JP4300691B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータにより操舵をアシスト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】
電気式動力舵取装置として、ステアリングホイールが固定された入力軸に、操舵トルクを検出するトルクセンサを取り付け、トルクセンサで検出した操舵トルクに応じたアシストトルクを電動モータにより発生させ、減速機を介して操舵力を軽減するものが一般的に知られている。係る電気式動力舵取装置においては、アシストトルクを発生させる際にのみにモータを付勢すればよいため、常に油圧ポンプを駆動する必要がある油圧式舵取装置に対して、エネルギー消費が少ないという利点がある。一方、電気式動力舵取装置では、モータ及び減速機を介して操舵をアシストするため、モータ及び減速機分だけ摩擦及び慣性量が油圧式動力舵取装置よりも大きく、この摩擦及び慣性感により運転者に違和感を与えることになる。具体的には、低速において摩擦により路面の反力による舵の戻りが遅く、反対に、中高速では一旦戻り始めると慣性により戻りが早くなる。更に、摩擦により切り始めに舵が重く感じ、一旦切り始めると、慣性により舵がどんどん切れて行く感覚を運転者に与えることになる。
【0003】
電気式動力舵取装置では、上述した低速における舵の戻りが遅いのを補償するため、低速時のハンドルの戻り量を増大させるハンドル戻し補償を行い、上述した中高速における舵の戻りが早いのを補償するため、中高速時のハンドルの戻り量を減少させるダンパ補償を行い、更に、上述した切り始めに舵が重く、一旦切り始めると、舵がどんどん切れて行く慣性感を軽減するためのトルク慣性補償を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したハンドル戻し補償、ダンパ補償、トルク慣性補償を行っても、電気式動力舵取装置においては、温度により操舵感が変わってしまうという課題が残った。
本発明者が、温度による操舵感の変化の原因を調べたところ、低温時には、減速機を構成する各部品の熱膨張率差からクーロン摩擦抵抗が高まり、また、減速機内のグリスの粘性抵抗が増大し、かかる減速機の低温時と、常温時との抵抗の違いから、操舵感が変化していることが判明した。
【0005】
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、温度に関わらず一様な操舵感を実現できる電気式動力舵取装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、上記目的を達成するため、検出した温度に応じてゲインを調整するためのアシスト用温度マップを備え、操舵状態を検出し、操舵状態に応じてモータを駆動して操舵方向へアシストするアシスト制御部と、
ハンドルまたはモータの角速度を検出し、角速度に応じて中高速時のハンドルの戻り量を調整するダンパ制御部とを備える電気式動力舵取装置において、
前記ダンパ制御部が、検出した温度に応じてゲインを調整するためのダンパ用温度マップを備え、低温を示す所定値以下が検出されたことをもって減速機内の粘性抵抗が増大していると判断した際に、温度ゲインを下げることを技術的特徴とする。
【0009】
請求項1では、ダンパ制御部が、低温時に逆方向への温度ゲインを下げる。このため、低温において、減速機の摩擦抵抗が高いときにも、常温と同じ操舵感を実現できる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の負荷制御装置の実施形態に係る電気式動力舵取装置について図を参照して説明する。
図1は第1実施態様の電気式動力舵取装置10の構成を示すブロック図である。電気式動力舵取装置10は、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ22と、トルクセンサ22からの操舵トルク及び車速センサ24からの車速に基づきモータ指令トルク(操舵アシスト量)を演算する制御装置30と、モータ指令トルクに応じた電流指令値を求めてモータMへの通電を制御するモータ駆動回路26とを備える。
【0016】
トルクセンサ22は、車両の操舵ステアリング14に連結された入力軸12に配設されている。モータMの出力は、減速機16により減速され、前輪を操舵するためのラック・ピニオンギア18に伝達される。減速機16には、温度センサ28が取り付けられ、温度センサ28からの測定温度が制御装置30へ入力されるようになっている。
【0017】
制御装置30及びモータ駆動回路26の制御系について、図2のブロック図に示す。トルクセンサ22からの出力(操舵トルク:電圧値)は、A/D変換32を介してデジタル値に変換され、トルク演算34にてトルク値が演算される。演算されたトルク値は、ローパスフィルタ36にてノイズが除去され、加算ノード38を介してアシスト制御60へ入力される。一方、車速センサ24からの車速(パルス信号)は、I/F40を介して車速演算42に入力され、演算された車速がアシスト制御60へ入力される。同様に、温度センサ28の温度値がアシスト制御60へ入力される。一方、ローパスフィルタ36からの出力は、微分44を介して、位相補償46にて位相補償され、加算ノード38を介してアシスト制御60へ入力される。該位相補償46は、操舵トルク値を微分44にて微分することで位相を進め、操舵アシストの遅れを補償する。即ち、検出値に基づき指令値を演算すると、演算完了までに一定の時間がかかり、この一定時間が、検出値に対する指令値の遅れとなって、現在の検出値に基づいて指令値を求めると、操舵アシストを適正に制御し得ない。このため、該位相補償46が操舵トルクの位相を進める。
【0018】
アシスト制御60の内容を図3(B)に示す。加算ノード38からの操舵トルクに応じて、アシストマップ62により、指令トルク値が決定される。即ち、操舵トルクが大きいときには、高い指令トルク値が決定され、操舵トルクが小さいときには、低い指令トルク値が決定され、乗算ノード68側へ出力される。また、第1実施形態の電気式動力舵取装置においては、操舵トルクが所定値よりも小さいときには、該操舵トルクに応じたモータ制御を行わないようにする「不感帯」を設けてある。即ち、不感帯を設けることで、中、高速走行時のステアリング中立付近での剛性感を高め、操舵フィーリングを高めている。操舵トルクTsよりも小さな操舵トルクのときは、指令トルクが0として出力される。また、所定の操舵トルクTmよりも大きいときには、最大値として一定の指令トルク値(モータの最大出力)が出力される。
【0019】
車速センサ24からの車速値は、車速ゲインマップ64により車速に応じた重み付けが行われる。車速に応じて車速ゲインマップを検索することで、例えば、車速0km/hの際には“1”を出力し、100km/hの際には“0.2”を出力する。これにより、操舵アシスト量を車速に応じて重み付けを行うことでステアリングを操作する際、低速時に操舵を軽く、反対に、高速時に操舵を重くしている。車速ゲインマップ64からの車速重み付け値が乗算ノード68側へ出力され、上述した指令トルクが車速に応じて補正される。
【0020】
温度センサ28からの温度値は、温度ゲインマップ66により温度に応じた重み付けが行われる。温度に応じて該温度ゲインマップ66を検索することで、例えば、温度−10℃の際には、1.0が出力され、10℃の際には0.7が出力される。これにより、低温で上述した減速機16を構成する各部品の熱膨張率差からクーロン摩擦抵抗が高まり、また、減速機16内のグリスの粘性抵抗が増大し、抵抗が大きくなっている時には、高い重み付け値を出力することで、指令トルク値を高め、低温時の常温時とで、操舵感が異ならないようにする。この温度ゲインマップ66からの温度重み付け値が、乗算ノード69側へ出力され、上記車速により補正された指令トルク値が、温度に応じて補正される。
【0021】
図2に示すように、アシスト制御60からの指令トルク値は、加算ノード48を介して電流指令リミッタ50に加えられる。電流指令リミッタ50では、モータMの最大出力を越える指令トルク値が制限される。
【0022】
電流指令リミッタ50からの指令トルク値は、減算ノード52を介してPI制御100に加えられる。PI制御100の内容を図5に示す。PI制御100では、指令トルク値にGpゲインが加えられ、加算ノード102に印加され、また、指令トルク値が微分されGiゲインが加えられ、加算ノード102へ印加される。一方、上記減算ノード52へは、ローパスフィルタ112及びA/D変換114を介してモータMの電流が印加される。PI制御100では、A/D変換114を介して入力された実モータ電流が、指令トルク値(指令電流値)となるようにPIフィードバック制御が行われる。
【0023】
PI制御100からの指令トルク値は、モータ駆動回路26へ印加される。モータ駆動回路26のPWM演算27は、指令トルク値に応じた出力をモータMに発生させるようにトランジスタTr1、Tr2、Tr3,Tr4のベースに電流を印加し、PWM制御を行う。
【0024】
モータU相の電位は、ローパスフィルタ122及びA/D変換124を介して差動アンプ136の非反転入力に加えられる。モータV相の電位は、ローパスフィルタ132及びA/D変換134を介して差動アンプ136の反転入力に加えられる。差動アンプ136からモータ端子間電圧が出力され、減算ノード54へ印加される。上述したA/D変換114を介して入力されたモータ電流が、(LS+R)138で乗算されてモータ起電力として減算ノード54へ印加され、減算ノード54からモータの逆起電力が出力される。ここで、乗算される(LS+R)中のLSは、モータインダクタンスの微分値を、Rは、モータの抵抗分を示している。
【0025】
減算ノード54からの逆起電力は、アンプ56にて逆起電力定数Keが除算され、モータの角速度が求められ、更に、アンプ58にて減速機16の減速比が除算されて、ハンドルの角速度として、ハンドル戻し補償制御80及びダンパ補償制御90へ印加される。ここでは、ハンドルの角速度を演算により推測しているが、舵角センサにより角速度を検出することも可能である。
【0026】
ハンドル戻し補償制御80は、低速において路面の反力による舵の戻りがモータMと減速機16の摩擦抵抗により遅くなる電気式動力舵取装置の特性を補償するための制御を行う。ハンドル戻し補償制御80の内容を図4(A)に示す。ハンドルの角速度に応じて、ハンドル戻しマップ82により、ハンドル戻し量が決定される。即ち、ハンドルの角速度が大きいときには、大きなハンドルの戻り量が決定され、角速度が小さいときには、小さなハンドルの戻り量が決定され、乗算ノード88側へ出力される。第1実施形態の電気式動力舵取装置のハンドル戻しマップ82においては、上述したアシストマップ62と同様に、角速度が所定値よりも小さいときには、角速度に応じたモータ制御を行わないようにする「不感帯」を設けてある。また、また、所定の角速度よりも大きいときには、最大値として一定のハンドルの戻り量が出力される。
【0027】
車速センサ24からの車速値は、車速ゲインマップ84により車速に応じた重み付けが行われる。車速に応じて車速ゲインマップを検索することで、例えば、車速0km/hの際には“1”を出力し、40km/hの際には“0.2”を出力する。これにより、低速においてハンドル戻し量を大きくし、中高速では戻り量を小さくしている。車速ゲインマップ84からの車速重み付け値が乗算ノード88側へ出力され、上述したハンドルの戻り量が車速に応じて補正される。
【0028】
温度センサ28からの温度値は、温度ゲインマップ86により温度に応じた重み付けが行われる。温度に応じて該温度ゲインマップ86を検索することで、例えば、温度−10℃の際には、1.0が出力され、10℃の際には0.7が出力される。これにより、低温で上述した減速機16を構成する各部品の熱膨張率差からクーロン摩擦抵抗が高まり、また、減速機16内のグリスの粘性抵抗が増大し、抵抗が大きくなっている時には、高い重み付け値を出力することで、低温時と常温時とで、操舵感が異ならないようにする。この温度ゲインマップ86からの温度重み付け値が、乗算ノード89側へ出力され、上記車速により補正されたハンドルの戻り量が、温度に応じて補正され、図2に示す加算ノード48へ印加され、アシスト制御60からの指令トルク値を補償する。
なお、ハンドル戻し制御回路80は、ハンドルの角速度に代えて、モータMの角速度に応じてハンドル戻し量を決定するようにしてもよい。
【0029】
一方、図2に示すダンパ補償制御90は、中高速で路面の反力による舵の戻りが早くなるのを補償する。これは一旦舵が戻り始めると、モータMと減速機16の慣性により舵が戻りすぎるのを防止するためである。ダンパ補償制御90の内容を図4(B)に示す。ハンドルの角速度に応じて、ダンパマップ92により、ダンパ量が決定される。即ち、ハンドルの角速度が大きいときには、ハンドルの回転方向とは逆方向への大きなダンパ量(小さなハンドル戻り量)が決定され、角速度が小さいときには、小さなダンパ量(大きなハンドル戻り量)が決定され、乗算ノード98側へ出力される。ダンパマップ92は、上述したアシストマップ62と同様に、角速度が所定値よりも小さいときには、角速度に応じたモータ制御を行わないようにする「不感帯」を設けてある。また、また、所定の角速度よりも大きいときには、最大値として一定のダンパ量が出力される。
【0030】
車速センサ24からの車速値は、車速ゲインマップ94により車速に応じた重み付けが行われる。車速に応じて車速ゲインマップを検索することで、例えば、車速0km/hの際には“0”を出力し、40km/hの際には“0.6”を出力する。これにより、高速においてダンパ量を大きくし、低速ではダンパ量を小さくしている。車速ゲインマップ94からの車速重み付け値が乗算ノード98側へ出力され、上述したハンドルの戻り量が車速に応じて補正される。
【0031】
温度センサ28からの温度値は、温度ゲインマップ96により温度に応じた重み付けが行われる。温度に応じて該温度ゲインマップ96を検索することで、例えば、温度−10℃の際には、0が出力され、10℃の際には0.7が出力される。これにより、低温で上述した減速機16を構成する各部品の熱膨張率差からクーロン摩擦抵抗が高まり、また、減速機16内のグリスの粘性抵抗が増大し、抵抗が大きくなっている時には、低い重み付け値を出力することで、低温時と常温時とで、操舵感が異ならないようにする。この温度ゲインマップ96からの温度重み付け値が、乗算ノード99側へ出力され、上記車速により補正されたダンパ量が、温度に応じて補正され、図2に示す加算ノード48へ印加され、アシスト制御60からの指令トルク値を補償する。
なお、ダンパ補償制御90はハンドルの角速度に代えて、モータMの角速度に応じてダンパ量を決定するようにしてもよい。
【0032】
図2に示すように、操舵トルクの微分値、車速及び温度値は、トルク慣性補償制御70に入力される。トルク慣性補償制御70は、切り始めに舵が重く、一旦切り始めると、舵がどんどん切れて行く慣性感を軽減する。トルク慣性補償制御70の内容を図3(A)に示す。微分44で微分された操舵トルクに応じて、慣性補償マップ72により慣性補償量が決定される。即ち、操舵トルク微分値が大きいときには、高い慣性補償量が決定され、操舵トルクが小さいときには、低い慣性補償量が決定され、乗算ノード78側へ出力される。
【0033】
車速センサ24からの車速値は、補間係数マップ74により車速に対応する重み付けが行われる。例えば、車速0km/hの際には“0.7”を出力し、40km/hの際には“1.0”を出力し、70km/hの際には“0.6”を出力する。これにより、慣性補償量を低速で小さく、中速で大きく、高速で小さくしている。補間計数マップ74からの重み付け値が乗算ノード78側へ出力され、上述した慣性補償量が車速に応じて補正される。
【0034】
温度センサ28からの温度値は、温度ゲインマップ76により温度に応じた重み付けが行われる。例えば、温度−10℃の際には、1.0が出力され、10℃の際には0.7が出力される。これにより、低温で減速機16の抵抗が大きくなっている時には、高い重み付け値を出力することで、低温時と常温時とで、操舵感が異ならないようにする。この温度ゲインマップ76からの温度重み付け値が、乗算ノード79側へ出力され、上記車速により補正された慣性補償量が、温度に応じて補正され、図2に示す加算ノード48へ印加され、アシスト制御60からの指令トルク値を補償する。
【0035】
以上記述したように、本実施形態の電気式動力舵取装置においては、アシスト制御60、トルク慣性補償制御70、ハンドルの戻し補償制御80、ダンパ補償制御90において、温度ゲインマップを備え、温度に応じて補正を行っているため、低温で減速機16の抵抗が大きくなっている時に、温度補正を行うことで、低温時と常温時とで同じ操舵感を実現できる。
【0036】
また、本実施形態では、温度センサ28が、減速機16に取り付けられているため、減速機16に起因する摩擦抵抗の増大を正確に検出し、補償することができ、減速機16が常温となったときと同じ操舵感を実現できる。
なお、本実施形態では、操舵状態として操舵トルクを検出し、この操舵トルクに応じてアシスト制御するようにしたが、操舵トルクに代えて操舵角や操舵角速度などに応じてアシスト制御するようにしてもよい。また、本実施形態では、温度を検出するのに減速機16に取り付けられた温度センサにより行っていたが、所定の計算式から推定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施態様に係る電気式動力舵取装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の第1実施態様に係る電気式動力舵取装置の制御系を示すブロック図である。
【図3】図3(A)は、図2中のトルク慣性補償制御のブロック図であり、図3(B)は、アシスト制御のブロック図である。
【図4】図4(A)は、図2中のハンドル戻し補償制御のブロック図であり、図4(B)は、ダンパ補償制御のブロック図である。
【図5】図2中のトルク慣性補償制御のブロック図である。
【符号の説明】
10 電気式動力舵取装置
22 トルクセンサ
24 車速センサ
26 モータ駆動回路
28 温度センサ
30 制御装置
60 アシスト制御
70 トルク慣性補償制御
80 ハンドル戻し補償制御
90 ダンパ補償制御[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus that assists steering by a motor.
[0002]
[Prior art]
As an electric power steering device, a torque sensor that detects steering torque is attached to an input shaft to which a steering wheel is fixed, and an assist torque corresponding to the steering torque detected by the torque sensor is generated by an electric motor. It is generally known that the steering force is reduced via this. In such an electric power steering apparatus, since it is only necessary to energize the motor only when generating the assist torque, energy consumption is less than that of the hydraulic steering apparatus that always needs to drive the hydraulic pump. There is an advantage. On the other hand, in the electric power steering device, since the steering is assisted through the motor and the speed reducer, the friction and the inertia amount are larger than the hydraulic power steering device by the amount of the motor and the speed reducer. This will make the driver feel uncomfortable. Specifically, at a low speed, the rudder returns slowly due to the reaction force of the road surface due to friction. On the other hand, at a medium to high speed, once it starts to return, the return is accelerated due to inertia. Further, the rudder feels heavy at the beginning of cutting due to friction, and once it starts to turn, it gives the driver a feeling that the rudder is continually being cut off due to inertia.
[0003]
In the electric power steering device, in order to compensate for the slow return of the rudder at the low speed described above, the steering return compensation that increases the return amount of the steering wheel at the low speed is performed, and the return of the rudder at the above medium speed is fast. In order to compensate for this, damper compensation is performed to reduce the amount of return of the steering wheel at medium and high speeds.In addition, the rudder is heavy at the start of turning as described above. Torque inertia compensation is performed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, even when the above-described steering wheel return compensation, damper compensation, and torque inertia compensation are performed, the problem remains that the steering feeling changes depending on the temperature in the electric power steering apparatus.
The inventor investigated the cause of the change in steering feeling due to temperature. At low temperatures, the Coulomb frictional resistance increased due to the difference in thermal expansion coefficient of each component constituting the speed reducer, and the viscosity resistance of grease in the speed reducer It has been found that the steering feeling has changed due to the difference in resistance between the reduction gear at low temperature and normal temperature.
[0005]
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 realizing a uniform steering feeling regardless of temperature.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of
In an electric power steering apparatus including a damper control unit that detects an angular velocity of a handle or a motor and adjusts a return amount of the handle at a middle or high speed according to the angular velocity,
The damper control unit is provided with a damper for temperature map for adjusting the gain according to the detected temperature, below a predetermined value indicating a low temperature is determined with the viscosity resistance of the reduction gear with that detected has increased In this case, a technical feature is to lower the temperature gain.
[0009]
According to
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an electric power steering apparatus according to an embodiment of a load control apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electric
[0016]
The
[0017]
The control system of the
[0018]
The contents of the
[0019]
The vehicle speed value from the
[0020]
The temperature value from the
[0021]
As shown in FIG. 2, the command torque value from the
[0022]
The command torque value from the
[0023]
The command torque value from the
[0024]
The motor U-phase potential is applied to the non-inverting input of the differential amplifier 136 via the low-pass filter 122 and the A / D converter 124. The motor V-phase potential is applied to the inverting input of the differential amplifier 136 via the low-
[0025]
The counter electromotive force from the subtraction node 54 is divided by the amplifier 56 with the counter electromotive force constant Ke to obtain the angular velocity of the motor, and the amplifier 58 is further divided with the reduction ratio of the
[0026]
The steering wheel
[0027]
The vehicle speed value from the
[0028]
The temperature value from the
The handle
[0029]
On the other hand, the
[0030]
The vehicle speed value from the
[0031]
The temperature value from the
The
[0032]
As shown in FIG. 2, the differential value, vehicle speed, and temperature value of the steering torque are input to the torque inertia compensation control 70. The torque inertia compensation control 70 reduces the feeling of inertia that the rudder is severed at the start of turning and once the rudder is turned off. The contents of the torque inertia compensation control 70 are shown in FIG. The inertia compensation amount is determined by the inertia compensation map 72 according to the steering torque differentiated by the differentiation 44. That is, when the steering torque differential value is large, a high inertia compensation amount is determined, and when the steering torque is small, a low inertia compensation amount is determined and output to the
[0033]
The vehicle speed value from the
[0034]
The temperature value from the
[0035]
As described above, in the electric power steering apparatus of the present embodiment, the
[0036]
In the present embodiment, since the
In this embodiment, the steering torque is detected as the steering state, and the assist control is performed according to the steering torque. However, the assist control is performed according to the steering angle or the steering angular velocity instead of the steering torque. Also good. Further, in this embodiment, the temperature is detected by the temperature sensor attached to the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electric power steering apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the electric power steering apparatus according to the first embodiment of the present invention.
3A is a block diagram of torque inertia compensation control in FIG. 2, and FIG. 3B is a block diagram of assist control.
4A is a block diagram of steering wheel return compensation control in FIG. 2, and FIG. 4B is a block diagram of damper compensation control.
FIG. 5 is a block diagram of torque inertia compensation control in FIG. 2;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
ハンドルまたはモータの角速度を検出し、角速度に応じて中高速時のハンドルの戻り量を調整するダンパ制御部とを備える電気式動力舵取装置において、
前記ダンパ制御部が、検出した温度に応じてゲインを調整するためのダンパ用温度マップを備え、低温を示す所定値以下が検出されたことをもって減速機内の粘性抵抗が増大していると判断した際に、温度ゲインを下げることを特徴とする電気式動力舵取装置。An assist control unit that includes an assist temperature map for adjusting the gain according to the detected temperature, detects the steering state, and drives the motor according to the steering state to assist in the steering direction;
In an electric power steering apparatus including a damper control unit that detects an angular velocity of a handle or a motor and adjusts a return amount of the handle at a middle or high speed according to the angular velocity,
The damper control unit is provided with a damper for temperature map for adjusting the gain according to the detected temperature, below a predetermined value indicating a low temperature is determined with the viscosity resistance of the reduction gear with that detected has increased In this case, the electric power steering apparatus is characterized in that the temperature gain is lowered.
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