ステップＳ４１０で、ローパスフィルタの時定数を決定する。次いで、ステップＳ４１１で、ステアリング軸反力をローパスフィルタに通す。そして、ステップＳ４１２で、路面反力推定値を得る。
【００４４】
実施の形態４によれば、モータ速度と車速から（１０）式の演算により、ローパスフィルタ時定数を定めるとき、車速が低速の場合や操舵速度が小さい場合に、時定数が大きくなり過ぎて、積分動作に近くなり、ステアリング軸反力検出値の真値からのオフセット成分の影響を受け易くなる。
また、反対に高速の場合や、操舵速度が大きい場合には時定数が小さくなり過ぎて、ローパスフィルタでなく、ゲイン特性に近くなり、不要なノイズ成分を除去できなくなる。上下限値を設定することにより、このような課題を解決できる。
【００４５】
実施の形態５．
図１８は、この発明の実施の形態５による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器を示す構成図であり、一点鎖線で囲まれた部分が、路面反力検出器に相当する。
図１８において、２１〜２４は図５におけるものと同一のものである。３０はモータ速度信号の入力を受けて、操舵速度を上下限値でクリップする操舵速度上下限クリップ部である。
【００４６】
走行中のドライバの操縦を考慮すると、一般的な走行の場合のハンドル操作速度には限界がある。ドライバの操舵速度を考慮して、例えば操舵速度の下限値を１０ｄｅｇ／ｓ、操舵速度の上限値を４５０ｄｅｇ／ｓとし、図１８のように路面反力検出器を構成する。このようにすることで、ドライバの操舵速度に応じた時定数を決定することができる。
【００４７】
実施の形態５によれば、ドライバの操舵速度に応じた時定数を決定することで、実施の形態４と同様の効果が得られる。また、（１０）式の発散を防止する効果もある。
【００４８】
実施の形態６．
図１９は、この発明の実施の形態６による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器を示す構成図であり、一点鎖線で囲まれた部分が、路面反力検出器に相当する。
図１９において、２１〜２４は図５におけるものと同一のものである。３１はモータ速度信号と車速信号を受けて、操舵速度を車速に応じた上下限値でクリップする操舵速度上下限クリップ部である。
【００４９】
走行中のドライバの操縦を考慮すると、一般的な走行の場合においては、車速が低速域においては、早い操舵を行う場合が多く、ゆっくり操舵する場合は少ない。車速が高速域においては、ゆっくり操舵を行う場合が多く、早い操舵を行う場合は少ない。このように、操舵速度の上下限値を車速に応じて変化させ、図１９のように路面反力検出器を構成する。こうすることにより、ドライバの操舵速度及び車速に応じた時定数を決定することができる。
【００５０】
実施の形態６によれば、ドライバの操舵速度及び車速に応じた時定数を決定することで、実施の形態４と同様の効果が得られる。また、（１０）式の発散を防止する効果もある。
【００５１】
実施の形態７．
図２０は、この発明の実施の形態７による電動式パワーステアリング制御装置を示す概略図である。
図２０において、１〜３、５〜７は図１におけるものと同一のものである。８は遊星ギア、９ａは可変ギアモータ（第一のモータ）、９ｂはピニオン軸モータ（第二のモータ）である。
また、θｈｄｌはハンドル角、θｓｅｎｓはハンドル検出信号、Ｔｓｅｎｓは操舵トルク検出信号、Ｉｍｔｒ＿ｓｅｎｓ１、Ｉｍｔｒ＿ｓｅｎｓ２は電流検出信号、Ｖｔ＿ｓｅｎｓ１、Ｖｔ＿ｓｅｎｓ２は電圧検出信号、Ｖｓｕｐｐｌｙ１、Ｖｓｕｐｐｌｙ２は印加電圧、Ｔａｓｓｉｓｔはアシストトルク、Ｔｈｄｌは操舵トルク、Ｔｔｒａｎはステアリング軸反力トルク、Ｔｆｒｐは摩擦トルク、Ｔａｌｉｇｎは路面反力トルクである。
【００５２】
ギア出力トルクを制御する可変ギア機構と、実操舵角を制御するピニオン軸モータ９ｂを有する舵角スーパーインポーズ機構の電動式パワーステアリング制御装置は、ドライバがハンドルを切った時のトルクをトルクセンサ３で測定し、そのトルクに応じて可変ギア機構のギアを可変ギアモータ９ａで変更し、操舵トルクＴｈｄｌを可変ギア比倍したギア出力トルクを発生させ、ギア出力トルクに応じて電動モータで実操舵角をアシストするアシストトルクを発生させることを主な機能とするものである。
また、より良い操舵フィーリングや操縦安定性を実現するため、ハンドル角θｈｄｌ、モータ角、或は、モータ角速度（微分してモータ角加速度を得る場合も有り）を測定するセンサを有する。また、モータに流れる電流と、モータ端子間にかかる電圧も取り込む。
【００５３】
力学的には、操舵トルクＴｈｄｌを可変ギア機構で可変ギア倍Ｇｖａｇｅａｒし、ギア出力トルクＴｇｅａｒとアシストトルクＴａｓｓｉｓｔの和が、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎに抗してステアリングを回転させる。また、ハンドルを回転させる時にはピニオン軸モータ９ｂの慣性項も作用し、結局次（１３）式の関係が成立する。
Ｔｔｒａｎ＝Ｔｇｅａｒ＋Ｔａｓｓｉｓｔ − Ｊ・ｄω／ｄｔ（１３）
ピニオン軸モータ９ｂによるアシストトルクＴａｓｓｉｓｔには、次（１４）式の関係が成立する。
Ｔａｓｓｉｓｔ＝Ｇｇｅａｒ・Ｋｔ・Ｉｍｔｒ（１４）
また、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、（１５）式で示されるように、路面反力トルクＴａｌｉｇｎとステアリング機構内の摩擦トルクＴｆｒｉｃ＿ａｌｌの和である。
Ｔｔｒａｎ＝Ｔａｌｉｇｎ＋Ｔｆｒｉｃ＿ａｌｌ（１５）
電動式パワーステアリング制御装置の制御装置（ＥＰＳＥＣＵ）では、上述のセンサ信号から電流の目標値を演算し、これに対して、モータの実電流が一致するように電流制御がなされて、ピニオン軸モータ９ｂは、電流値にトルク定数とギア比（モータからステアリング軸間）を乗じた所定のトルクを発生し、ドライバが操舵する時のトルクをアシストする構成となっている。
【００５４】
この構成は、舵角スーパーインポーズと一般に称され、ハンドルとタイヤを繋ぐリンク機構内にドライバトルクを可変ギア比倍してギア出力トルクを発生する可変ギア機構を持ち、出力されたギア出力トルクをアシストする形でピニオン軸モータ９ｂによりアシストを行うことを特徴とする。
実施の形態７の特徴は、舵角スーパーインポーズの構成において、路面反力を求めることが可能となることである。ギア出力トルクは、ステアリングシャフトのギア出力トルク発生部分にトルクセンサ３を取り付けることで、測定可能となる。また、ステアリング軸反力トルクは、（１３）式のように演算によって求めることもできる。
ステアリング軸反力を求めてから、路面反力を求める手法は実施の形態１〜実施の形態６で示した手法がそのまま適用できる。
実施の形態７では、ギア出力トルクはセンサを用いて検出すると示したが、センサがない場合においても、可変ギア機構の摩擦が小さい範囲では、操舵トルクを可変ギア比倍することで同等の値は得られる。
【００５５】
実施の形態７によれば、電動式パワーステアリング制御装置の構成において、舵角スーパーインポーズ機構を有する構成でも、実施の形態１〜実施の形態６と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
実施の形態８．
図２１は、この発明の実施の形態８による電動式パワーステアリング制御装置を示す概略図である。
図２１において、１〜３、５は図１におけるものと同一のものである。７ａ、７ｂは減速ギアである。１０ａは操舵反力制御用モータ（第三のモータ）、１０ｂは実舵角制御用モータ（第四のモータ）である。
また、θｈｄｌはハンドル角、θｓｅｎｓはハンドル検出信号、Ｔｓｅｎｓは操舵トルク検出信号、Ｉｍｔｒ＿ｓｅｎｓ１、Ｉｍｔｒ＿ｓｅｎｓ２は電流検出信号、Ｖｔ＿ｓｅｎｓ１、Ｖｔ＿ｓｅｎｓ２は電圧検出信号、Ｖｓｕｐｐｌｙ１、Ｖｓｕｐｐｌｙ２は印加電圧、Ｔａｓｓｉｓｔ１、Ｔａｓｓｉｓｔ２はアシストトルク、Ｔｈｄｌは操舵トルク、Ｔｔｒａｎはステアリング軸反力トルク、Ｔｆｒｐは摩擦トルク、Ｔａｌｉｇｎは路面反力トルクである。
【００５７】
操舵反力を制御する操舵反力制御用モータ１０ａと、実操舵角を制御する実舵角制御用モータ１０ｂを有し、ドライバの操作するハンドルとタイヤが機械的に連結されていないステアバイワイヤ機構の電動式パワーステアリング制御装置は、ドライバがハンドルを切った時のトルクをトルクセンサ３で測定し、そのトルクに応じて操舵反力制御用モータ１０ａで車両挙動に応じたドライバの操舵トルクを適切に制御する操舵反力を発生し、また実舵角制御用モータ１０ｂでタイヤの実操舵角を制御する実舵角制御アシストトルクを発生させることを主な機能とするものである。
また、より良い操舵フィーリングや操縦安定性を実現するため、ハンドル角θｈｄｌ、モータ角、或は、モータ角速度（微分してモータ角加速度を得る場合も有り）を測定するセンサを有する。また、モータに流れる電流と、モータ端子間にかかる電圧も取り込む。
【００５８】
力学的には、ハンドルとタイヤが機械的な連結で繋がっていないので、全く別の関係が成り立ち、操舵トルクＴｈｄｌは操舵反力Ｔａｓｓｉｓｔ１とつり合い、実舵角制御用モータ１０ｂで発生するアシストトルクＴａｓｓｉｓｔ２が、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎに抗してタイヤを回転させる。また、タイヤを回転させる時には、実舵角制御用モータ１０ｂの慣性項も作用し結局次（１６）式の関係が成立する。
Ｔｔｒａｎ＝Ｔａｓｓｉｓｔ２− Ｊ・ｄω２／ｄｔ（１６）
実舵角制御用モータ１０ｂによるアシストトルクは、次（１７）式の関係が成立する。
Ｔａｓｓｉｓｔ２＝Ｇｇｅａｒ２・Ｋｔ・Ｉｍｔｒ２（１７）
また、ステアリング軸反力トルクＴｔｒａｎは、（１８）式に示されるように、路面反力トルクＴａｌｉｇｎとステアリング機構内の摩擦トルクＴｆｒｉｃ＿ａｌｌの和である。
Ｔｔｒａｎ＝Ｔａｌｉｇｎ＋Ｔｆｒｉｃ＿ａｌｌ（１８）
電動式パワーステアリング制御装置の制御装置（ＥＰＳＥＣＵ）では、上述のセンサ信号から電流の目標値を演算し、これに対して、モータの実電流が一致するように電流制御がなされて、モータは電流値にトルク定数とギア比（モータからステアリング軸間）を乗じた所定のトルクを発生しドライバが操舵する時のトルクをアシストする構成となっている。
【００５９】
この構成は、ステアバイワイヤと一般に称され、ハンドルとタイヤの機械的な連結がなく、ドライバのハンドルへ伝わる操舵反力を制御する操舵反力制御用モータ１０ａと、ドライバの操舵角及び車両状態量からタイヤの実操舵角を制御する実舵角制御用モータ１０ｂを有することを特徴とし、本機構によれば機械的な連結がなくなることで、車両のレイアウトの自由度が増し、ドライバのハンドル操作に関係なく車両を安定化することが可能となる。機械的な構成が異なるために、実施の形態１で示した物理式と、ステアリング軸反力トルクを求める式は異なるが、ステアリング軸反力を求める手法は実施の形態１〜実施の形態６で示したように、ステアリング軸反力をセンサで検出してもよいし、（１６）式に従い演算してもよい。
ステアリング軸反力を求めてから路面反力を求める手法は、実施の形態１〜実施の形態６で示した手法がそのまま適用できる。
【００６０】
実施の形態８によれば、電動式パワーステアリング制御装置の構成において、ステアバイワイヤの構成においても、実施の形態１〜実施の形態６と同様の効果を得ることができ、ハンドルとタイヤが機械的に連結されていないステアバイワイヤ装置における、操舵トルク発生装置の目標値としても使用可能となる。
【００６１】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
運転者の操舵トルクを補助するアシストトルクを発生させるモータを制御する電動式パワーステアリング制御装置において、車速を検出する車速検出手段と、モータの速度を検出するモータ速度検出手段と、ステアリング軸反力を検出するステアリング軸反力検出手段と、このステアリング軸反力検出手段によって検出されたステアリング軸反力をローパスフィルタに通すことによって、アシストトルクの制御に用いられる路面反力推定値を得る路面反力検出手段を備え、車速検出手段によって検出された車速及びモータ速度検出手段によって検出されたモータ速度に応じてローパスフィルタの時定数を決定するようにしたので、ステアリング軸反力を検出することにより、操舵速度が変化した場合や、車速が変化した場合においても路面反力の推定が可能となる。
【００６２】
また、運転者の操舵トルクを可変ギア比倍したギア出力トルクを制御する第一のモータ及びギア出力トルクに応じて実操舵角を補助するアシストトルクを発生させる第二のモータを有する舵角スーパーインポーズ構成の電動式パワーステアリング制御装置において、車速を検出する車速検出手段と、第二のモータの速度を検出するモータ速度検出手段と、ステアリング軸反力を検出するステアリング軸反力検出手段と、このステアリング軸反力検出手段によって検出されたステアリング軸反力をローパスフィルタに通すことによって、操舵反力制御及び実タイヤ角制御に用いられる路面反力推定値を得る路面反力検出手段を備え、車速検出手段によって検出された車速及びモータ速度検出手段によって検出されたモータ速度に応じてローパスフィルタの時定数を決定するようにしたので、舵角スーパーインポーズ構成であっても、ステアリング軸反力を検出することにより、操舵速度が変化した場合や、車速が変化した場合においても路面反力の推定が可能となる。
【００６３】
また、ハンドルとタイヤの機械的な連結がなく、ハンドルに伝わる操舵反力を制御する第三のモータと、タイヤの実操舵角を補助するアシストトルクを発生させる第四のモータを有するステアバイワイヤ構成の電動式パワーステアリング制御装置において、車速を検出する車速検出手段と、第四のモータの速度を検出するモータ速度検出手段と、ステアリング軸反力を検出するステアリング軸反力検出手段と、このステアリング軸反力検出手段によって検出されたステアリング軸反力をローパスフィルタに通すことによって、操舵反力制御及び実タイヤ角制御に用いられる路面反力推定値を得る路面反力検出手段を備え、車速検出手段によって検出された車速及びモータ速度検出手段によって検出されたモータ速度に応じてローパスフィルタの時定数を決定するようにしたので、ステアバイワイヤ構成であっても、ステアリング軸反力を検出することにより、操舵速度が変化した場合や、車速が変化した場合においても路面反力の推定が可能となる。
【００６４】
さらに、モータからステアリング軸へアシストトルクを伝達する減速ギアのギア比をＧｇｅａｒ、モータの定常摩擦トルクをＴｆｒｉｃ、操舵機構内の摩擦トルクをＴｆｒｐ、車速に応じた路面反力と操舵角の比をＫａｌｉｇｎ、モータ速度より得られる操舵速度をωｓとするとき、ローパスフィルタの時定数τｅｓｔは、
【数１１】

に示される式により決定されるので、この式により、ローパスフィルタの時定数を変更する構成としたことにより、走行パターンに関らず推定誤差を最小にするローパスフィルタとすることができ、路面反力トルクの推定精度が向上する。
【００６５】
また、ローパスフィルタに通されるステアリング軸反力には、ステアリング軸加速度に比例ゲインを乗じたものが加えられているので、操舵角に対して路面反力が位相進みを起こす現象を補償し、早い操舵パターンにおいても路面反力の推定精度を向上することができる。
【００６６】
また、ローパスフィルタの時定数は、上限及び下限を有するので、路面反力推定値が実値に対して誤差が大きくなることを防止し、ローパスフィルタの時定数の発散を防止することができる。
【００６７】
さらにまた、ローパスフィルタの時定数は、車速に応じた上限及び下限を有するので、路面反力推定値が実値に対して誤差が大きくなることを防止し、ローパスフィルタの時定数の発散を防止すると共に、車速に応じて上限値、下限値を可変とすることで走行状態に応じた路面反力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置を示す概略図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力推定を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力と摩擦の和を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置のモータ速度演算部を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器の動作を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング制御装置の車速とアライメントトルク／操舵角との関係を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２による電動式パワーステアリング制御装置を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器の動作を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態３による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力と操舵角との関係を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態３による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器を示す構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態３による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器の動作を示すフローチャートである。
【図１５】この発明の実施の形態３による電動式パワーステアリング制御装置の別の路面反力検出器を示す構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態４による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器を示す構成図である。
【図１７】この発明の実施の形態４による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器の動作を示すフローチャートである。
【図１８】この発明の実施の形態５による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器を示す構成図である。
【図１９】この発明の実施の形態６による電動式パワーステアリング制御装置の路面反力検出器を示す構成図である。
【図２０】この発明の実施の形態７による電動式パワーステアリング制御装置を示す概略図である。
【図２１】この発明の実施の形態８による電動式パワーステアリング制御装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１ハンドル、２タイヤ、３トルクセンサ、４ＥＰＳモータ、
５ＥＰＳＥＣＵ、６ハンドル角センサ、７，７ａ，７ｂ減速ギア、
８遊星ギア、９ａ可変ギアモータ、９ｂピニオン軸モータ、
１０ａ操舵反力制御用モータ、１０ｂ実舵角制御用モータ、
１１車速検出器、１２操舵トルク検出器、１３モータ速度検出器、
１４モータ加速度検出器、１５路面反力検出器、
１６アシストトルク決定ブロック、１７モータ電流決定器、
１８モータ駆動器、２０モータ電流検出器、
２１ステアリング軸反力検出部、２２アライメントトルク操舵角比演算部、
２３ローパスフィルタ時定数演算部、２４ローパスフィルタ演算部、
２９時定数上下限クリップ部、３０操舵速度上下限クリップ部、
３１操舵速度上下限クリップ部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering control device that controls a motor that generates an assist torque that assists a steering torque of an automobile driver.
[0002]
[Prior art]
A conventional electric power steering control device is composed of a primary low-pass filter of one or more stages in order to estimate road reaction force torque, and the time constant of this low-pass filter is changed according to the steering speed. Japanese Patent Laid-Open No. 2001-239951 and Japanese Patent Laid-Open No. 2001-122146 each change the time constant of the low-pass filter according to the vehicle speed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional technique described above, what determines the time constant of the low-pass filter only in accordance with the steering speed has a problem that the estimation accuracy of the road surface reaction force torque decreases as the vehicle speed increases. However, the determination of the time constant of the low-pass filter according to the above has a problem that the estimation accuracy of the road surface reaction force torque decreases as the steering speed increases. So far, no technique has been proposed for determining the time constant of the low-pass filter in accordance with both the steering speed and the vehicle speed.
[0004]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. By configuring the low-pass filter time constant using both the steering speed and the vehicle speed, road surface reaction torque torque can be reduced. An object of the present invention is to obtain an electric power steering control device capable of improving the estimation accuracy.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In the electric power steering control device according to the present invention, in the electric power steering control device for controlling the motor for generating the assist torque for assisting the steering torque of the driver, the vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed, the speed of the motor Motor speed detecting means for detecting the steering shaft reaction force, steering shaft reaction force detecting means for detecting the steering shaft reaction force, and passing the steering shaft reaction force detected by the steering shaft reaction force detecting means through a low-pass filter, Road surface reaction force detection means for obtaining an estimated road reaction force value used for control is provided, and the time constant of the low-pass filter is determined according to the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means and the motor speed detected by the motor speed detection means. It is a thing.
[0006]
A steering angle supermarket having a first motor for controlling a gear output torque obtained by multiplying a steering torque of the driver by a variable gear ratio and a second motor for generating an assist torque for assisting an actual steering angle in accordance with the gear output torque. In the impose-type electric power steering control device, vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed, motor speed detection means for detecting the speed of the second motor, steering shaft reaction force detection means for detecting the steering shaft reaction force, The road surface reaction force detection means for obtaining the road surface reaction force estimation value used for steering reaction force control and actual tire angle control by passing the steering shaft reaction force detected by the steering shaft reaction force detection means through a low-pass filter. The vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means and the low speed according to the motor speed detected by the motor speed detecting means It is obtained so as to determine the time constant of the filter.
[0007]
Further, there is no mechanical connection between the handle and the tire, and a steer-by-wire configuration having a third motor for controlling a steering reaction force transmitted to the handle and a fourth motor for generating an assist torque for assisting an actual steering angle of the tire. In the electric power steering control apparatus, the vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed, the motor speed detecting means for detecting the speed of the fourth motor, the steering shaft reaction force detecting means for detecting the steering shaft reaction force, and the steering Vehicle speed detection is provided with road surface reaction force detection means for obtaining an estimated value of road reaction force used for steering reaction force control and actual tire angle control by passing the steering shaft reaction force detected by the shaft reaction force detection means through a low-pass filter. Low-pass filter according to the vehicle speed detected by the means and the motor speed detected by the motor speed detecting means Is obtained so as to determine the time constant.
[0008]
Furthermore, the gear ratio of the reduction gear that transmits the assist torque from the motor to the steering shaft is Ggear, the steady friction torque of the motor is Tfric, the friction torque in the steering mechanism is Tfrp, and the ratio of the road surface reaction force and the steering angle according to the vehicle speed is When the steering speed obtained from Kalign and the motor speed is ωs, the time constant τest of the low-pass filter is
[Expression 2]

Is determined by the equation shown in FIG.
[0009]
Further, the steering shaft reaction force passed through the low pass filter is obtained by adding the steering shaft acceleration multiplied by the proportional gain.
[0010]
The time constant of the low-pass filter has an upper limit and a lower limit.
[0011]
Furthermore, the time constant of the low-pass filter has an upper limit and a lower limit corresponding to the vehicle speed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
1 is a schematic diagram showing an electric power steering control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a steering wheel that is steered by a driver of an automobile, 2 is a tire, and 3 is a torque sensor that is provided in a steering torque transmission mechanism from the steering wheel 1 to the tire 2 and detects steering torque by the steering operation of the driver. Reference numeral 4 denotes an EPS (Electric Power Steering) motor that is provided in a steering torque transmission mechanism from the steering wheel 1 to the tire 2 and generates an assist torque for assisting the steering torque, 5 is an EPS ECU that controls the

EPS motor

4, 2 is a handle angle sensor provided to detect the handle angle of the handle 1. Reference numeral 7 denotes a reduction gear. Also, θhdl is a steering wheel angle, θsens is a steering wheel detection signal, Tsens is a steering torque detection signal, Imtr_sens is a current detection signal, Vt_sens is a voltage detection signal, Vsuply is an applied voltage, Tassist is an assist torque, Thdl is a steering torque, and Ttran is a steering. Axial reaction torque, Tfrp is friction torque, and Talign is road reaction torque.
FIG. 2 is a diagram showing road surface reaction force estimation of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 2, Ttire_est is a road surface reaction force estimated value, and τest is a time constant of a low-pass filter.
FIG. 3 is a diagram showing the sum of road surface reaction force and friction of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 3, the vertical axis represents torque (Nm) and the horizontal axis represents time (seconds).
[0013]
FIG. 4 is a configuration diagram showing the electric power steering control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and a portion surrounded by a one-dot chain line in the figure is a block for calculating a target value of a current applied to the motor. .
In FIG. 4, 11 is a vehicle speed detector (vehicle speed detecting means) for detecting the vehicle speed, 12 is a steering torque detector (steering torque detecting means) for detecting steering torque, and 13 is a motor speed detector (detecting the motor rotation angular velocity). Motor speed detecting means), 14 is a motor acceleration detector for detecting the motor rotational angular acceleration based on the output of the

motor speed detector

13, 15 is input with the steering shaft reaction torque, and the vehicle speed detector 11 and the motor speed detector 13 are input. Is a road surface reaction force detector (road surface reaction force detection means) that detects the road surface reaction force. 16 is an assist torque determination block that determines assist torque for assisting steering torque based on the outputs of 11 to 14, 17 is a motor current determiner that determines a motor current based on the output of the assist

torque determination block

16, and 18 is A motor driver for driving the motor 19 by the output of the motor current determiner 17 and the motor current detected by the motor current detector, and 20 a motor current detector (motor current detecting means) for detecting the current of the motor 19.
[0014]
FIG. 5 is a configuration diagram showing a road surface reaction force detector of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and a portion surrounded by a one-dot chain line corresponds to the road surface reaction force detector.
In FIG. 5, 21 is a steering shaft reaction force detector that detects the steering shaft reaction force based on the steering shaft reaction force torque signal, and 22 is an alignment torque (road surface reaction force) and steering angle based on the vehicle speed signal. An alignment torque steering angle ratio calculation unit that calculates the ratio, 23 is a low-pass filter time constant calculation unit that calculates the time constant of the low-pass filter based on the output of the alignment torque steering angle ratio calculation unit 22 and the motor speed signal, and 24 is the steering shaft counter This is a low-pass filter calculation unit that calculates a road surface reaction force torque signal based on the outputs of the force detection unit 21 and the low-pass filter time constant calculation unit 23.
[0015]
FIG. 6 is a diagram illustrating a motor speed calculation unit of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 6, 161 is a motor, 162 is a torque constant Kt, 163 is a gain, 164 is an integrator, and 165 is a counter electromotive voltage constant.
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the road surface reaction force detector of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the vehicle speed and the alignment torque / steering angle of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 8, the horizontal axis represents the vehicle speed, and the vertical axis represents the ratio of the steering angle to the alignment torque. When the vehicle speed is low, the ratio of the steering angle to the alignment torque is small, and the ratio increases as the vehicle speed increases.
[0016]
Next, the operation will be described.
The main function of the electric power steering control device is to measure the steering torque when the driver turns the steering wheel 1 with the torque sensor 3, and generate assist torque to assist the steering torque according to the steering torque. To do. Further, in order to achieve better steering feeling and steering stability, some sensors have a sensor for measuring a steering wheel angle, a motor angle, or a motor angular velocity (which may be differentiated to obtain a motor angular acceleration). Further, the current flowing through the motor and the voltage applied between the motor terminals are also taken in for control.
[0017]
Dynamically, the sum of the steering torque Thdl and the assist torque Tassist rotates the steering against the steering shaft reaction torque Ttran. Further, when the handle 1 is rotated, the inertia term of the motor (J is the inertia gain of the motor) also acts, and the relationship of the following equation is finally established.
Ttran = Thdl + Tassist−J · dω / dt (1)
The assist torque by the motor has the following relationship.
Tassist = Ggear · Kt · Imtr (2)
Here, G gear is a reduction gear ratio of the electric power steering apparatus.
Further, the steering shaft reaction force torque Ttran is the sum of the road surface reaction force torque Talign and the friction torque Tfric_all in the steering mechanism.
Ttran = Talign + Tfric_all (3)
The EPS ECU 5, which is a control device for the electric power steering control device, calculates the target value of the current from the sensor signal described above, and controls the current so that the actual current of the motor coincides. A predetermined torque obtained by multiplying the current value by a torque constant and a gear ratio (between the motor and the steering shaft) is generated to assist the steering torque when the driver steers.
[0018]
Next, the road surface reaction force estimation method will be described.
Since the conventional road surface reaction force detector in the electric power steering control device is constructed assuming lane change steering at medium and low speeds, the conditions for accurate road surface reaction force estimation are Limited to low frequency steering. In the steer-by-wire apparatus in which the steering wheel and the tire are not mechanically connected by expanding the operation range in which the road surface reaction force can be accurately estimated under wider operation conditions and the road surface reaction force can be estimated more accurately. It aims at making it usable also as a target value of a steering torque generator.
[0019]
The road surface reaction force detector 15 performs estimation based on the physical formula of the road surface reaction force torque shown in FIG. In the electric power steering control device, since the steering shaft speed cannot be detected with high accuracy, it is difficult to directly remove the influence of the friction term. Therefore, estimation has been performed using a filter.
The road surface reaction force estimated value (Ttire_est) is estimated by passing the steering shaft reaction force torque through a filter as shown in FIG.
First, steering is performed in various scenes such as a curve and a lane change, and the steering pattern is regarded as a ramp having a constant speed within a predetermined time range. In this case, the sum of the road surface reaction force and the friction term is as shown in FIG. Further, when this is expressed by an equation, the road surface reaction force (Talign) and the sum of the road surface reaction force and the friction term, that is, the steering shaft reaction force torque Ttran, is expressed by the following equation. Here, S is a Laplace operator.
[0020]
[Equation 3]

[0021]
[Expression 4]

Here, Tgrad is the time change rate of the road surface reaction torque, Ggear is the reduction gear ratio of the electric power steering device, Tfric is the steady friction torque of the motor, and Tfrp is the friction torque in the steering mechanism.
The road surface reaction force estimated value (Ttire_est) obtained from the steering shaft reaction force torque through the low-pass filter is obtained by the following equation.
[0022]
[Equation 5]

At this time, the estimation error E (s) between the road surface reaction force (Talign) and the road surface reaction force estimation value (Ttire_est), which are state quantities to be estimated, is expressed by the following equation.
[0023]
[Formula 6]

Therefore, there is no estimation error when the time constant (τest) of the low-pass filter can be expressed by the relational expression (8). (See Figure 3)
[0024]
[Expression 7]

Here, the time change rate Tgrad of the road surface reaction force torque is expressed by the product of the ratio of the road surface reaction force to the steering angle (Kalign) and the steering speed ωs as follows.
[0025]
[Equation 8]

Of these, the ratio (Kalign) between the road surface reaction force and the steering angle is determined for each vehicle speed if the vehicle type is determined as shown in FIG. The steering speed can be detected. Therefore, the optimum value of the time constant of the low-pass filter is determined by the following equation.
[0026]
[Equation 9]

Therefore, by making the time constant of the low-pass filter variable as shown in the block diagram of FIG. 5, the road surface reaction force can be estimated even if the steering speed and the vehicle speed change.
[0027]
4 and 5 show a configuration according to the first embodiment.
In the first embodiment, what determines the control amount of the electric power steering includes a vehicle speed detector 11, a steering torque detector 12, a road surface reaction force detector 15, a motor speed detector 13, and a motor acceleration detector 14. ing. Here, since the novel element in the present invention relates to road surface reaction force detection, the road surface reaction force detector 15 will be described in detail below.
In the first embodiment, the road surface reaction force detector 15 receives a steering shaft reaction force torque signal, a vehicle speed signal, and a motor speed signal.
The steering shaft reaction force torque signal can be measured by attaching a detector (steering shaft reaction force detection means) such as a load cell to the steering shaft column, and the torque generated in the steering shaft column (steering Axis reaction force torque).
Further, the motor speed signal uses the output of the motor speed detector 13, but the same is true even if the motor speed is obtained according to the equation (11) using the output of the motor current.
[0028]
In the first embodiment and the following embodiments, the motor speed detector 13 can detect the motor speed by both measurement and calculation.
For example, FIG. 6 detects the motor speed by calculation.
FIG. 6 shows a configuration for estimating the motor speed. The motor speed ω can be calculated on the basis of the equation (11) using the coil resistance R and the coil inductance L with the motor applied voltage Vt, the motor back electromotive voltage Ve, and a constant determined by the motor. Here, Kt is a torque constant, J is an inertia constant gain of the motor, Kb is a counter electromotive voltage constant, and S is a Laplace operator. Imtr is a current generated by the motor.
[0029]
[Expression 10]

[0030]
Next, operation | movement of a road surface reaction force detector is demonstrated based on the flowchart of FIG. At this time, in S105, a time constant is determined based on equation (10).
In step S101, the steering shaft reaction force torque is read and stored in the memory. In step S102, the vehicle speed is read and stored in the memory. In step S103, the motor speed is read and stored in the memory. In step S104, the ratio between the alignment torque and the steering angle is obtained according to FIG. 8 based on the vehicle speed. In step S105, the time constant of the low-pass filter is obtained from the motor speed and the ratio between the alignment torque and the steering angle. Next, in step S106, the steering shaft reaction force is passed through a low-pass filter. In step S107, an estimated road reaction force value is obtained.
[0031]
According to the first embodiment, by determining the time constant of the low-pass filter according to the vehicle speed and the steering speed, the road surface reaction force can be estimated even when the steering speed changes or the vehicle speed changes. .
[0032]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing an electric power steering control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, and a portion surrounded by an alternate long and short dash line in the figure is a block for calculating a target value of a current applied to the motor. .
9, 11 to 20 are the same as those in FIG. 4, but the road surface reaction force detector 15 is supplied with steering torque in addition to the outputs of the vehicle speed detector 11 and the motor speed detector 13 in FIG. The outputs of the detector 12, the motor acceleration detector 14 and the motor current detector 20 are input, and the input of the steering shaft reaction force torque in FIG. 4 is deleted.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a road surface reaction force detector of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, and a portion surrounded by an alternate long and short dash line corresponds to the road surface reaction force detector.
In FIG. 10, 21 to 24 are the same as those in FIG. In FIG. 10, the steering shaft reaction force is calculated from the steering torque signal, the motor current signal, and the motor acceleration signal.
FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the road surface reaction force detector of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
[0033]
In order to obtain the road surface reaction torque signal, the steering shaft reaction force is passed through a low-pass filter. In this embodiment, the steering shaft reaction force is measured in the first embodiment, whereas the steering shaft reaction force is measured. In the second embodiment, the output of the steering shaft reaction force torque calculated according to the equations (1)-(3) is used. Except this, it is exactly the same as the first embodiment.
[0034]
Next, operation | movement of a road surface reaction force detector is demonstrated based on the flowchart of FIG. At this time, in S208, a time constant is determined based on equation (10).
In step S201, the steering torque signal is read and stored in the memory. In step S202, the motor current signal is read and stored in the memory. Next, in step S203, the vehicle speed is read and stored in the memory. In step S204, the motor speed is read and stored in the memory. In step S205, the motor acceleration is read and stored in the memory. Next, in step S206 (steering shaft reaction force detection means), the steering shaft reaction force is calculated from the steering torque signal, motor current signal, and motor acceleration signal. In step S207, the ratio between the alignment torque and the steering angle is calculated based on the vehicle speed. Ask for. In step S208, the time constant of the low-pass filter is obtained from the motor speed and the ratio between the alignment torque and the steering angle. Next, in step S209, the steering shaft reaction force is passed through a low-pass filter. In step S210, an estimated road reaction force value is obtained.
[0035]
According to the second embodiment, even when the steering shaft reaction force cannot be measured, the same effect as the first embodiment can be obtained by estimating the steering shaft reaction force.
[0036]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the road surface reaction force and the steering angle of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
In FIG. 12, the vertical axis represents torque (Nm) and the horizontal axis represents time (seconds).
FIG. 13 is a configuration diagram showing a road surface reaction force detector of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 3 of the present invention, and a portion surrounded by an alternate long and short dash line corresponds to the road surface reaction force detector.
In FIG. 13, 21 to 24 are the same as those in FIG. J is the inertia gain of the motor, and K is the acceleration gain of the motor.
FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the road surface reaction force detector of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 15 is a configuration diagram illustrating another road surface reaction force detector of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 3 of the present invention, and a portion surrounded by a one-dot chain line corresponds to the road surface reaction force detector. .
In FIG. 15, 21 to 24 are the same as those in FIG. 10, but the steering shaft reaction force is calculated from the steering torque signal and the motor current signal.
[0037]
In the second embodiment, when fast steering is performed, the road surface reaction force may cause phase advance with respect to the steering angle as shown in FIG. Therefore, the road surface reaction force torque starts to decrease more quickly than the case where the sign of the steering speed is reversed when the steering wheel is turned back, and the equation (5) is not established for the steering shaft reaction force, and the road surface reaction force is not satisfied. The waveform is delayed from the torque.
In order to compensate for this phenomenon, it is effective to compensate for the steering shaft speed delay. In order to compensate for the delay in the steering shaft speed, the physical equation (1) in the first and second embodiments is compensated by adding a proportional gain (K) to the steering shaft acceleration.
Ttran = Thdl + Tassist−J · dω / dt + K · dω / dt (12)
In FIG. 13, since the overall configuration is the same as that of the second embodiment, only the road surface reaction force detection block will be described.
In order to obtain a road surface reaction force torque signal, the steering shaft reaction force is passed through a low-pass filter. In this embodiment, the steering shaft reaction force is compensated for the steering shaft speed delay in the third embodiment. According to the equation, a proportional gain was added to the steering shaft acceleration to compensate. Except this, it is exactly the same as the second embodiment.
[0038]
This operation will be described based on the flowchart of FIG. At this time, in S309, a time constant is determined based on the equation (10).
In step S301, the steering torque signal is read and stored in the memory. In step S302, the motor current signal is read and stored in the memory. Next, in step S303, the vehicle speed is read and stored in the memory. In step S304, the motor speed is read and stored in the memory. In step S305, the motor acceleration is read and stored in the memory. Next, in step S306, the steering shaft reaction force before phase compensation is calculated from the steering torque signal, motor current signal, and motor acceleration signal. In step S307, the proportional gain of motor acceleration is added to the steering shaft reaction force before phase compensation. In addition, the phase-compensated steering shaft reaction force is calculated. Next, in step S308, the ratio between the alignment torque and the steering angle is obtained based on the vehicle speed. In step S309, the time constant of the low-pass filter is obtained from the motor speed and the ratio between the alignment torque and the steering angle. Next, in step S310, the steering shaft reaction force is passed through a low-pass filter. In step S311, an estimated road reaction force value is obtained.
[0039]
According to the third embodiment, the effect similar to that of the first embodiment can be obtained by compensating for the influence of the steering shaft speed even when the road surface reaction force may cause a phase advance with respect to the steering angle in early steering. Is obtained.
[0040]
Further, when the inertia gain and the acceleration gain of the motor substantially coincide with each other, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by configuring as shown in FIG. 15 in which the acceleration term is ignored in the equations (1) and (12). can get.
[0041]
Embodiment 4 FIG.
The configuration of the fourth embodiment is the same as that of FIG. 4 except for the configuration of the road surface reaction force detector. Therefore, description of the entire configuration is omitted.
[0042]
FIG. 16 is a configuration diagram showing a road surface reaction force detector of an electric power steering control apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, and a portion surrounded by an alternate long and short dash line corresponds to the road surface reaction force detector.
In FIG. 16, 21 to 24 are the same as those in FIG. A time constant upper / lower limit clipping unit 29 receives the output of the low-pass filter time constant calculation unit 23 and clips the upper and lower limits of the time constant.
FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the road surface reaction force detector of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
In the first to third embodiments, the road surface reaction torque is obtained by passing the steering shaft reaction torque through the primary low-pass filter. In the fourth embodiment, the time constant of the low-pass filter is increased. Set a lower limit. Except this, it is exactly the same as Embodiment 1-3.
[0043]
Next, the operation of the road surface reaction force detector according to the fourth embodiment will be described based on the flowchart of FIG. Here, in S410, a time constant is determined based on the equation (10).
In step S401, the steering shaft reaction force torque is read and stored in the memory. In step S402, the vehicle speed is read and stored in the memory. In step S403, the motor speed is read and stored in the memory. In step S404, the ratio between the alignment torque and the steering angle is obtained based on the vehicle speed. Next, in step S405, the time constant of the low-pass filter is obtained from the motor speed and the ratio between the alignment torque and the steering angle. Next, in step S406, it is determined whether or not the time constant of the low-pass filter is larger than the threshold value. If so, the time constant is clipped to the upper limit setting value in step S407, and the process goes to step S410. If not large in step S406, it is determined in step S408 whether or not the time constant of the low-pass filter is smaller than the threshold value. If small, the time constant is clipped to the lower limit setting value in step S409, and the process goes to step S410. If it is not small in step S408, the time constant of the low-pass filter is determined in step S410. Next, in step S411, the steering shaft reaction force is passed through a low-pass filter. In step S412, an estimated road reaction force value is obtained.
[0044]
According to the fourth embodiment, when the low-pass filter time constant is determined from the motor speed and the vehicle speed by the calculation of the equation (10), the time constant becomes too large when the vehicle speed is low or the steering speed is low. It becomes close to the integration operation, and is easily affected by an offset component from the true value of the detected steering shaft reaction force.
On the other hand, when the speed is high or the steering speed is high, the time constant becomes too small, and the gain characteristic is close to that of the low-pass filter, so that unnecessary noise components cannot be removed. Such a problem can be solved by setting the upper and lower limit values.
[0045]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 18 is a configuration diagram showing a road surface reaction force detector of an electric power steering control apparatus according to Embodiment 5 of the present invention, and a portion surrounded by an alternate long and short dash line corresponds to the road surface reaction force detector.
In FIG. 18, 21 to 24 are the same as those in FIG. Reference numeral 30 denotes a steering speed upper / lower limit clipping unit which receives an input of a motor speed signal and clips the steering speed with upper / lower limit values.
[0046]
Considering the driver's maneuvering while driving, there is a limit to the steering wheel operation speed in general driving. Considering the steering speed of the driver, for example, the lower limit value of the steering speed is 10 deg / s and the upper limit value of the steering speed is 450 deg / s, and the road surface reaction force detector is configured as shown in FIG. By doing in this way, the time constant according to the steering speed of a driver can be determined.
[0047]
According to the fifth embodiment, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained by determining the time constant according to the steering speed of the driver. In addition, there is an effect of preventing the divergence of the expression (10).
[0048]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 19 is a configuration diagram illustrating a road surface reaction force detector of an electric power steering control apparatus according to Embodiment 6 of the present invention, and a portion surrounded by an alternate long and short dash line corresponds to the road surface reaction force detector.
In FIG. 19, 21 to 24 are the same as those in FIG. Reference numeral 31 denotes a steering speed upper / lower limit clip unit which receives a motor speed signal and a vehicle speed signal and clips the steering speed with an upper / lower limit value corresponding to the vehicle speed.
[0049]
In consideration of the driver's maneuvering during traveling, in general traveling, when the vehicle speed is low, the steering is often fast, and the steering is slow. When the vehicle speed is high, there are many cases where the steering is performed slowly, and there are few cases where the steering is performed quickly. Thus, the upper and lower limit values of the steering speed are changed according to the vehicle speed, and the road surface reaction force detector is configured as shown in FIG. By doing so, the time constant according to the steering speed and the vehicle speed of the driver can be determined.
[0050]
According to the sixth embodiment, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained by determining the time constant according to the steering speed and the vehicle speed of the driver. In addition, there is an effect of preventing the divergence of the expression (10).
[0051]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 20 is a schematic diagram showing an electric power steering control apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.
In FIG. 20, 1 to 3 and 5 to 7 are the same as those in FIG. 8 is a planetary gear, 9a is a variable gear motor (first motor), and 9b is a pinion shaft motor (second motor).
Also, θhdl is the steering wheel angle, θsens is the steering wheel detection signal, Tsens is the steering torque detection signal, Imtr_sens1 and Imtr_sens2 are the current detection signals, Vt_sens1 and Vt_sens2 are the voltage detection signals, Vsuply1 and Vsupply2 are the applied voltages, and Tassist is the assist torque. Steering torque, Ttran is steering shaft reaction torque, Tfrp is friction torque, and Talign is road surface reaction torque.
[0052]
An electric power steering control device of a steering angle superimpose mechanism having a variable gear mechanism for controlling a gear output torque and a pinion shaft motor 9b for controlling an actual steering angle is a torque sensor when a driver turns a steering wheel. The gear of the variable gear mechanism is changed by the variable gear motor 9a according to the torque, and the gear output torque is generated by multiplying the steering torque Thdl by the variable gear ratio, and the actual steering is performed by the electric motor according to the gear output torque. The main function is to generate assist torque for assisting corners.
In addition, in order to realize better steering feeling and steering stability, a sensor for measuring the steering wheel angle θhdl, the motor angle, or the motor angular velocity (which may be differentiated to obtain motor angular acceleration) is provided. It also captures the current flowing through the motor and the voltage across the motor terminals.
[0053]
Mechanically, the steering torque Thdl is multiplied by a variable gear mechanism and the sum of the gear output torque Tgear and the assist torque Tassist rotates the steering against the steering shaft reaction torque Ttran. Further, when the handle is rotated, the inertia term of the pinion shaft motor 9b also acts, and the following equation (13) is established.
Ttran = Tgear + Tassist−J · dω / dt (13)
The following equation (14) is established for the assist torque Tassist by the pinion shaft motor 9b.
Tassist = Ggear · Kt · Imtr (14)
Further, the steering shaft reaction force torque Ttran is the sum of the road surface reaction force torque Talign and the friction torque Tfric_all in the steering mechanism, as shown by the equation (15).
Ttran = Talign + Tfric_all (15)
In the control device (EPS ECU) of the electric power steering control device, the target value of the current is calculated from the above sensor signal, and the current is controlled so that the actual current of the motor coincides with the pinion shaft. The motor 9b is configured to generate a predetermined torque obtained by multiplying the current value by a torque constant and a gear ratio (between the motor and the steering shaft) and assist the torque when the driver steers.
[0054]
This configuration is commonly referred to as steering angle superimpose, and has a variable gear mechanism that generates gear output torque by multiplying the driver torque by a variable gear ratio in the link mechanism that connects the steering wheel and the tire, and the output gear output torque Assist is performed by a pinion shaft motor 9b.
A feature of the seventh embodiment is that a road surface reaction force can be obtained in the configuration of the steering angle superimpose. The gear output torque can be measured by attaching the torque sensor 3 to the gear output torque generating portion of the steering shaft. Further, the steering shaft reaction force torque can be obtained by calculation as shown in the equation (13).
The method shown in the first to sixth embodiments can be applied as it is to obtain the road surface reaction force after obtaining the steering shaft reaction force.
In the seventh embodiment, it has been shown that the gear output torque is detected using a sensor. However, even in the absence of a sensor, an equivalent value can be obtained by multiplying the steering torque by a variable gear ratio within a range where the friction of the variable gear mechanism is small. Is obtained.
[0055]
According to the seventh embodiment, in the configuration of the electric power steering control device, the same effects as in the first to sixth embodiments can be obtained even with the configuration having the steering angle superimpose mechanism.
[0056]
Embodiment 8 FIG.
FIG. 21 is a schematic diagram showing an electric power steering control apparatus according to Embodiment 8 of the present invention.
21, 1 to 3 and 5 are the same as those in FIG. 1. Reference numerals 7a and 7b denote reduction gears. 10a is a steering reaction force control motor (third motor), and 10b is an actual steering angle control motor (fourth motor).
In addition, θhdl is a steering wheel angle, θsens is a steering wheel detection signal, Tsens is a steering torque detection signal, Imtr_sens1 and Imtr_sens2 are current detection signals, Vt_sens1 and Vt_sens2 are voltage detection signals, Vsupply1 and Vsupply2 are applied voltages, and Tassist1 and Tassist2 and assist torque. Thdl is the steering torque, Ttran is the steering shaft reaction torque, Tfrp is the friction torque, and Talign is the road surface reaction torque.
[0057]
A steer-by-wire mechanism having a steering reaction force control motor 10a for controlling a steering reaction force and an actual steering angle control motor 10b for controlling an actual steering angle, and a handle and a tire operated by a driver are not mechanically connected. In the electric power steering control device, the torque when the driver turns the steering wheel is measured by the torque sensor 3, and the steering reaction force control motor 10a according to the torque appropriately adjusts the steering torque of the driver according to the vehicle behavior. The main function is to generate a steering reaction force to be controlled at the same time, and to generate an actual steering angle control assist torque for controlling the actual steering angle of the tire by the actual steering angle control motor 10b.
In addition, in order to realize better steering feeling and steering stability, a sensor for measuring the steering wheel angle θhdl, the motor angle, or the motor angular velocity (which may be differentiated to obtain motor angular acceleration) is provided. It also captures the current flowing through the motor and the voltage across the motor terminals.
[0058]
Dynamically, since the steering wheel and the tire are not mechanically connected, a completely different relationship is established, and the steering torque Thdl is balanced with the steering reaction force Tassist1 and the assist torque Tassist2 generated by the actual steering angle control motor 10b. However, the tire is rotated against the steering shaft reaction torque Ttran. Further, when the tire is rotated, the inertia term of the actual steering angle control motor 10b also acts and eventually the relationship of the following equation (16) is established.
Ttran = Tassist2- J · dω2 / dt (16)
The assist torque by the actual steering angle control motor 10b satisfies the relationship of the following equation (17).
Tassist2 = Ggear2 · Kt · Imtr2 (17)
Further, the steering shaft reaction force torque Ttran is the sum of the road surface reaction force torque Talign and the friction torque Tfric_all in the steering mechanism, as shown in the equation (18).
Ttran = Talign + Tfric_all (18)
In the control device (EPS ECU) of the electric power steering control device, the target value of the current is calculated from the sensor signal described above, and the current is controlled so that the actual current of the motor coincides with it. A predetermined torque obtained by multiplying the current value by a torque constant and a gear ratio (between the motor and the steering shaft) is generated to assist the torque when the driver steers.
[0059]
This configuration is generally referred to as steer-by-wire, and there is no mechanical connection between the steering wheel and the tire, the steering reaction force control motor 10a that controls the steering reaction force transmitted to the driver's steering wheel, the steering angle of the driver, and the vehicle state quantity The actual steering angle control motor 10b for controlling the actual steering angle of the tire is provided. According to this mechanism, the mechanical connection is eliminated, so that the degree of freedom of the layout of the vehicle is increased and the steering wheel operation of the driver is performed. It becomes possible to stabilize the vehicle regardless of the case. Since the mechanical configuration is different, the physical formula shown in the first embodiment and the formula for obtaining the steering shaft reaction force torque are different, but the method for obtaining the steering shaft reaction force is the same as in the first to sixth embodiments. As shown, the steering shaft reaction force may be detected by a sensor, or may be calculated according to equation (16).
As a method for obtaining the road surface reaction force after obtaining the steering shaft reaction force, the method shown in the first to sixth embodiments can be applied as it is.
[0060]
According to the eighth embodiment, in the configuration of the electric power steering control device, the same effect as in the first to sixth embodiments can be obtained even in the configuration of the steer-by-wire, and the steering wheel and the tire are mechanical. It can also be used as a target value for a steering torque generator in a steer-by-wire device that is not connected to the steering wheel.
[0061]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
In an electric power steering control apparatus that controls a motor that generates an assist torque that assists a driver's steering torque, a vehicle speed detection means that detects a vehicle speed, a motor speed detection means that detects a motor speed, and a steering shaft reaction force A steering shaft reaction force detection means for detecting the road surface reaction force and a road surface reaction force estimated value used for assist torque control by passing the steering shaft reaction force detected by the steering shaft reaction force detection means through a low-pass filter. Since the force detection means is provided and the time constant of the low-pass filter is determined in accordance with the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means and the motor speed detected by the motor speed detection means, by detecting the steering shaft reaction force , Even when the steering speed changes or the vehicle speed changes It is possible to estimate.
[0062]
A steering angle supermarket having a first motor for controlling a gear output torque obtained by multiplying a steering torque of the driver by a variable gear ratio and a second motor for generating an assist torque for assisting an actual steering angle in accordance with the gear output torque. In the impose-type electric power steering control device, vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed, motor speed detection means for detecting the speed of the second motor, steering shaft reaction force detection means for detecting the steering shaft reaction force, The road surface reaction force detection means for obtaining the road surface reaction force estimation value used for steering reaction force control and actual tire angle control by passing the steering shaft reaction force detected by the steering shaft reaction force detection means through a low-pass filter. The vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means and the low speed according to the motor speed detected by the motor speed detecting means Since the time constant of the filter is determined, even if the steering angle superimpose configuration, the road surface reaction is detected even when the steering speed changes or the vehicle speed changes by detecting the steering shaft reaction force. Force estimation is possible.
[0063]
Further, there is no mechanical connection between the handle and the tire, and a steer-by-wire configuration having a third motor for controlling a steering reaction force transmitted to the handle and a fourth motor for generating an assist torque for assisting an actual steering angle of the tire. In the electric power steering control apparatus, the vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed, the motor speed detecting means for detecting the speed of the fourth motor, the steering shaft reaction force detecting means for detecting the steering shaft reaction force, and the steering Vehicle speed detection is provided with road surface reaction force detection means for obtaining an estimated value of road reaction force used for steering reaction force control and actual tire angle control by passing the steering shaft reaction force detected by the shaft reaction force detection means through a low-pass filter. Low-pass filter according to the vehicle speed detected by the means and the motor speed detected by the motor speed detecting means Since the time constant is determined, even in the steer-by-wire configuration, the road surface reaction force can be estimated even when the steering speed changes or the vehicle speed changes by detecting the steering shaft reaction force It becomes.
[0064]
Furthermore, the gear ratio of the reduction gear that transmits the assist torque from the motor to the steering shaft is Ggear, the steady friction torque of the motor is Tfric, the friction torque in the steering mechanism is Tfrp, and the ratio of the road surface reaction force and the steering angle according to the vehicle speed is When the steering speed obtained from Kalign and the motor speed is ωs, the time constant τest of the low-pass filter is
## EQU11 ##

Therefore, by adopting a configuration in which the time constant of the low-pass filter is changed by this formula, the low-pass filter that minimizes the estimation error can be obtained regardless of the running pattern. The estimation accuracy of force torque is improved.
[0065]
In addition, since the steering shaft reaction force passed through the low-pass filter is added to the steering shaft acceleration multiplied by the proportional gain, it compensates the phenomenon that the road surface reaction force causes phase advance with respect to the steering angle, The estimation accuracy of the road surface reaction force can be improved even in an early steering pattern.
[0066]
In addition, since the time constant of the low-pass filter has an upper limit and a lower limit, it is possible to prevent an error of the road surface reaction force estimated value from an actual value and to prevent the time constant of the low-pass filter from diverging.
[0067]
Furthermore, since the time constant of the low-pass filter has an upper limit and a lower limit according to the vehicle speed, the estimated error of the road surface reaction force is prevented from becoming larger than the actual value, and the time constant of the low-pass filter is prevented from diverging. In addition, the road surface reaction force according to the traveling state can be obtained by making the upper limit value and the lower limit value variable according to the vehicle speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an electric power steering control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing road surface reaction force estimation of the electric power steering control device according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 3 is a diagram showing a sum of road surface reaction force and friction of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 4 is a configuration diagram showing an electric power steering control device according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 5 is a configuration diagram showing a road surface reaction force detector of the electric power steering control device according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 6 is a diagram showing a motor speed calculation unit of the electric power steering control device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing an operation of a road surface reaction force detector of the electric power steering control device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the vehicle speed and the alignment torque / steering angle of the electric power steering control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 9 is a configuration diagram showing an electric power steering control device according to Embodiment 2 of the present invention;
FIG. 10 is a configuration diagram showing a road surface reaction force detector of an electric power steering control device according to Embodiment 2 of the present invention;
FIG. 11 is a flowchart showing an operation of a road surface reaction force detector of the electric power steering control device according to Embodiment 2 of the present invention;
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a road surface reaction force and a steering angle of an electric power steering control device according to Embodiment 3 of the present invention;
FIG. 13 is a configuration diagram showing a road surface reaction force detector of an electric power steering control device according to Embodiment 3 of the present invention;
FIG. 14 is a flowchart showing an operation of a road surface reaction force detector of the electric power steering control device according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 15 is a configuration diagram showing another road surface reaction force detector of the electric power steering control device according to Embodiment 3 of the present invention;
FIG. 16 is a configuration diagram showing a road surface reaction force detector of an electric power steering control device according to Embodiment 4 of the present invention;
FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the road surface reaction force detector of the electric power steering control device according to Embodiment 4 of the present invention;
FIG. 18 is a configuration diagram showing a road surface reaction force detector of an electric power steering control device according to Embodiment 5 of the present invention;
FIG. 19 is a configuration diagram showing a road surface reaction force detector of an electric power steering control device according to Embodiment 6 of the present invention;
FIG. 20 is a schematic diagram showing an electric power steering control apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.
FIG. 21 is a schematic diagram showing an electric power steering control device according to Embodiment 8 of the present invention;
[Explanation of symbols]
1 handle, 2 tires, 3 torque sensor, 4 EPS motor,
5 EPS ECU, 6 Handle angle sensor, 7, 7a, 7b Reduction gear,
8 planetary gear, 9a variable gear motor, 9b pinion shaft motor,
10a Steering reaction force control motor, 10b Actual steering angle control motor,
11 Vehicle speed detector, 12 Steering torque detector, 13 Motor speed detector,
14 motor acceleration detector, 15 road reaction force detector,
16 assist torque determination block, 17 motor current determiner,
18 motor driver, 20 motor current detector,
21 steering shaft reaction force detection unit, 22 alignment torque steering angle ratio calculation unit,
23 Low-pass filter time constant calculator, 24 Low-pass filter calculator,
29 Time constant upper / lower limit clip part, 30 Steering speed upper / lower limit clip part,
31 Steering speed upper and lower limit clip part.

Claims

In an electric power steering control device for controlling a motor that generates an assist torque for assisting a driver's steering torque, vehicle speed detection means for detecting a vehicle speed, motor speed detection means for detecting the speed of the motor, steering shaft reaction force Steering shaft reaction force detection means for detecting, road surface reaction force detection for obtaining an estimated value of the road reaction force used for assist torque control by passing the steering shaft reaction force detected by the steering shaft reaction force detection means through a low-pass filter Means for determining the time constant of the low-pass filter in accordance with the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means and the motor speed detected by the motor speed detection means. apparatus.

A steering angle super-in having a first motor for controlling a gear output torque obtained by multiplying a driver's steering torque by a variable gear ratio and a second motor for generating an assist torque for assisting an actual steering angle in accordance with the gear output torque. In an electric power steering control device having a pose configuration, a vehicle speed detecting means for detecting a vehicle speed, a motor speed detecting means for detecting the speed of the second motor, a steering shaft reaction force detecting means for detecting a steering shaft reaction force, and the steering Road surface reaction force detection means for obtaining an estimated value of road reaction force used for steering reaction force control and actual tire angle control by passing the steering shaft reaction force detected by the shaft reaction force detection means through a low-pass filter, According to the vehicle speed detected by the detection means and the motor speed detected by the motor speed detection means An electric power steering control system is characterized in that so as to determine the time constant of-pass filter.

Steer-by-wire electric drive having a third motor for controlling a steering reaction force transmitted to the steering wheel and a fourth motor for generating an assist torque for assisting an actual steering angle of the tire without mechanical connection between the steering wheel and the tire Speed control means for detecting the vehicle speed, motor speed detection means for detecting the speed of the fourth motor, steering shaft reaction force detection means for detecting the steering shaft reaction force, and steering shaft reaction force detection Road surface reaction force detection means for obtaining an estimated value of road reaction force used for steering reaction force control and actual tire angle control by passing the steering shaft reaction force detected by the means through a low-pass filter, and detected by the vehicle speed detection means According to the vehicle speed detected and the motor speed detected by the motor speed detecting means. An electric power steering control system is characterized in that so as to determine the time constant of the motor.

The gear ratio of the reduction gear that transmits the assist torque from the motor to the steering shaft is Ggear, the steady friction torque of the motor is Tfric, the friction torque in the steering mechanism is Tfrp, the ratio of the road surface reaction force and the steering angle according to the vehicle speed is Kalign, When the steering speed obtained from the motor speed is ωs, the time constant τest of the low-pass filter is

The electric power steering control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the electric power steering control device is determined by an expression shown in (1).

The electric power according to any one of claims 1 to 4, wherein the steering shaft reaction force passed through the low-pass filter is added with a value obtained by multiplying the steering shaft acceleration by a proportional gain. Steering control device.

6. The electric power steering control device according to claim 1, wherein the time constant of the low-pass filter has an upper limit and a lower limit.

The electric power steering control device according to any one of claims 1 to 6, wherein the time constant of the low-pass filter has an upper limit and a lower limit corresponding to the vehicle speed.