JP4016888B2

JP4016888B2 - Electric power steering device

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Publication number: JP4016888B2
Application number: JP2003156158A
Authority: JP
Inventors: 寿男高野; 由之柴田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2023-06-02
Also published as: JP2004358985A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータで発生した操舵アシスト力を動力伝達機構を介して操舵系に伝達する電気式動力舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般的な電気式動力舵取装置では、ステアリングホイールに連結された入力軸から得られる操舵トルクを、操舵トルク検出手段（トルクセンサ等）により検出しその操舵トルクに応じた補助操舵力（アシスト力）を電動モータに発生させることによって、運転者による操舵をアシストする制御をその制御装置において行っている（例えば、下記特許文献１；段落番号０００９〜００２４、図１、２）。そして、このような制御装置では、マイクロコンピュータ等による比例積分制御あるいは比例積分微分制御により電流指令値を求めて、ＰＷＭ制御される当該電動モータを制御している（特許文献１；段落番号００１８、００６５、図５、９）。
【０００３】
ところが、下記特許文献１に開示されるような一般的な電気式動力舵取装置によると、電動モータによるアシスト力は、例えば、減速ギア等の減速機構を介して出力軸に伝達され、ステアリングホイールによる操舵力をアシストするように動力伝達機構が構成されている。そのため、電動モータの回転方向が切り換わるときに、電動モータに取り付けられたギヤとこれに対向する減速ギヤとの間に発生するバックラッシュによって、発振による振動や異音等が発生し操舵フィーリングの悪化を招くという問題点が従来の電気式動力舵取装置には存在していた。
【０００４】
そこで、当該特許文献１による開示技術では、電動モータの回転状態を検出する回転状態検出手段と、該回転状態検出手段の回転状態検出値に基き動力伝達機構の歯車がバックラッシュ間を移動する空転状態であることを検出したとき制御信号を補正する補正手段とを備えることによって、動力伝達機構の歯車がバックラッシュ間を空転する場合には、補正手段によって制御信号を補正し電動モータを緩やかに駆動することにより、上記問題点を解決しようとしている（特許文献１；段落番号０００７、０００８、０１０２）。
【０００５】
ここで、当該特許文献１による開示技術では、「回転状態検出手段の回転状態検出値に基き動力伝達機構の歯車がバックラッシュ間を移動する空転状態であることを検出したとき制御信号を補正する補正手段」の具体例として、ローパスフィルタ処理を挙げている。そして、所定条件を満たす間においては、モータ電流指令値をローパスフィルタ処理して設定することで、電動モータが反転するときモータ電流指令値を抑制して設定することによって電動モータを緩やかに駆動する旨や、このローパスフィルタ処理により電動モータの回転方向が切り換わるために減速ギヤのバックラッシ間をギヤが移動する場合でも、ギヤどうしが勢い良く衝突することなく、電動モータの反転に伴い異音や衝撃等が発生しない旨等を当該特許文献１において説示している（特許文献１；段落番号００３４、００５２、００６０、００６７、００７０、００８１、００８４、００８６、００８９、図５、７、９、１１、１２）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１７５４０６号公報（第２頁〜第１３頁、図１〜１３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１による開示技術によると、「回転状態検出手段の回転状態検出値に基き…制御信号を補正する補正手段」の具体例としてローパスフィルタ処理を開示しているものの、当該補正手段のそれ以外の具体例は当該特許文献１には何ら明示も示唆もされていない。すると、当該補正手段であるローパスフィルタ処理によれば、急操舵時におけるステアリングホイールの反転操舵に対してはモータ電流指令値の高調波がフィルタリングされるため、ギヤどうしの歯当たりは急激にはならなくなり、異音や衝撃等の発生を防止可能にしているものと考えられる。
【０００８】
ところが、動力伝達機構の歯車がバックラッシュ間を空転するという現象が発生するのは、ステアリングホイールによる急操舵時に限ったことではなく、中立直線操舵時にステアリングホイールをゆっくり左右に動作させた場合においてもバックラッシュ間を空転することがある。そのため、このように緩やかな操舵時に、歯車がバックラッシュ間を空転する領域（以下「バックラッシュ領域」という。）に入ってしまうような場合においては、モータ電流指令値をローパスフィルタ処理しても、それによるフィルタ効果が低いか、あるいはフィルタ効果がない。つまり、ローパスフィルタ処理により除去可能な周波数領域よりも低い周波数成分を含む場合には、上記特許文献１による開示技術では対処できない。したがって、当該開示技術では、操舵状態によっては、異音や衝撃等の発生を十分に防止することはできないという問題を残している。
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上し得る電気式動力舵取装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の作用・効果】
上記目的を達成するため、請求項１の電気式動力舵取装置では、操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵系に対する操舵アシスト力を発生させる電動モータと、前記電動モータで発生した前記操舵アシスト力を前記操舵系に伝達する動力伝達機構と、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに基いて前記操舵アシスト力を発生させる制御信号を前記電動モータに出力する制御手段と、前記制御手段から出力される前記制御信号に基いて前記電動モータを駆動するモータ駆動回路と、を備える電気式動力舵取装置において、前記電動モータの回転方向を検出するモータ回転方向検出手段と、前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、前記モータ回転方向検出手段により検出される前記電動モータの回転方向に基づいて前記電動モータの回転方向が反転したと判断し、かつ、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には、前記制御手段の比例ゲインを減少させるゲイン補正手段と、を備えることを技術的特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明では、モータ回転方向検出手段により検出される電動モータの回転方向に基づいて電動モータの回転方向が反転したと判断し、かつ、モータ電流検出手段により検出されるモータ電流に基づいてモータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には、ゲイン補正手段により制御手段の比例ゲインを減少させる。これにより、電動モータの回転方向が反転し、かつ、電動モータのモータ電流が所定の第１電流閾値以下であるときには、周波数領域に関係なく低下した比例ゲインで操舵アシスト力を発生させる制御信号を生成してモータ駆動回路に出力するので、例えば、動力伝達機構のギヤ等がバックラッシュ領域に入った場合は、通常制御における制御信号よりも低いゲインで電動モータを制御することができる。したがって、バックラッシュ領域に入った状態で保舵していても、バックラッシュによる振動や異音等の発生が抑制されるため、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１２】
また、請求項２の電気式動力舵取装置では、請求項１に記載の電気式動力舵取装置において、前記ゲイン補正手段により前記比例ゲインを減少させた後、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には、減少前の前記比例ゲインに戻るまで前記減少させた前記制御手段の比例ゲインを制御周期ごとに徐々に増加させる比例ゲイン復帰手段を備えることを技術的特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明では、比例ゲイン復帰手段により、モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には、減少前の比例ゲインに戻るまで減少させた制御手段の比例ゲインを制御周期ごとに徐々に増加させる。これにより、例えば、動力伝達機構のギヤ等がバックラッシュ領域から出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときにゲイン補正手段により減少させた比例ゲインを、制御周期ごとに徐々に減少前の比例ゲインに戻すので、急激に比例ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における比例ゲインに復帰させることができる。したがって、通常制御における操舵フィーリングも損なうことなく、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項３の電気式動力舵取装置では、操舵系の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵系に対する操舵アシスト力を発生させる電動モータと、前記電動モータで発生した前記操舵アシスト力を前記操舵系に伝達する動力伝達機構と、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクを前記電動モータのモータ電流指令に変換するアシストマップ手段と、前記モータ電流指令に基いて前記電動モータを駆動するモータ駆動回路と、を備える電気式動力舵取装置において、前記電動モータの回転方向を検出するモータ回転方向検出手段と、前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、前記モータ回転方向検出手段により検出される前記電動モータの回転方向に基づいて前記電動モータの回転方向が反転したと判断し、かつ、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には、前記アシストマップ手段の変換ゲインを減少させるマップ補正手段と、を備えることを技術的特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明では、モータ回転方向検出手段により検出される電動モータの回転方向に基づいて電動モータの回転方向が反転したと判断し、かつ、モータ電流検出手段により検出されるモータ電流に基づいてモータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には、マップ補正手段によりアシストマップ手段の変換ゲインを減少させる。これにより、電動モータの回転方向が反転し、かつ、電動モータのモータ電流が所定の第１電流閾値以下であるときには、周波数領域に関係なく低下した変換ゲインで操舵トルクをモータ電流指令に変換してモータ駆動回路に出力するので、例えば、動力伝達機構のギヤ等がバックラッシュ領域に入った場合は、通常制御におけるモータ電流指令よりも低いゲインで電動モータを制御することができる。したがって、バックラッシュ領域に入った状態で保舵していても、バックラッシュによる振動や異音等の発生が抑制されるため、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１６】
また、請求項４の電気式動力舵取装置では、請求項３において、請求項３に記載の電気式動力舵取装置において、前記マップ補正手段により前記アシストマップ手段の変換ゲインを減少させた後、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には、減少前の前記変換ゲインに戻るまで前記減少させた前記アシストマップ手段の変換ゲインを所定周期ごとに徐々に増加させる変換ゲイン復帰手段を備えることを技術的特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明では、変換ゲイン復帰手段により、モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には、減少前の変換ゲインに戻るまで減少させたアシストマップ手段の変換ゲインを所定周期ごとに徐々に増加させる。これにより、例えば、動力伝達機構のギヤ等がバックラッシュ領域より出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときにマップ補正手段により減少させた変換ゲインを、所定周期ごとに徐々に減少前の変換ゲインに戻すので、急激に変換ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における変換ゲインに復帰させることができる。したがって、通常制御における操舵フィーリングも損なうことなく、操舵フィーリングを向上することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気式動力舵取装置に係る一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。まず本実施形態の電気式動力舵取装置２０のハードウェア構成を図１(A)、(B) を参照して説明する。
図１(A) に示すように、電気式動力舵取装置２０は、主に、ステアリングホイール２１、ステアリング軸２２、ピニオン入力軸２３、ステアリングセンサ２４、減速機２７、ラックアンドピニオン２８、ロッド２９、モータＭ、ＥＣＵ３０、モータ回転角センサ３３等から構成されている。
【００１９】
図１(A) に示すように、ステアリングホイール２１には、ステアリング軸２２の一端側が接続されており、このステアリング軸２２の他端側にはステアリングセンサ２４の入力側が接続されている。またこのステアリングセンサ２４の出力側には、ラックアンドピニオン２８のピニオン入力軸２３の一端側が接続されている。ステアリングセンサ２４は、図略のトーションバーとこのトーションバーを挟むようにトーションバーの両端に取り付けられた２つのレゾルバとからなり、トーションバーの一端側を入力、他端側を出力とする入出力間で生じるトーションバーの捻れ量等を当該２つのレゾルバにより検出することで、ステアリングホイール２１による操舵トルクＴや操舵角θH を検出し得るように構成されている。
【００２０】
ステアリングセンサ２４の出力側に接続されるピニオン入力軸２３の途中には、減速機２７が連結されており、モータＭにから出力されるアシスト力をこの減速機２７を介してピニオン入力軸２３に伝達し得るように構成されている。
【００２１】
即ち、図面には示されていないが、動力伝達機構としての減速機２７は、モータＭの出力軸に取り付けられたモータギヤと減速機２７の減速ギヤとが互いに噛合可能に構成されており、モータＭの出力軸が回転すると所定の減速比で減速機２７の減速ギヤが回転することで、モータＭによる駆動力（アシスト力）をピニオン入力軸２３を伝達可能にしている。モータＭには、モータＭの回転角θM を検出可能なモータ回転方向検出手段としてのモータ回転角センサ３３が取り付けられており、このモータ回転角θM やステアリングセンサ２４による操舵トルクＴ、操舵角θH 等に基づいてＥＣＵ３０によるモータＭの駆動制御が行われている。なお、本実施形態では、このモータギヤとこれに対向する減速ギヤとの間に存在するバックラッシュにより振動や異音等が発生するのを、後述するように、ＥＣＵ３０による制御処理によって抑制している。
【００２２】
一方、このピニオン入力軸２３の他端側には、ラックアンドピニオン２８を構成する図略のラック軸のラック溝に噛合可能なピニオンギヤが形成されている。このラックアンドピニオン２８では、ピニオン入力軸２３の回転運動をラック軸の直線運動に変換可能にしており、またこのラック軸の両端にはロッド２９が連結され、さらにこのロッド２９の端部には図略のナックル等を介して操舵輪ＦＲ、ＦＬが連結されている。これにより、ピニオン入力軸２３が回転すると、ラックアンドピニオン２８、ロッド２９等を介して操舵輪ＦＲ、ＦＬの実舵角θTir を変化させることができるので、ピニオン入力軸２３の回転量および回転方向に従った操舵輪ＦＲ、ＦＬの操舵を可能にしている。なお図示されてないが、ラックアンドピニオン２８には、操舵輪ＦＲ、ＦＬの舵角を検出可能な実舵角センサが設けられており、これにより検出された実舵角信号はセンサ情報としてＥＣＵ３０に入力されている。
【００２３】
ＥＣＵ３０は、図１(B) に示すように、主に、Ａ／Ｄ変換器等の周辺ＬＳＩやメモリ等を備えたＭＰＵ(Micro Processor Unit)、ステアリングセンサ２４やモータ回転角センサ３３等による各種センサ情報（操舵トルク信号、操舵角信号、モータ回転角信号）等を入出力可能な入出力インタフェイスＩ／Ｆ、およびＭＰＵから出力されるモータ電流指令に基づいてＰＷＭ制御によるモータ電流をモータＭに供給可能なモータ駆動回路３５から構成されている。なお、図１(B) に示す符号３７は、モータＭに実際に流れるモータ電流ＩM を検出し得る電流センサ３７であり、この電流センサ３７により検出されたモータ電流ＩM に関するセンサ情報は、モータ電流信号として入出力インタフェイスＩ／Ｆを介してＭＰＵに入力され得るように構成されている。
【００２４】
このように構成することにより、電気式動力舵取装置２０では、ステアリングホイール２１による操舵状態（操舵トルクＴ、操舵角θH ）を操舵トルク検出手段としてのステアリングセンサ２４により検出し、その操舵状態に応じたモータ指令電流を電動モータとしてのモータＭに出力するように制御手段としてのＥＣＵ３０によって制御する。これにより、電気式動力舵取装置２０は、当該操舵状態に応じたアシスト力をモータＭにより発生させて運転者のステアリングホイール２１による操舵をアシスト可能にしている。
【００２５】
ここで、減速機２７によるバックラッシュが、このような電気式動力舵取装置２０による制御に与える影響を図２を参照して説明する。なお図２には、電気式動力舵取装置２０の全体による制御概要を表す制御ブロックが示されている。
【００２６】
図２に示すように、ＥＣＵ３０では、ステアリングセンサ２４により検出された操舵トルクＴとして、ステアリングホイール２１の操舵角θH に対する操舵輪ＦＲ、ＦＬの実舵角θTir の偏差にステアリングセンサ２４のトーションバー捻れ定数ＫT を掛けたものが入力されると、モータ電流指令マップ３０ａを参照して当該操舵トルクＴに応じたモータ電流指令値ＩM^*を得る。なお、このモータ電流指令マップ３０ａは、所定の変換ゲインにより操舵トルクＴをモータ電流指令値ＩM^*に変換している。
【００２７】
そして、このモータ電流指令値ＩM^*対する実際のモータ電流ＩM の偏差を加算器３０ｂにより得て、その偏差を補償器３０ｃに入力する。この補償器３０ｃは、所定の比例ゲインを与えるほか、後述するように、所定の条件が整った場合に当該比例ゲインを減少させる機能を有するものである。この補償器３０ｃは、特許請求の範囲に記載の「ゲイン補正手段」に相当するものである。
【００２８】
補償器３０ｃにより所定の比例ゲインが与えられると、モータ電流指令値ＩM^*は、さらにＰＷＭ３０ｄに入力されてパルス幅変調がかけられて、モータ駆動回路３５を介してモータＭに出力される。なお、モータ駆動回路３５では、モータ回転角速度θM-dot に誘起電圧定数Ｋe （Ｖ／rad／sec）を掛けたものとＰＷＭ３０ｄの出力との差を、モータ駆動電流として出力し、さらにこのモータ駆動電流に１／（Ｒ＋Ｌ・ｓ）を掛けたものが実際のモータ電流ＩM として供給される。ここで、ＲはモータＭの巻線抵抗、ＬはモータＭのインダクタンス、ｓはラプラス演算子を示す。
【００２９】
そして、実際のモータ電流ＩM にモータＭのトルク定数Ｋt （Ｎ・ｍ／Ａ）を掛けたものがモータＭの出力トルクＴm （Ｎ・ｍ）として得られるので、この出力トルクＴm と、ラックアンドピニオン２８のピニオン入力軸回転角θA にピニオン入力軸２３の捻れ定数ＫL を掛けたもの（図２に示す丸Ａ）との差に、モータ慣性ＪM の逆数（１／ＪM ）を掛けることにより、モータ回転加速度θM-dotdotが得られる。これを積分（１／ｓ）することにより前述のモータ回転角速度θM-dot が得られ、さらに積分（１／ｓ）することでモータ回転角θM が得られる。なお、このモータ回転角θM は、モータ回転角センサ３３により検出され得るものである。
【００３０】
モータＭの出力軸によるモータ回転角θM は、減速機２７の減速ギヤによるギヤゲインＧが与えられると、減速機２７によるバックラッシュを経て、ピニオン入力軸２３のピニオン入力軸回転角θA としてラックアンドピニオン２８に入力される。そして、ラックアンドピニオン２８では、ピニオン入力軸回転角θA とピニオン軸の回転角θL と偏差にピニオン軸の捻れ定数ＫL が掛けられた後（図２に示す丸Ａ）、ラック軸から戻されるラック軸の捻れ等による外乱を引き、それにラックの負荷慣性ＪL の逆数（１／ＪL ）を掛けることによって、ピニオン軸の回転加速度θL-dotdotが得られる。これを積分（１／ｓ）することによりピニオン軸の回転角速度θL-dot が得られ、さらに積分（１／ｓ）することでピニオン軸の回転角θL が得られる。
【００３１】
そして、ピニオン・ラック変換によってピニオン軸の回転角θL をラック軸の変換値ＸL に変換した後、ラック軸の移動位置ＸRak と偏差にラック軸のラック定数ＫRak を掛けられたものが、前述のラック軸の捻れ等による外乱として戻される。またこのラック定数ＫRak を掛けられたものは、操舵輪ＦＲ、ＦＬから入力されるタイヤの捻れ外乱を引いた後、ラックの質量ＭRak の逆数（１／ＭRak ）を掛けることによって、ラック軸の移動加速度ＸRak-dotdotが得られる。これを積分（１／ｓ）することによりラック軸の移動速度ＸRak-dot が得られ、さらに積分（１／ｓ）することでラック軸の移動位置ＸRak が得られる。
【００３２】
これにより、このラック軸の移動位置ＸRak はロッド２９等を介して操舵輪ＦＲ、ＦＬに入力されるので、ステアリングホイール２１による操舵角θH に応じた操舵輪ＦＲ、ＦＬの操舵が可能になる。
【００３３】
このような電気式動力舵取装置２０による制御において、減速機２７にバックラッシュがない場合には、運転者により操舵されるステアリングホイール２１によるマニュアル操舵力と、これを補助するモータＭによるアシスト力との和である操舵力がピニオン入力軸２３によるピニオン入力軸回転角θA を発生させ、このピニオン入力軸回転角θA によりピニオン入力軸２３の負荷であるラックアンドピニオン２８を作動させる。このような場合、アシスト力を発生させるモータＭには、ラックアンドピニオン２８を含め全ての負荷慣性がかかるため、その補償分を補償器３０ｃによる比例ゲインで補う制御をＥＣＵ３０では行う。
【００３４】
これに対し、減速機２７にバックラッシュがある場合には、バックラッシュ領域に入ると同時に、それまでモータＭにかかっていたラックアンドピニオン２８を含た負荷を失う（負荷が抜ける）ため、負荷がかかっていた場合と同様の補償を補償器３０ｃにより行っているときには、無負荷に対する補償によりモータＭのモータ回転角θM が激しく増減を繰り返す振動あるいは発振した状態に陥ることとなる。このようなモータＭの振動状態が、バックラッシュ間を移動する空転状態において対向するギヤどうしの歯間衝突を繰り返し招くため、その衝突音が異音となって車室内の乗員に不快音を与えたり、振動による衝撃がステアリング軸２２を介してステアリングホイール２１に振動を与えたりする原因となる。
【００３５】
つまり、図２に示すブロック図において、ＥＣＵ３０の補償器３０ｃによる比例ゲインをＫp 、またモータＭによるモータ慣性ＪM 分とラックアンドピニオン２８によるラック負荷慣性分ＪL とをまとめて表すと１／（ＪM ＋ＪL ）とすることができるので、図２に示す制御ブロック図をこのような観点から要約して表現すると、図３に示すように表すことができる。
【００３６】
そこで、この図３に示す制御ブロックによる制御について、例えばトルク指令Ａが入力された場合の出力ＢのゲインＧは次式(1) により表すことができる。
【００３７】
Ｇ＝Ｂ／Ａ＝Ｋp ／（ＪM ＋ＪL ＋Ｋp ） …(1)
【００３８】
ここで、減速機２７がバックラッシュ領域に入るということは、前述したようにラック負荷慣性分ＪL がゼロ（ＪL ＝０）になることであるから、バックラッシュ領域に入った場合には、上式(1) においてはＧ＝Ｋp ／（ＪM ＋Ｋp ）となり、ゲインＧが急激に増加した場合と等価の状態になる。したがって、減速機２７がバックラッシュ領域に入っている場合には比例ゲインＫp を下げることによって上述したような発振状態による振動の防止が可能になることがわかる。
【００３９】
このようなバックラッシュ領域に入った状態を、モータＭの回転角θM 、角速度ωM の変化に対応したモータ電流ＩM の波形として観測すると、図４(C) に示すように、概ね表すことができる。なお、図４(A) はモータＭの回転角θM 、図４(B) はモータＭの角速度ωM 、図４(C) はモータＭの実電流ＩM の波形を表しているが、この図４(C) の電流波形については、バックラッシュにおける振動状態をわかり易くするため、図４(A) の回転角θM および図４(B) の角速度ωM に比べて時間軸ｔ方向に拡大した誇張表現を採っているので、留意されたい。
【００４０】
図４(A) に示すように、時間ｔ1 においてモータＭの回転角θM が正（＋）方向から負（−）方向に切り替わると、それと同時に減速機２７では対向するギヤどうし（モータギヤと減速ギヤ）がバックラッシュ領域に入るため、ラック負荷慣性ＪL がゼロ（ＪL ＝０）となる一方で、モータＭの角速度ωM はゼロから逆回転（−）方向の増加傾向に移行するため、モータ電流ＩM はバックラッシュ領域を超えてラック負荷慣性分ＪL が増加に転じるまでピーク付近で振動を繰り返す（図４(C) に示す破線楕円α1 内）。また時間ｔ2 においてモータＭの回転角θM が負（−）方向から正（＋）方向に切り替わる場合でも、同様にバックラッシュ領域に入ると振動を繰り返す（図４(C) に示す破線楕円α2 内）。さらに時間ｔ3 においても同様で（図４(C) に示す破線楕円α3 内）、ステアリングホイール２１を保舵することによりモータＭの回転角θM 、角速度ωM がゼロに収束しつつある場合においても（時間ｔ4、ｔ5 ）、バックラッシュ領域に入ると振動を繰り返す（図４(C) に示す破線楕円α4、α5 内）。
【００４１】
これは、ステアリングホイール２１を急激に操舵しても、緩やかに操舵してもさらには保舵状態においても、バックラッシュ領域に入ると、同様に振動が生じることを示している。そのため、前述したような開示技術（特許文献１）によるローパスフィルタでは、時間ｔ3 におけるような緩慢な操舵あるいは時間ｔ4、ｔ5 における保舵時においても異音や衝撃を十分に防止することはできないことを明示している。
【００４２】
なお、このような図４における状態をラックアンドピニオン２８の負荷トルクＴL とモータＭの出力トルクＴm との関係において式表現すると、次式(2)、(3) のように表される。
【００４３】
ＴL ＝Ｋt ×ＩL ＝（ＪM ＋ＪL ）×dωM /dt …(2)
ここで、Ｋt はモータＭのトルク定数、ＩL は負荷電流、dωM /dtはモータＭの回転角加速度を表す。バックラッシュ領域に入ると、負荷慣性ＪL がゼロになるため、式(2) は次式(3) として表現することができる。
【００４４】
（ＪM ＋０）×dωM /dt ＝Ｋt ×ＩM ＝Ｔm …(3)
ここで、ＩM はモータＭのモータ電流、Ｔm はモータＭの出力トルクである。またバックラッシュ領域ではギヤが空転するため、dωM /dt は変化しないとみなせるので、ＩM ＜ＩL の関係を維持する。
【００４５】
以上の考察から、減速機２７がバックラッシュ領域に入った場合には、補償器３０ｃによる所定の比例ゲインを下げることによって、図４(C) のα1 〜α5 に示すようなモータ電流の振動を防止することが可能となる。そのため、本実施形態では図５に示すような比例ゲイン制御をＥＣＵ３０により行っている。
【００４６】
この比例ゲイン制御処理は、ＥＣＵ３０のメモリに記憶された一連の制御プログラムに組み込まれており、制御周期として、例えば５ミリ秒ごとにタイマ割り込み処理等により起動され実行されている。なお図５には、ＥＣＵ３０により実行される電気式動力舵取装置２０の制御処理のうち、当該比例ゲイン制御の部分だけが図示されている。
【００４７】
図５に示すように、比例ゲイン制御では、まずステップＳ１０１によりモータＭの回転方向が反転したか否かを判断する処理が行われる。例えば、モータＭのモータ回転角センサ３３から入力されるモータ回転角θM に基づいてモータ回転角速度θM-dot を求めて回転方向を検出する。
【００４８】
ステップＳ１０１によりモータＭの回転方向が反転したと判断された場合には（Ｓ１０１でＹｅｓ）、続くステップＳ１０３に処理を移行し、モータＭの回転方向が反転したと判断されなかった場合には（Ｓ１０１でＮｏ）、ステップＳ１０７に処理を移行する。なおこのステップＳ１０１によりモータＭの回転方向が反転したと判断された場合（Ｓ１０１でＹｅｓ）は、特許請求の範囲に記載の「モータ回転方向検出手段により検出される前記電動モータの回転方向に基づいて前記電動モータの回転方向が反転したと判断し」に相当する。
【００４９】
ステップＳ１０３では、モータＭのモータ電流ＩM が所定の第１電流閾値以下であるか否かを判断する処理が行われる。例えば、モータＭの電流センサ３７から入力されるモータＭの実電流値を読み込むことでモータ電流ＩM が得られるので、これを予め設定されている所定の第１電流閾値と比較する。
【００５０】
ステップＳ１０３によりモータＭのモータ電流ＩM が所定の第１電流閾値以下である判断された場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、次のステップＳ１０５に処理を移行し、モータＭのモータ電流ＩM が所定の第１電流閾値以下である判断されなかった場合には（Ｓ１０３でＮｏ）、ステップＳ１０７に処理を移行する。なおこのステップＳ１０３によりモータＭのモータ電流ＩM が所定の第１電流閾値以下である判断された場合（Ｓ１０３でＹｅｓ）は、特許請求の範囲に記載の「モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合」に相当する。
【００５１】
ステップＳ１０５では、補償器３０ｃの比例ゲインを所定値に設定する処理が行われる。つまり、ステップＳ１０１によりモータＭの回転方向が反転したと判断され（Ｓ１０１でＹｅｓ）、かつ、ステップＳ１０３によりモータＭのモータ電流ＩM が所定の第１電流閾値以下である判断された場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、前述した所定の条件が整ったとして、補償器３０ｃにより与えられる比例ゲインを所定値まで減少させる処理がこのステップＳ１０５によって行われる。このステップＳ１０５は、特許請求の範囲に記載の「ゲイン補正手段」に相当するものである。
【００５２】
なおここにいう比例ゲインの「所定値」とは、例えば、減速機２７がバックラッシュ領域に入った状態でステアリングホイール２１を保舵していても、図４(C) に示す破線楕円α1 〜α5 内のような発振による振動を抑制し得る程度のゲインをいい、実機による実験データやコンピュータシミュレーションによるデータに基づいて最適な値が設定される。これにより、図２に示す補償器３０ｃの比例ゲイン、つまり図３に示し比例ゲインＫp がこのような所定値まで減少するので、例えば図６(C) に示す破線楕円β1 〜β5 内のように発振を抑え継続した振動の発生を抑制することが可能となる。
【００５３】
ステップＳ１０５により補償器３０ｃが比例ゲインが下げられると、続くステップＳ１０９では、モータＭのモータ電流ＩM が所定の第２電流閾値を超えているか否かを判断する処理が行われ、モータＭのモータ電流ＩM が所定の第２電流閾値を超えるまで（ステップＳ１０９でＹｅｓ）このステップＳ１０９を繰り返し行う。即ち、運転者等により操舵されている場合には、図２を参照して説明したように、操舵角θH の入力により操舵トルクＴが発生するため、モータ電流指令マップ３０ａに基づいて新たなモータ電流指令がＥＣＵ３０から出力される。これによりモータ駆動回路３５を介してモータＭに電流が流れてモータ電流ＩM が増加するため、モータＭの出力軸の回転により減速機２７のバックラッシュ領域から抜け出ることが可能なる。
【００５４】
つまり、このステップＳ１０９では、バックラッシュ領域内からバックラッシュ領域外に抜け出ることができたか否かを判断している。そのため、このステップＳ１０９でモータ電流ＩM が所定の第２電流閾値を超えていると判断された場合には（Ｓ１０９でＹｅｓ）、ステップＳ１１１に処理を移行して、一旦はステップＳ１０５によりゲインを下げた比例ゲインを徐々に元に戻す処理が行われる。なお、このステップＳ１０９によりモータ電流ＩM が所定の第２電流閾値を超えていると判断された場合（Ｓ１０９でＹｅｓ）は、特許請求の範囲に記載の「ゲイン補正手段により前記比例ゲインを減少させた後、前記モータ電流検出手段により検出される前記モータ電流に基づいて前記モータ電流が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合」に相当するものである。
【００５５】
一方、ステップＳ１０７は、ステップＳ１０１またはステップＳ１０３による判断処理によりそれぞれの条件を満たさないと判断された場合に行われる処理で、補償器３０ｃの比例ゲインは初期値に設定されているか否かの判断処理が行われる。即ち、前回、この比例ゲイン制御処理を実行したときにはステップＳ１０５により補償器３０ｃの比例ゲインが所定値まで下げられていたり、次に説明するステップＳ１１１により比例ゲインが上げられている途中であった場合には、引き続きステップＳ１１１を実行する必要があるので、このステップＳ１０７によりその判断を行っている。
【００５６】
ステップＳ１０７により比例ゲインは初期値に設定されていると判断された場合には（Ｓ１０７でＹｅｓ）、ステップＳ１１１による処理は必要ないので、本比例ゲイン制御処理を終了し、次回の割り込み処理による実行に備える。一方、ステップＳ１０７により比例ゲインは初期値に設定されていると判断されない場合には（Ｓ１０７でＮｏ）、ステップＳ１１１に処理を移行して補償器３０ｃの比例ゲインを上げる処理を行う。
【００５７】
ステップＳ１１１では、補償器３０ｃの比例ゲインをワンステップ上げる処理が行われる。ワンステップとは、例えば、比例ゲインを電流比で０．５dB増加させることをいう。このように比例ゲインを徐々に増加させることによって、減速機２７がバックラッシュ領域より出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときにステップＳ１０５により減少させた比例ゲインを、減少前の比例ゲインに戻すので、急激に比例ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における比例ゲインに復帰させることができる。
【００５８】
なお、このステップ１１１は、特許請求の範囲に記載の「減少前の前記比例ゲインに戻るまで前記減少させた前記制御手段の比例ゲインを制御周期ごとに徐々に増加させる比例ゲイン復帰手段」に相当するもので、前述したように、本比例ゲイン制御処理が、例えばタイマ割り込み等により５ミリ周期ごとに実行されることによって当該ステップＳ１１１が毎回実行されてワンステップごとに比例ゲインを増加させるので、「制御手段の比例ゲインを制御周期ごとに徐々に増加させる」ことを可能にしている。
【００５９】
ステップＳ１１１による処理が終了すると、本比例ゲイン制御処理を終了し、次回の割り込み処理による実行に備える。
【００６０】
このように電気式動力舵取装置２０では、図５に示す比例ゲイン制御処理を行うことによって、モータ回転角センサ３３により検出されるモータＭの回転方向に基づいてモータＭの回転方向が反転したと判断し（Ｓ１０１でＹｅｓ）、かつ、電流センサ３７により検出されるモータ電流ＩM に基づいてモータ電流ＩM が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、ステップＳ１０５によりＥＣＵ３０により補償器３０ｃの比例ゲインを減少させる。
【００６１】
これにより、モータＭの回転方向が反転し、かつ、モータＭのモータ電流ＩM が所定の第１電流閾値以下であるときには、周波数領域に関係なく低下した比例ゲインで操舵アシスト力を発生させるモータ電流指令値ＩM^*を生成してモータ駆動回路３５に出力するので、例えば、減速機２７のギヤ等がバックラッシュ領域に入った場合は、バックラッシュ領域外の通常制御におけるモータ電流指令値ＩM^*よりも低いゲインでモータＭを制御することができる。したがって、バックラッシュ領域に入った状態でステアリングホイール２１を保舵していても、バックラッシュによる振動や異音等の発生が抑制されるため（図６(C) に示す時間ｔ4、ｔ5 ）、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上することができる。
【００６２】
また、モータ電流ＩM が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には（Ｓ１０９でＹｅｓ）、ステップＳ１１１により、減少前の比例ゲインに戻るまで減少させた補償器３０ｃの比例ゲインを所定の割込み周期（例えば５ミリ秒）ごとに徐々に増加させる。これにより、例えば、減速機２７のギヤ等がバックラッシュ領域より出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときにステップＳ１０５により減少させた比例ゲインを、当該割込み周期ごとに徐々に減少前の比例ゲインに戻すので、急激に比例ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における比例ゲインに復帰させることができる。したがって、通常制御における操舵フィーリングも損なうことなく、操舵フィーリングを向上することができる。
【００６３】
なお、上述した実施形態では、所定の条件が整った場合（Ｓ１０１でＹｅｓ、かつ、Ｓ１０３でＹｅｓ）、補償器３０ｃによる比例ゲインを減少させたが（Ｓ１０５）、これに限られることはなく、例えば、図５に示すステップＳ１０５による「補償器３０ｃの比例ゲインを所定値まで下げる処理」に代えて「図２に示すモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインを所定値まで減少させる処理」（マップ補正手段）を行っても良い。
【００６４】
即ち、モータ回転角センサ３３により検出されるモータＭの回転方向に基づいてモータＭの回転方向が反転したと判断し（Ｓ１０１でＹｅｓ）、かつ、電流センサ３７により検出されるモータ電流ＩM に基づいてモータ電流ＩM が所定の第１電流閾値以下であると判断した場合には（Ｓ１０３でＹｅｓ）、モータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインが所定値まで下げる処理を行う。これにより、モータＭの回転方向が反転し、かつ、モータＭのモータ電流ＩM が所定の第１電流閾値以下であるときには、周波数領域に関係なく低下した変換ゲインで操舵トルクＴをモータ電流指令値ＩM^*に変換してモータ駆動回路３５に出力するので、例えば、減速機２７のギヤ等がバックラッシュ領域に入った場合は、バックラッシュ領域外の通常制御におけるモータ電流指令値ＩM^*よりも低いゲインでモータＭを制御することができる。したがって、このような制御の場合であっても、バックラッシュ領域に入った状態でステアリングホイール２１を保舵していても、バックラッシュによる振動や異音等の発生が抑制されるため（図６(C) に示す時間ｔ4、ｔ5 ）、操舵状態にかかわらず、操舵フィーリングを向上することができる。
【００６５】
また、このようなモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインを制御する場合には、図５に示すステップＳ１１１による「補償器３０ｃの比例ゲインをワンステップ上げる処理」に代えて「図２に示すモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインをワンステップ上げる処理」（変換ゲイン復帰手段）を行っても良い。
【００６６】
即ち、モータ電流ＩM が所定の第２電流閾値を超えると判断した場合には（Ｓ１０９でＹｅｓ）、モータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインをワンステップ上げる処理を行うにより、減少前の変換ゲインに戻るまで減少させたモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインを所定周期ごとに徐々に増加させる。これにより、例えば、減速機２７のギヤ等がバックラッシュ領域より出た場合は、バックラッシュ領域に入っていたときに減少させたモータ電流指令マップ３０ａの変換ゲインを、当該所定周期ごとに徐々に減少前の変換ゲインに戻すので、急激に変換ゲインを増加させた場合に発生し得る異音や振動を防止しつつ、通常制御時における変換ゲインに復帰させることができる。したがって、通常制御における操舵フィーリングも損なうことなく、操舵フィーリングを向上することができる。
【００６７】
なお、以上説明した実施形態等では、「操舵アシスト力を操舵系に伝達する動力伝達機構」の一例として、図１および図２に示す減速機２７で生じるバックラッシュを挙げて説明したが、本発明はこれに限られることはなく、例えば、図１に示すラックアンドピニオン２８を構成するピニオンギヤとラックとの間で発生するバックラッシュについても上述した例と同様に適用することができる。
【００６８】
即ち、ラックアンドピニオン２８のピニオンギヤとラックとの間で発生するバックラッシュは、図２に示す制御ブロックでは、ラックアンドピニオン２８のラック軸のラック定数ＫRak とその後段の加算器との間に表すことができるので、このよなラックアンドピニオン２８におけるバックラッシュについても上述した減速機２７のバックラッシュと同様に対処することができる。これにより、前述同様の作用・効果を得ることができる（図６(C) に示す時間ｔ4、ｔ5 ）。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(A) は、本発明の一実施形態に係る電気式動力舵取装置の構成概要を示す説明図で、図１(B) は、図１(A) に示すＥＣＵ等の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る電気式動力舵取装置の全体による制御概要を表す制御ブロック図である。
【図３】図２に示すブロック図の一部を要約した構成を示すブロックである。
【図４】ステアリングホイールを左右に操舵してから保舵した場合におけるモータに関する波形図で、図４(A) はモータの回転角θM を示す波形、図４(B) はモータの角速度ωM を示す波形、図４(C) は、モータの実電流ＩM を示す波形で、従来の制御によるものである。
【図５】本実施形態に係る比例ゲイン制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】ステアリングホイールを左右に操舵してから保舵した場合におけるモータに関する波形図で、図６(A) はモータの回転角θM を示す波形、図６(B) はモータの角速度ωM を示す波形、図６(C) は、モータの実電流ＩM を示す波形で、本実施形態に係る比例ゲイン制御処理された場合のものである。
【符号の説明】
２０電気式動力舵取装置
２１ステアリングホイール
２２ステアリング軸
２３ピニオン入力軸
２４ステアリングセンサ（操舵トルク検出手段）
２７減速機（動力伝達機構）
２８ラックアンドピニオン
２９ロッド
３０ＥＣＵ（制御手段、ゲイン補正手段、比例ゲイン復帰手段、マップ補正手段、変換ゲイン復帰手段）
３３モータ回転角センサ（モータ回転方向検出手段）
３５モータ駆動回路
３７電流センサ（モータ電流検出手段）
Ｍモータ（電動モータ）
ＦＲ、ＦＬ操舵輪
Ｔ操舵トルク
θH 操舵角
θTir 実舵角
θM モータの回転角
ωM モータの角速度
ＩM モータの実電流
ＩM^* モータ電流指令値（制御信号、モータ電流指令）
Ｓ１０５（ゲイン補正手段）、Ｓ１１１（比例ゲイン復帰手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus that transmits a steering assist force generated by an electric motor to a steering system via a power transmission mechanism.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a general electric power steering apparatus, a steering torque obtained from an input shaft connected to a steering wheel is detected by a steering torque detection means (a torque sensor or the like), and an auxiliary steering force corresponding to the steering torque is detected. Control for assisting steering by the driver by generating (assist force) in the electric motor is performed in the control device (for example, Patent Document 1 below; Paragraph Nos. 0009 to 0024, FIGS. 1 and 2). And in such a control apparatus, the electric current command value is calculated | required by proportional integral control or proportional integral differential control by a microcomputer etc., and the said electric motor controlled by PWM is controlled (patent document 1; paragraph number 0018, 0065, FIGS. 5, 9).
[0003]
However, according to a general electric power steering apparatus as disclosed in Patent Document 1 below, the assist force by the electric motor is transmitted to the output shaft via a reduction mechanism such as a reduction gear, for example, and the steering wheel. The power transmission mechanism is configured to assist the steering force generated by the motor. For this reason, when the rotation direction of the electric motor is switched, vibration or abnormal noise due to oscillation is generated due to backlash generated between the gear attached to the electric motor and the reduction gear opposed to the gear. The conventional electric power steering apparatus has a problem of causing deterioration of the above.
[0004]
Therefore, in the disclosed technique according to Patent Document 1, the rotation state detection unit that detects the rotation state of the electric motor and the idle rotation in which the gear of the power transmission mechanism moves between the backlashes based on the rotation state detection value of the rotation state detection unit. And a correction unit that corrects the control signal when it is detected that the power transmission mechanism is idle between the backlashes, the control signal is corrected by the correction unit and the electric motor is loosened. By driving, the above-mentioned problems are being solved (Patent Document 1; paragraph numbers 0007, 0008, 0102).
[0005]
Here, in the disclosed technique according to Patent Document 1, “the control signal is corrected when it is detected that the gear of the power transmission mechanism is in the idling state in which the gear of the power transmission mechanism moves between the backlashes based on the rotation state detection value of the rotation state detection unit. As a specific example of “correction means”, low-pass filter processing is cited. While the predetermined condition is satisfied, the motor current command value is set by low-pass filter processing, and when the electric motor is reversed, the motor current command value is suppressed and set to drive the electric motor gently. Even if the gear moves between the backlashes of the reduction gear because the rotation direction of the electric motor is switched by this low-pass filter process, the gears do not collide with each other vigorously, and noise and Patent Document 1 describes that no impact or the like occurs (Patent Document 1; paragraph numbers 0034, 0052, 0060, 0067, 0070, 0081, 0084, 0086, 0089, FIGS. 5, 7, 9, 11). 12).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-8-175406 (2nd to 13th pages, FIGS. 1 to 13)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the disclosed technique disclosed in Patent Document 1, although a low-pass filter process is disclosed as a specific example of “a correction unit that corrects a control signal based on a rotation state detection value of a rotation state detection unit”, the correction unit The other specific examples are not clearly shown or suggested in Patent Document 1. Then, according to the low-pass filter process that is the correction means, the harmonics of the motor current command value are filtered for the reverse steering of the steering wheel at the time of sudden steering. It is thought that it is possible to prevent the occurrence of abnormal noise or impact.
[0008]
However, the phenomenon that the gear of the power transmission mechanism idles between backlashes is not limited to sudden steering by the steering wheel, but also when the steering wheel is moved slowly to the left and right during neutral linear steering. May spin idle between backlashes. Therefore, in such a case where the gear enters the region where the gear rotates idly between backlashes (hereinafter referred to as “backlash region”) during such gentle steering, the motor current command value may be subjected to low-pass filtering. The resulting filter effect is low or no filter effect. That is, when the frequency component lower than the frequency region that can be removed by the low-pass filter process is included, the technique disclosed in Patent Document 1 cannot cope with the problem. Therefore, in the disclosed technology, there remains a problem that it is not possible to sufficiently prevent the generation of abnormal noise or impact depending on the steering state.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus capable of improving the steering feeling regardless of the steering state. .
[0010]
[Means for solving the problems and functions and effects of the invention]
In order to achieve the above object, in the electric power steering apparatus according to claim 1, a steering torque detecting means for detecting a steering torque of a steering system, an electric motor for generating a steering assist force for the steering system, and the electric motor A power transmission mechanism for transmitting the steering assist force generated in step S3 to the steering system, and a control for outputting to the electric motor a control signal for generating the steering assist force based on the steering torque detected by the steering torque detection means And a motor drive circuit that drives the electric motor based on the control signal output from the control means. In the electric power steering apparatus, the motor rotation direction detection detects the rotation direction of the electric motor. Means, motor current detection means for detecting a motor current flowing in the electric motor, and motor rotation direction detection means. It is determined that the rotation direction of the electric motor is reversed based on the rotation direction of the electric motor, and the motor current is equal to or less than a predetermined first current threshold value based on the motor current detected by the motor current detection means. In the case where it is determined that the gain is, the technical feature is that it comprises a gain correction means for reducing the proportional gain of the control means.
[0011]
According to the first aspect of the present invention, it is determined that the rotation direction of the electric motor has been reversed based on the rotation direction of the electric motor detected by the motor rotation direction detection means, and based on the motor current detected by the motor current detection means. When it is determined that the motor current is equal to or less than the predetermined first current threshold, the proportional gain of the control means is decreased by the gain correction means. As a result, when the rotation direction of the electric motor is reversed and the motor current of the electric motor is equal to or less than the predetermined first current threshold value, a control signal for generating the steering assist force with the reduced proportional gain regardless of the frequency domain is generated. For example, when the gear of the power transmission mechanism enters the backlash region, the electric motor can be controlled with a gain lower than the control signal in the normal control. Therefore, even if the steering wheel is kept in the state where it enters the backlash region, the occurrence of vibration, abnormal noise, etc. due to the backlash is suppressed, so that the steering feeling can be improved regardless of the steering state.
[0012]
Further, in the electric power steering apparatus according to claim 2, in the electric power steering apparatus according to claim 1, the proportional gain is decreased by the gain correction means, and then detected by the motor current detection means. When it is determined that the motor current exceeds a predetermined second current threshold value based on the motor current, the reduced proportional gain of the control means is returned for each control cycle until the proportional gain before the decrease returns. It is a technical feature that a proportional gain return means for gradually increasing is provided.
[0013]
In the invention of claim 2, when it is determined by the proportional gain return means that the motor current exceeds the predetermined second current threshold value, the proportional gain of the control means reduced until the proportional gain before the decrease is returned to the control cycle. Increase gradually each time. Thereby, for example, when the gear of the power transmission mechanism comes out of the backlash region, the proportional gain decreased by the gain correction means when entering the backlash region is gradually reduced before the control cycle. Since the proportional gain is restored, it is possible to return to the proportional gain during normal control while preventing abnormal noise and vibration that may occur when the proportional gain is suddenly increased. Therefore, the steering feeling can be improved without impairing the steering feeling in the normal control.
[0014]
In order to achieve the above object, in the electric power steering apparatus according to claim 3, a steering torque detecting means for detecting a steering torque of a steering system, an electric motor for generating a steering assist force for the steering system, and the electric motor A power transmission mechanism that transmits the steering assist force generated in step S1 to the steering system, an assist map unit that converts the steering torque detected by the steering torque detection unit into a motor current command of the electric motor, and the motor current command An electric power steering apparatus comprising: a motor drive circuit that drives the electric motor based on: a motor rotation direction detection unit that detects a rotation direction of the electric motor; and a motor current that flows through the electric motor. Based on the motor current detection means and the rotation direction of the electric motor detected by the motor rotation direction detection means, When it is determined that the rotation direction of the dynamic motor has been reversed and the motor current is determined to be less than or equal to a predetermined first current threshold based on the motor current detected by the motor current detection means, A technical feature is that it comprises map correction means for reducing the conversion gain of the assist map means.
[0015]
In the invention of claim 3, it is determined that the rotation direction of the electric motor has been reversed based on the rotation direction of the electric motor detected by the motor rotation direction detection means, and based on the motor current detected by the motor current detection means. If it is determined that the motor current is equal to or less than the predetermined first current threshold, the map correction means reduces the conversion gain of the assist map means. As a result, when the rotation direction of the electric motor is reversed and the motor current of the electric motor is equal to or less than the predetermined first current threshold value, the steering torque is converted into a motor current command with a reduced conversion gain regardless of the frequency domain. For example, when the gear of the power transmission mechanism enters the backlash region, the electric motor can be controlled with a gain lower than the motor current command in the normal control. Therefore, even if the steering wheel is kept in the state where it enters the backlash region, the occurrence of vibration, abnormal noise, etc. due to the backlash is suppressed, so that the steering feeling can be improved regardless of the steering state.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, in the electric power steering apparatus according to the third aspect, after the map correction means reduces the conversion gain of the assist map means in the electric power steering apparatus according to the third aspect. When the motor current is determined to exceed the predetermined second current threshold based on the motor current detected by the motor current detecting means, the assist is decreased until the conversion gain before the decrease is restored. A technical feature is that it comprises conversion gain return means for gradually increasing the conversion gain of the map means at predetermined intervals.
[0017]
In the invention of claim 4, when it is determined by the conversion gain return means that the motor current exceeds the predetermined second current threshold, the conversion gain of the assist map means reduced until the conversion gain before the reduction returns to the predetermined value. Gradually increase with each cycle. Thereby, for example, when the gear of the power transmission mechanism comes out of the backlash region, the conversion gain decreased by the map correction means when entering the backlash region is gradually reduced before every decrease in a predetermined period. Since the conversion gain is restored, it is possible to return to the conversion gain during normal control while preventing abnormal noise and vibration that may occur when the conversion gain is suddenly increased. Therefore, the steering feeling can be improved without impairing the steering feeling in the normal control.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the electric power steering apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the hardware configuration of the electric power steering apparatus 20 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (A) and 1 (B).
As shown in FIG. 1A, the electric power steering apparatus 20 mainly includes a steering wheel 21, a steering shaft 22, a pinion input shaft 23, a steering sensor 24, a speed reducer 27, a rack and pinion 28, and a rod 29. , Motor M, ECU 30, motor rotation angle sensor 33, and the like.
[0019]
As shown in FIG. 1A, one end side of a steering shaft 22 is connected to the steering wheel 21, and the input side of a steering sensor 24 is connected to the other end side of the steering shaft 22. Further, one end side of the pinion input shaft 23 of the rack and pinion 28 is connected to the output side of the steering sensor 24. The steering sensor 24 includes a torsion bar (not shown) and two resolvers attached to both ends of the torsion bar so as to sandwich the torsion bar. The input / output receives one end of the torsion bar and outputs the other end. By detecting the torsion amount of the torsion bar between the two resolvers, the steering torque T and the steering angle θH by the steering wheel 21 can be detected.
[0020]
A reduction gear 27 is coupled to the pinion input shaft 23 connected to the output side of the steering sensor 24, and assist force output from the motor M is applied to the pinion input shaft 23 via the reduction gear 27. It is configured to be able to communicate.
[0021]
That is, although not shown in the drawing, the speed reducer 27 as a power transmission mechanism is configured such that the motor gear attached to the output shaft of the motor M and the speed reduction gear of the speed reducer 27 can mesh with each other. When the output shaft of M rotates, the reduction gear of the reducer 27 rotates at a predetermined reduction ratio, so that the driving force (assist force) by the motor M can be transmitted to the pinion input shaft 23. A motor rotation angle sensor 33 as a motor rotation direction detecting means capable of detecting the rotation angle θM of the motor M is attached to the motor M. The motor rotation angle θM, the steering torque T and the steering angle θH by the steering sensor 24 are attached. Based on the above, drive control of the motor M by the ECU 30 is performed. In the present embodiment, the occurrence of vibration, abnormal noise, or the like due to backlash existing between the motor gear and the speed reduction gear facing the motor gear is suppressed by a control process by the ECU 30 as will be described later. .
[0022]
On the other hand, on the other end side of the pinion input shaft 23, a pinion gear that can be engaged with a rack groove of a rack shaft (not shown) constituting the rack and pinion 28 is formed. In this rack and pinion 28, the rotational motion of the pinion input shaft 23 can be converted into the linear motion of the rack shaft, and rods 29 are connected to both ends of the rack shaft. Steering wheels FR and FL are connected via a knuckle (not shown). As a result, when the pinion input shaft 23 rotates, the actual steering angle θTir of the steered wheels FR and FL can be changed via the rack and pinion 28, the rod 29, and the like, so that the rotation amount and the rotation direction of the pinion input shaft 23 can be changed. The steering wheels FR and FL can be steered according to the above. Although not shown, the rack and pinion 28 is provided with an actual steering angle sensor capable of detecting the steering angle of the steered wheels FR and FL, and the actual steering angle signal detected thereby is detected by the ECU 30 as sensor information. Has been entered.
[0023]
As shown in FIG. 1 (B), the ECU 30 mainly includes various MPUs (Micro Processor Units) including peripheral LSIs such as A / D converters, memories, etc., a steering sensor 24, a motor rotation angle sensor 33, and the like. Input / output interface I / F that can input and output sensor information (steering torque signal, steering angle signal, motor rotation angle signal) and the like, and motor current by PWM control based on motor current command output from MPU It is comprised from the motor drive circuit 35 which can be supplied to. A reference numeral 37 shown in FIG. 1B is a current sensor 37 that can detect a motor current IM that actually flows through the motor M. Sensor information relating to the motor current IM detected by the current sensor 37 includes motor current IM. A signal can be input to the MPU via the input / output interface I / F.
[0024]
With this configuration, the electric power steering apparatus 20 detects the steering state (steering torque T, steering angle θH) by the steering wheel 21 by the steering sensor 24 as the steering torque detecting means, and changes to the steering state. Control is performed by the ECU 30 as control means so as to output a corresponding motor command current to the motor M as an electric motor. Thereby, the electric power steering apparatus 20 can assist the driver with steering by the steering wheel 21 by generating an assist force according to the steering state by the motor M.
[0025]
Here, the influence of the backlash by the speed reducer 27 on the control by the electric power steering apparatus 20 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a control block that represents an outline of control by the entire electric power steering apparatus 20.
[0026]
As shown in FIG. 2, in the ECU 30, the torsion bar twist of the steering sensor 24 is converted into a deviation of the actual steering angle θTir of the steered wheels FR and FL with respect to the steering angle θH of the steering wheel 21 as the steering torque T detected by the steering sensor 24. When the product multiplied by the constant KT is input, the motor current command value IM corresponding to the steering torque T is referred to the motor current command map 30a. ^* Get. The motor current command map 30a has a steering torque T converted to a motor current command value IM by a predetermined conversion gain. ^* Has been converted.
[0027]
And this motor current command value IM ^* The deviation of the actual motor current IM is obtained by the adder 30b, and the deviation is input to the compensator 30c. In addition to providing a predetermined proportional gain, the compensator 30c has a function of decreasing the proportional gain when a predetermined condition is satisfied, as will be described later. The compensator 30c corresponds to “gain correction means” recited in the claims.
[0028]
When a predetermined proportional gain is given by the compensator 30c, the motor current command value IM ^* Is further input to the PWM 30 d, subjected to pulse width modulation, and output to the motor M via the motor drive circuit 35. The motor drive circuit 35 outputs the difference between the product of the motor rotation angular velocity θM-dot multiplied by the induced voltage constant Ke (V / rad / sec) and the output of the PWM 30d as a motor drive current. The current multiplied by 1 / (R + L · s) is supplied as the actual motor current IM. Here, R is a winding resistance of the motor M, L is an inductance of the motor M, and s is a Laplace operator.
[0029]
The actual motor current IM multiplied by the torque constant Kt (N · m / A) of the motor M is obtained as the output torque Tm (N · m) of the motor M. By multiplying the difference between the pinion input shaft rotation angle θA of the pinion 28 and the twist constant KL of the pinion input shaft 23 (circle A shown in FIG. 2) by the reciprocal (1 / JM) of the motor inertia JM, Motor rotational acceleration θM-dotdot is obtained. By integrating (1 / s) this, the aforementioned motor rotational angular velocity θM-dot is obtained, and by further integrating (1 / s), the motor rotational angle θM is obtained. The motor rotation angle θM can be detected by the motor rotation angle sensor 33.
[0030]
The motor rotation angle θM by the output shaft of the motor M is given the rack gain and pinion as the pinion input shaft rotation angle θA of the pinion input shaft 23 through the backlash by the reduction device 27 when the gear gain G by the reduction gear of the reduction device 27 is given. 28. In the rack and pinion 28, the pinion input shaft rotation angle θA, the pinion shaft rotation angle θL, and the deviation are multiplied by the pinion shaft twist constant KL (circle A shown in FIG. 2), and then the rack is returned from the rack shaft. The rotational acceleration θL-dotdot of the pinion shaft can be obtained by subtracting the disturbance due to the twist of the shaft and multiplying it by the reciprocal (1 / JL) of the load inertia JL of the rack. By integrating (1 / s) this, the rotational angular velocity θL-dot of the pinion shaft is obtained, and by further integrating (1 / s), the rotational angle θL of the pinion shaft is obtained.
[0031]
Then, after converting the rotation angle θL of the pinion shaft to the conversion value XL of the rack shaft by pinion rack conversion, the rack shaft moving position XRak and the deviation are multiplied by the rack constant KRak of the rack shaft. It is returned as a disturbance due to twisting of the shaft. Also, the rack constant KRak multiplied is obtained by subtracting the tire torsional disturbance inputted from the steered wheels FR and FL, and then multiplying by the reciprocal (1 / MRak) of the rack mass MRak to move the rack shaft. An acceleration XRak-dotdot is obtained. By integrating (1 / s) this, the rack axis moving speed XRak-dot is obtained, and by further integrating (1 / s), the rack axis moving position XRak is obtained.
[0032]
As a result, the rack shaft movement position XRak is input to the steering wheels FR and FL via the rod 29 and the like, so that the steering wheels FR and FL can be steered according to the steering angle θH by the steering wheel 21.
[0033]
In the control by the electric power steering apparatus 20 as described above, when the speed reducer 27 has no backlash, the manual steering force by the steering wheel 21 steered by the driver and the assist force by the motor M assisting the steering wheel 21 are provided. Is generated by the pinion input shaft 23, and the rack and pinion 28, which is the load on the pinion input shaft 23, is operated by the pinion input shaft rotation angle θA. In such a case, since the motor M that generates the assist force is subjected to all load inertia including the rack and pinion 28, the ECU 30 performs control to compensate for the compensation by the proportional gain by the compensator 30c.
[0034]
On the other hand, when the reduction gear 27 has a backlash, the load including the rack and pinion 28 that has been applied to the motor M is lost (the load is released) at the same time as entering the backlash region. When the compensator 30c performs the same compensation as in the case where the motor is applied, the motor rotation angle θM of the motor M is vibrated or oscillated repeatedly increasing and decreasing due to compensation for no load. Such a vibration state of the motor M repeatedly causes a tooth-to-tooth collision between the gears facing each other in the idling state moving between the backlashes, so that the collision sound becomes an abnormal noise and gives an unpleasant sound to the passengers in the passenger compartment. Or an impact caused by vibration may cause the steering wheel 21 to vibrate via the steering shaft 22.
[0035]
That is, in the block diagram shown in FIG. 2, the proportional gain by the compensator 30c of the ECU 30 is represented by Kp, and the motor inertia JM by the motor M and the rack load inertia JL by the rack and pinion 28 are collectively expressed as 1 / (JM + JL), the control block diagram shown in FIG. 2 can be expressed as shown in FIG. 3 in summary from this point of view.
[0036]
Therefore, for the control by the control block shown in FIG. 3, for example, the gain G of the output B when the torque command A is input can be expressed by the following equation (1).
[0037]
G = B / A = Kp / (JM + JL + Kp) (1)
[0038]
Here, the reduction gear 27 entering the backlash region means that the rack load inertia JL becomes zero (JL = 0) as described above. In equation (1), G = Kp / (JM + Kp), which is equivalent to the case where the gain G increases rapidly. Therefore, it can be seen that when the speed reducer 27 is in the backlash region, the vibration due to the oscillation state as described above can be prevented by decreasing the proportional gain Kp.
[0039]
When the state of entering the backlash region is observed as a waveform of the motor current IM corresponding to the change in the rotation angle θM and the angular velocity ωM of the motor M, it can be roughly expressed as shown in FIG. . 4A shows the rotation angle θM of the motor M, FIG. 4B shows the angular velocity ωM of the motor M, and FIG. 4C shows the waveform of the actual current IM of the motor M. For the current waveform in (C), an exaggerated expression expanded in the time axis t direction compared to the rotation angle θM in FIG. 4 (A) and the angular velocity ωM in FIG. Because it is adopted, please be careful.
[0040]
As shown in FIG. 4A, when the rotation angle θM of the motor M is switched from the positive (+) direction to the negative (−) direction at time t1, at the same time, the gear 27 (motor gear and reduction gear) are opposed to each other in the reduction gear 27. ) Enters the backlash region, the rack load inertia JL becomes zero (JL = 0), while the angular velocity ωM of the motor M shifts from zero to the increasing tendency in the reverse rotation (−) direction. Repeats the vibration near the peak until the rack load inertia JL starts to increase beyond the backlash region (inside the broken line ellipse α1 shown in FIG. 4 (C)). Even when the rotation angle θM of the motor M switches from the negative (−) direction to the positive (+) direction at time t2, the vibration repeats when entering the backlash region (inside the broken line ellipse α2 shown in FIG. 4 (C)). ). The same applies to the time t3 (within the broken line ellipse α3 shown in FIG. 4C), and even when the rotation angle θM and the angular velocity ωM of the motor M are converging to zero by holding the steering wheel 21 ( At times t4 and t5), when the backlash region is entered, the vibration repeats (within the dashed ellipses α4 and α5 shown in FIG. 4C).
[0041]
This indicates that vibration occurs similarly when the steering wheel 21 is steered suddenly, gently steered, or even in the steered state, when entering the backlash region. Therefore, the low-pass filter based on the disclosed technique (Patent Document 1) as described above cannot sufficiently prevent abnormal noise and impact even during slow steering at time t3 or steering at times t4 and t5. Is specified.
[0042]
4 is expressed by the following equations (2) and (3) when expressed in terms of the relationship between the load torque TL of the rack and pinion 28 and the output torque Tm of the motor M.
[0043]
TL = Kt × IL = (JM + JL) × dωM / dt (2)
Here, Kt is the torque constant of the motor M, IL is the load current, and dωM / dt is the rotational angular acceleration of the motor M. When the backlash region is entered, the load inertia JL becomes zero, so Equation (2) can be expressed as the following Equation (3).
[0044]
(JM + 0) × dωM / dt = Kt × IM = Tm (3)
Here, IM is a motor current of the motor M, and Tm is an output torque of the motor M. In addition, since the gear idles in the backlash region, dωM / dt can be regarded as not changing, so the relationship IM <IL is maintained.
[0045]
From the above consideration, when the speed reducer 27 enters the backlash region, the motor current oscillations as shown by α1 to α5 in FIG. 4C are reduced by lowering the predetermined proportional gain by the compensator 30c. It becomes possible to prevent. Therefore, in this embodiment, proportional gain control as shown in FIG.
[0046]
This proportional gain control process is incorporated in a series of control programs stored in the memory of the ECU 30, and is activated and executed by a timer interrupt process or the like as a control cycle, for example, every 5 milliseconds. FIG. 5 shows only the proportional gain control portion of the control process of the electric power steering apparatus 20 executed by the ECU 30.
[0047]
As shown in FIG. 5, in the proportional gain control, first, in step S101, a process for determining whether or not the rotation direction of the motor M is reversed is performed. For example, the motor rotation angle velocity θM-dot is obtained based on the motor rotation angle θM input from the motor rotation angle sensor 33 of the motor M, and the rotation direction is detected.
[0048]
If it is determined in step S101 that the rotation direction of the motor M has been reversed (Yes in S101), the process proceeds to the subsequent step S103, and if it is not determined that the rotation direction of the motor M has been reversed ( The process proceeds to step S107. If it is determined in step S101 that the rotation direction of the motor M has been reversed (Yes in S101), the "based on the rotation direction of the electric motor detected by the motor rotation direction detection means" described in the claims. It is determined that the rotation direction of the electric motor is reversed.
[0049]
In step S103, a process for determining whether or not the motor current IM of the motor M is equal to or less than a predetermined first current threshold value is performed. For example, since the motor current IM is obtained by reading the actual current value of the motor M input from the current sensor 37 of the motor M, it is compared with a predetermined first current threshold value set in advance.
[0050]
If it is determined in step S103 that the motor current IM of the motor M is equal to or smaller than the predetermined first current threshold value (Yes in S103), the process proceeds to the next step S105, where the motor current IM of the motor M is equal to the predetermined current current threshold. If it is not determined to be equal to or less than the first current threshold value (No in S103), the process proceeds to step S107. If it is determined in step S103 that the motor current IM of the motor M is equal to or less than a predetermined first current threshold value (Yes in S103), “the motor detected by the motor current detecting means” is described in the claims. This corresponds to “when it is determined that the motor current is equal to or less than a predetermined first current threshold value based on the current”.
[0051]
In step S105, processing for setting the proportional gain of the compensator 30c to a predetermined value is performed. That is, if it is determined in step S101 that the rotation direction of the motor M has been reversed (Yes in S101), and if it is determined in step S103 that the motor current IM of the motor M is equal to or less than a predetermined first current threshold value ( If the predetermined condition described above is satisfied, the process of reducing the proportional gain provided by the compensator 30c to a predetermined value is performed in this step S105. This step S105 corresponds to “gain correction means” described in the claims.
[0052]
Here, the “predetermined value” of the proportional gain is, for example, even if the steering wheel 21 is held in a state where the speed reducer 27 is in the backlash region, the broken line ellipse α1 to α1 to FIG. This is a gain that can suppress vibration caused by oscillation such as α5, and an optimum value is set based on experimental data from actual machines and data from computer simulations. As a result, the proportional gain of the compensator 30c shown in FIG. 2, that is, the proportional gain Kp shown in FIG. 3, is reduced to such a predetermined value. For example, as shown in broken line ellipses .beta.1 to .beta.5 shown in FIG. Oscillation is suppressed and generation of continuous vibration can be suppressed.
[0053]
When the proportional gain of the compensator 30c is reduced in step S105, in the subsequent step S109, it is determined whether or not the motor current IM of the motor M exceeds a predetermined second current threshold value. This step S109 is repeated until the current IM exceeds a predetermined second current threshold value (Yes in step S109). That is, when the vehicle is being steered by a driver or the like, as described with reference to FIG. 2, since the steering torque T is generated by the input of the steering angle θH, a new motor is generated based on the motor current command map 30a. A current command is output from the ECU 30. As a result, a current flows through the motor M via the motor drive circuit 35 and the motor current IM increases, so that it is possible to escape from the backlash region of the speed reducer 27 by the rotation of the output shaft of the motor M.
[0054]
That is, in this step S109, it is determined whether or not it has been possible to get out of the backlash area from the backlash area. Therefore, if it is determined in step S109 that the motor current IM exceeds the predetermined second current threshold value (Yes in S109), the process proceeds to step S111, and the gain is once lowered in step S105. A process of gradually returning the proportional gain is performed. If it is determined in step S109 that the motor current IM exceeds the predetermined second current threshold value (Yes in S109), the “gain correction means reduces the proportional gain” described in the claims. Then, based on the motor current detected by the motor current detection means, it corresponds to “when it is determined that the motor current exceeds a predetermined second current threshold value”.
[0055]
On the other hand, step S107 is a process performed when it is determined that the respective conditions are not satisfied by the determination process in step S101 or step S103, and it is determined whether or not the proportional gain of the compensator 30c is set to an initial value. Processing is performed. That is, when this proportional gain control process was executed last time, the proportional gain of the compensator 30c was lowered to a predetermined value in step S105, or the proportional gain was being increased in step S111 described below. Therefore, since it is necessary to continue to execute step S111, this determination is made at step S107.
[0056]
If it is determined in step S107 that the proportional gain is set to the initial value (Yes in S107), the process in step S111 is not necessary, so this proportional gain control process is terminated and executed by the next interrupt process. Prepare for. On the other hand, if it is not determined in step S107 that the proportional gain is set to the initial value (No in S107), the process proceeds to step S111 to perform a process of increasing the proportional gain of the compensator 30c.
[0057]
In step S111, a process of increasing the proportional gain of the compensator 30c by one step is performed. One step means increasing the proportional gain by 0.5 dB in current ratio, for example. By gradually increasing the proportional gain in this manner, when the speed reducer 27 goes out of the backlash region, the proportional gain decreased in step S105 when entering the backlash region is changed to the proportional gain before the decrease. Therefore, it is possible to return to the proportional gain during normal control while preventing abnormal noise and vibration that may occur when the proportional gain is suddenly increased.
[0058]
This step 111 corresponds to “proportional gain return means for gradually increasing the reduced proportional gain of the control means until returning to the proportional gain before reduction” in the claims. Therefore, as described above, the proportional gain control process is executed every 5 millimeters by, for example, a timer interrupt, so that the step S111 is executed every time to increase the proportional gain for each step. It is possible to “increase the proportional gain of the control means gradually every control cycle”.
[0059]
When the processing in step S111 ends, the proportional gain control processing ends, and prepares for execution by the next interrupt processing.
[0060]
Thus, in the electric power steering apparatus 20, the rotation direction of the motor M is reversed based on the rotation direction of the motor M detected by the motor rotation angle sensor 33 by performing the proportional gain control process shown in FIG. (Yes in S101), and if it is determined that the motor current IM is equal to or smaller than the predetermined first current threshold based on the motor current IM detected by the current sensor 37 (Yes in S103), step In S105, the proportional gain of the compensator 30c is decreased by the ECU 30.
[0061]
Thereby, when the rotation direction of the motor M is reversed and the motor current IM of the motor M is equal to or less than the predetermined first current threshold value, the motor current that generates the steering assist force with the reduced proportional gain regardless of the frequency domain. Command value IM ^* Is generated and output to the motor drive circuit 35. For example, when the gear of the speed reducer 27 enters the backlash region, the motor current command value IM in the normal control outside the backlash region is generated. ^* The motor M can be controlled with a lower gain. Therefore, even if the steering wheel 21 is held in the state of entering the backlash region, the occurrence of vibration, abnormal noise, etc. due to the backlash is suppressed (time t4, t5 shown in FIG. 6C). The steering feeling can be improved regardless of the steering state.
[0062]
If it is determined that the motor current IM exceeds the predetermined second current threshold value (Yes in S109), the proportional gain of the compensator 30c that has been decreased until the proportional gain before the decrease is returned in step S111. It is gradually increased every interrupt cycle (for example, 5 milliseconds). Thereby, for example, when the gear of the speed reducer 27 comes out of the backlash area, the proportional gain decreased in step S105 when it has entered the backlash area is gradually reduced before the decrease for each interrupt cycle. Since the proportional gain is restored, it is possible to return to the proportional gain during normal control while preventing abnormal noise and vibration that may occur when the proportional gain is suddenly increased. Therefore, the steering feeling can be improved without impairing the steering feeling in the normal control.
[0063]
In the above-described embodiment, when a predetermined condition is satisfied (Yes in S101 and Yes in S103), the proportional gain by the compensator 30c is reduced (S105), but the present invention is not limited to this. For example, instead of “the process of reducing the proportional gain of the compensator 30c to a predetermined value” in step S105 shown in FIG. 5, “the process of reducing the conversion gain of the motor current command map 30a shown in FIG. 2 to a predetermined value” (map correction) Means) may be performed.
[0064]
That is, it is determined that the rotation direction of the motor M is reversed based on the rotation direction of the motor M detected by the motor rotation angle sensor 33 (Yes in S101), and based on the motor current IM detected by the current sensor 37. When it is determined that the motor current IM is equal to or smaller than the predetermined first current threshold value (Yes in S103), a process of reducing the conversion gain of the motor current command map 30a to a predetermined value is performed. As a result, when the rotation direction of the motor M is reversed and the motor current IM of the motor M is equal to or less than the predetermined first current threshold value, the steering torque T is set to the motor current command value with the reduced conversion gain regardless of the frequency domain. IM ^* For example, when the gear of the speed reducer 27 enters the backlash region, the motor current command value IM in the normal control outside the backlash region is output. ^* The motor M can be controlled with a lower gain. Therefore, even in the case of such control, even if the steering wheel 21 is steered while entering the backlash region, the occurrence of vibration, abnormal noise, etc. due to backlash is suppressed (FIG. 6). Steering feeling can be improved regardless of the steering state at times t4 and t5) shown in FIG.
[0065]
Further, when controlling the conversion gain of the motor current command map 30a, the “motor current shown in FIG. 2” is substituted for “the process of increasing the proportional gain of the compensator 30c by one step” in step S111 shown in FIG. The process of increasing the conversion gain of the command map 30a by one step (conversion gain return means) may be performed.
[0066]
That is, when it is determined that the motor current IM exceeds the predetermined second current threshold value (Yes in S109), the conversion gain of the motor current command map 30a is increased by one step to return to the conversion gain before the decrease. The conversion gain of the motor current command map 30a that has been reduced to is gradually increased every predetermined period. Thereby, for example, when the gear of the speed reducer 27 comes out of the backlash region, the conversion gain of the motor current command map 30a decreased when entering the backlash region is gradually increased for each predetermined period. Since the conversion gain before the decrease is restored, it is possible to return to the conversion gain at the time of normal control while preventing abnormal noise and vibration that may occur when the conversion gain is suddenly increased. Therefore, the steering feeling can be improved without impairing the steering feeling in the normal control.
[0067]
In the above-described embodiment and the like, the backlash generated in the speed reducer 27 shown in FIGS. 1 and 2 has been described as an example of the “power transmission mechanism that transmits the steering assist force to the steering system”. The invention is not limited to this. For example, the backlash generated between the pinion gear and the rack constituting the rack and pinion 28 shown in FIG. 1 can be applied in the same manner as in the above-described example.
[0068]
That is, the backlash generated between the pinion gear of the rack and pinion 28 and the rack is expressed between the rack constant KRak of the rack shaft of the rack and pinion 28 and the adder at the subsequent stage in the control block shown in FIG. Therefore, the backlash in the rack and pinion 28 can be dealt with similarly to the backlash of the reduction gear 27 described above. As a result, the same operation and effect as described above can be obtained (time t4, t5 shown in FIG. 6C).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (A) is an explanatory diagram showing an outline of the configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (B) is an ECU etc. shown in FIG. 1 (A). It is a block diagram which shows the electrical structure of.
FIG. 2 is a control block diagram showing an outline of control by the entire electric power steering apparatus according to the present embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration that summarizes a part of the block diagram shown in FIG. 2;
4A and 4B are waveform diagrams relating to the motor when the steering wheel is steered left and right, and FIG. 4A shows a waveform indicating the rotation angle θM of the motor, and FIG. 4B shows the angular velocity ωM of the motor. The waveform shown in FIG. 4C is a waveform showing the actual current IM of the motor, which is obtained by conventional control.
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of proportional gain control processing according to the present embodiment.
6A and 6B are waveform diagrams relating to the motor when the steering wheel is steered left and right, and FIG. 6A shows a waveform indicating the rotation angle θM of the motor, and FIG. 6B shows the angular velocity ωM of the motor. A waveform shown in FIG. 6C is a waveform showing the actual current IM of the motor, and is obtained when the proportional gain control processing according to the present embodiment is performed.
[Explanation of symbols]
20 Electric power steering device
21 Steering wheel
22 Steering shaft
23 Pinion input shaft
24 Steering sensor (steering torque detection means)
27 Reducer (Power transmission mechanism)
28 rack and pinion
29 Rod
30 ECU (control means, gain correction means, proportional gain return means, map correction means, conversion gain return means)
33 Motor rotation angle sensor (motor rotation direction detection means)
35 Motor drive circuit
37 Current sensor (Motor current detection means)
M motor (electric motor)
FR, FL Steering wheel
T Steering torque
θH Steering angle
θTir Actual steering angle
θM Motor rotation angle
Angular speed of ωM motor
IM motor actual current
IM ^* Motor current command value (control signal, motor current command)
S105 (gain correction means), S111 (proportional gain return means)

Claims

Steering torque detection means for detecting steering torque of the steering system; an electric motor for generating a steering assist force for the steering system; a power transmission mechanism for transmitting the steering assist force generated by the electric motor to the steering system; Control means for outputting to the electric motor a control signal for generating the steering assist force based on the steering torque detected by the steering torque detecting means; and the electric motor based on the control signal output from the control means. An electric power steering apparatus comprising:
Motor rotation direction detection means for detecting the rotation direction of the electric motor;
Motor current detecting means for detecting a motor current flowing in the electric motor;
It is determined that the rotation direction of the electric motor is reversed based on the rotation direction of the electric motor detected by the motor rotation direction detection unit, and the motor current is detected based on the motor current detected by the motor current detection unit. An electric power steering apparatus comprising: gain correction means for reducing the proportional gain of the control means when it is determined that the motor current is equal to or less than a predetermined first current threshold value.

In the electric power steering apparatus according to claim 1,
After the proportional gain is reduced by the gain correction means, if it is determined that the motor current exceeds a predetermined second current threshold based on the motor current detected by the motor current detection means, An electric power steering apparatus, comprising: proportional gain return means for gradually increasing the reduced proportional gain of the control means for each control period until returning to the proportional gain.

Steering torque detection means for detecting steering torque of the steering system; an electric motor for generating a steering assist force for the steering system; a power transmission mechanism for transmitting the steering assist force generated by the electric motor to the steering system; Electric power comprising: assist map means for converting the steering torque detected by the steering torque detection means into a motor current command for the electric motor; and a motor drive circuit for driving the electric motor based on the motor current command. In the steering device,
Motor rotation direction detection means for detecting the rotation direction of the electric motor;
Motor current detecting means for detecting a motor current flowing in the electric motor;
It is determined that the rotation direction of the electric motor is reversed based on the rotation direction of the electric motor detected by the motor rotation direction detection unit, and the motor current is detected based on the motor current detected by the motor current detection unit. Map correction means for reducing the conversion gain of the assist map means when it is determined that the motor current is equal to or less than a predetermined first current threshold;
An electric power steering apparatus comprising:

In the electric power steering apparatus according to claim 3,
When it is determined that the motor current exceeds a predetermined second current threshold based on the motor current detected by the motor current detection means after the conversion gain of the assist map means is decreased by the map correction means. Is provided with conversion gain return means for gradually increasing the reduced conversion gain of the assist map means until it returns to the conversion gain before reduction, every predetermined period.