JP4326883B2 - Control device for electric power steering device - Google Patents

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本発明は電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサの出力値が異常であっても正しく制御できる電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an electric power steering device, and more particularly to a control device for an electric power steering device that can correctly control the output value of a torque sensor that detects the steering torque of a steering wheel even if the output value is abnormal.

自動車のステアリング装置をモータの回転力で操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与するようになっている。このような電動パワーステアリング装置の簡単な構成を図9に示し、説明する。操向ハンドル101の軸102は減速ギア103、ユニバーサルジョイント104a及び104b、ピニオンラック機構105を経て操向車輪のタイロッド106に結合されている。軸102には,操向ハンドル101の操舵トルクを検出するトルクセンサ107が設けられており、操向ハンドル101の操舵力を補助するモータ108が減速ギア103を介して軸102に連結されている。そして電動パワーステアリング装置のモータ制御はトルクセンサ107の検出したトルク値や図示しない車速センサから検出された車速、或いはホールセンサ110などで検出したモータの回転角度などを入力値としてコントロールユニット109で制御される。コントロールユニット109は主としてCPUで内部においてプログラムでモータ制御が実行される。   An electric power steering device that applies a steering assist force to a steering device of an automobile by the rotational force of a motor is a steering assist force applied to a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reducer. Is supposed to be granted. A simple configuration of such an electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. A shaft 102 of the steering handle 101 is connected to a tie rod 106 of a steering wheel via a reduction gear 103, universal joints 104a and 104b, and a pinion rack mechanism 105. The shaft 102 is provided with a torque sensor 107 that detects the steering torque of the steering handle 101, and a motor 108 that assists the steering force of the steering handle 101 is connected to the shaft 102 via the reduction gear 103. . The motor control of the electric power steering apparatus is controlled by the control unit 109 using the torque value detected by the torque sensor 107, the vehicle speed detected from a vehicle speed sensor (not shown), the rotation angle of the motor detected by the hall sensor 110, etc. as input values. Is done. The control unit 109 is mainly a CPU, and motor control is executed by a program inside.

このような構成の電動パワーステアリング装置のモータ108を制御するモータの制御ブロック図の一例を図10に示す。図10において、トルクセンサ107で検出されたトルク値を入力して電流指令値算出部120で電流指令値Irefを算出し、モータ電流の検出値との差を減算部121で算出し、電流制御部122でデュティー比を決定し、モータ駆動部123はデュティー比に従ったPWM制御を実行してモータ108を駆動する。   FIG. 10 shows an example of a motor control block diagram for controlling the motor 108 of the electric power steering apparatus having such a configuration. In FIG. 10, a torque value detected by the torque sensor 107 is input, a current command value calculation unit 120 calculates a current command value Iref, a difference from the detected motor current value is calculated by a subtraction unit 121, and current control is performed. The duty ratio is determined by the unit 122, and the motor driving unit 123 drives the motor 108 by executing PWM control according to the duty ratio.

このような電動パワーステアリング装置では、トルクセンサ107の検出したトルク値が正しく検出されることを前提として電動パワーステアリング装置の制御が実行されている。しかし、実際にはトルクセンサ107にも故障が発生し、異常なトルクの検出値が入力されたときに、ハンドル操作に対して異常な動作を引起こすおそれがあるので、従来より種々の対策が施されてきた。   In such an electric power steering apparatus, control of the electric power steering apparatus is executed on the assumption that the torque value detected by the torque sensor 107 is correctly detected. However, in actuality, when the torque sensor 107 also fails and an abnormal torque detection value is input, there is a risk of causing an abnormal operation with respect to the handle operation. Has been applied.

例えば、特許文献1においては、図11のような制御方式を採用してトルクセンサの出力したトルク値の異常に対応している。トルクセンサの出力したトルク値が異常になったとき、一定時間(tA)異常が継続すると、トルク値に基く電流制御演算の出力値である補助操舵力指令値を遮断してしまう。異常がさらに長く一定時間(tB)継続するとモータ駆動の電源を遮断するという制御方式である。このような制御方式において、トルクセンサが地絡故障を発生し、トルクセンサの出力であるトルク値が零になったような場合のトルク値とモータ電流の関係を図12に示す。この制御方式の場合、判定時間tAの間、異常になったトルクセンサの出力値を基に計算するのでモータの発生するトルクも異常となり、ハンドルが運転手の意図としない動きをしてしまう。さらに、異常が判定時間(tB)以上継続するとモータ電源を遮断するため、ハンドルに大きなトルクを加えていた場合、トルクが急変して好ましくない。   For example, in Patent Document 1, a control method as shown in FIG. 11 is adopted to deal with an abnormality in the torque value output from the torque sensor. When the torque value output from the torque sensor becomes abnormal, if the abnormality continues for a certain time (tA), the auxiliary steering force command value that is the output value of the current control calculation based on the torque value is cut off. This is a control method in which the motor drive power supply is shut off when the abnormality continues for a longer period of time (tB). FIG. 12 shows the relationship between the torque value and the motor current when the torque sensor has a ground fault in such a control method and the torque value, which is the output of the torque sensor, becomes zero. In the case of this control method, since the calculation is performed based on the output value of the abnormal torque sensor during the determination time tA, the torque generated by the motor also becomes abnormal, and the steering wheel moves unintended by the driver. Furthermore, if the abnormality continues for the determination time (tB) or longer, the motor power supply is shut off. Therefore, if a large torque is applied to the handle, the torque changes suddenly, which is not preferable.

別の対応策として特許文献2のような制御方式がある。特許文献2はトルクセンサの電源の電圧低下や瞬断などの重大な異常が発生すると、フェールスイッチが開放し、トルクセンサの出力であるトルク値としてフェールスイッチが開放する前のトルク値を保持し、その保持した値に出力ゲインを乗じることによって補助操舵力の指令値を求めている。また、その後の補助操舵力を徐々に減衰する制御するので補助操舵力が急変することはない。特許文献2の制御方式を用いた場合のトルクセンサ地絡故障時のトルクセンサの出力であるトルク値とモータ電流の関係を図13に示す。故障発生から故障検出までの間、モータに負の最大電流が流れるが、故障検出後は故障発生直前のトルクから徐々にモータ電流を減少させるので特許文献1のような急激なトルクの変化は発生しない。   As another countermeasure, there is a control method as in Patent Document 2. In Patent Document 2, when a serious abnormality such as a voltage drop or a momentary interruption of the torque sensor power supply occurs, the fail switch is opened, and the torque value that is the torque sensor output before the fail switch is opened is held. The auxiliary steering force command value is obtained by multiplying the held value by the output gain. Further, since the subsequent auxiliary steering force is controlled to gradually attenuate, the auxiliary steering force does not change suddenly. FIG. 13 shows the relationship between the torque value, which is the output of the torque sensor when the ground fault of the torque sensor fails, and the motor current when the control method of Patent Document 2 is used. The maximum negative current flows through the motor from the occurrence of the failure to the detection of the failure. However, since the motor current is gradually decreased from the torque immediately before the occurrence of the failure after the failure is detected, a sudden torque change as in Patent Document 1 occurs. do not do.

しかし、図14のようなトルク値がチャタリングを起こしながら地絡故障を発生した場合は、トルクセンサの出力値をAD変換器でサンプリングすると黒丸のような値をサンプリングする可能性がある。これらの値が地絡検出閾値以下にならなければ地絡発生と検出できず、そのまま制御を続行する。そして地絡検出後、故障発生直前のトルク値から徐々にモータ電流を減少させるが、チャタリングを生じて不安定なトルク値から徐々にモータ電流を減少させるため、最悪の場合、故障直前のトルクと逆向きのトルクから減少が開始されて好ましくない。   However, when a ground fault occurs while the torque value as shown in FIG. 14 causes chattering, a value such as a black circle may be sampled when the output value of the torque sensor is sampled by the AD converter. If these values do not fall below the ground fault detection threshold, it cannot be detected that a ground fault has occurred, and the control is continued as it is. After detecting the ground fault, the motor current is gradually reduced from the torque value immediately before the occurrence of the failure, but the motor current is gradually reduced from the unstable torque value due to chattering. Since the decrease starts from the reverse torque, it is not preferable.

また、特許文献2の方法では、故障発生から故障検出までの判定期間中はモータに異常な電流が流れるため、故障検出時間をあまり長くすることはできない。しかし、故障検出の誤検出を防ぎ、故障検出を確実にするためには、故障検出時間をできるだけ長くしたいという矛盾があり問題となっていた。   In the method of Patent Document 2, an abnormal current flows through the motor during the determination period from the occurrence of a failure to the detection of the failure, so that the failure detection time cannot be made too long. However, in order to prevent erroneous detection of failure detection and to ensure failure detection, there is a contradiction that it is desired to make the failure detection time as long as possible.

特開2000−318633号公報JP 2000-318633 A 特開2000−329628号公報JP 2000-329628 A

トルクセンサの出力であるトルク値が異常になったとき、従来の制御方式ではトルクセンサが故障と検出するまでの間、異常なトルク値に基いて制御するためにモータの出力トルクが異常になる。また、異常なトルク値の代わりに代替値を使用する場合でも、適切な代替値が算出されていない問題があった。その結果、トルクセンサの出力が異常になるとハンドルが運転手の意図としない動きをしてしまい、運転手にハンドル操作の違和感を与える問題があった。また、故障期間中、モータに異常電流が流れるため、故障検出時間を長く取れず、その結果、トルクセンサの故障検出に関して誤検出を生ずる問題があった。   When the torque value, which is the output of the torque sensor, becomes abnormal, in the conventional control method, the output torque of the motor becomes abnormal because control is performed based on the abnormal torque value until the torque sensor detects failure. . Further, even when a substitute value is used instead of an abnormal torque value, there is a problem that an appropriate substitute value is not calculated. As a result, when the output of the torque sensor becomes abnormal, the steering wheel moves unintended by the driver, and there is a problem that the driver feels uncomfortable with the steering wheel operation. Further, since an abnormal current flows through the motor during the failure period, the failure detection time cannot be made long, and as a result, there is a problem that erroneous detection is caused with respect to the failure detection of the torque sensor.

本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、トルクセンサの出力値が異常になった場合でも、トルクセンサ故障の誤検出を防止できる程度に長く故障検出期間を確保しながら、ハンドル操作に違和感を与えず、安全なハンドル操作を確保できる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。   The present invention has been made under the circumstances as described above. The object of the present invention is to provide a failure detection period that is long enough to prevent erroneous detection of a torque sensor failure even when the output value of the torque sensor becomes abnormal. It is an object of the present invention to provide a control device for an electric power steering apparatus that can secure a safe steering operation without giving a sense of incongruity to the steering wheel operation.

本発明は、車両の操舵系に操舵補助力を付与するようにしたモータと、ハンドルに作用する操舵力を検出するトルクセンサとを備え、前記トルクセンサの出力値に基いてモータを制御する電動パワーステアリング装置の制御装置に関するものであり、本発明の上記目的は、前記トルクセンサの出力値の異常を検出するトルク異常検出手段と、前記トルクセンサの出力値が異常になる前の過去の正常なトルクセンサの複数の出力値に基き代替値を算出する代替値算出手段とからなるトルク入力処理部と、前記トルクセンサの出力値の異常が一定時間継続したら前記トルクセンサの故障であると判定するトルク故障検出手段とを備え、前記トルクセンサの出力値が異常のとき、前記トルクセンサが故障であると判定する前でも、前記トルクセンサの出力値の代わりに前記代替値に基いてモータを制御することによって達成される。また、本発明の上記目的は、前記代替値が、前記トルクセンサの出力値が異常となる直前の前記トルクセンサの出力値のn(自然数)サンプルの平均値であることによって達成される。また、本発明の上記目的は、前記代替値が、前記トルクセンサの出力値が異常となる直前の前記トルクセンサの出力値のn(自然数)サンプルの重み付き平均値であることによって達成される。また、本発明の上記目的は、前記代替値が、前記トルクセンサの出力値が異常となる直前の前記トルクセンサの出力値のn(自然数)サンプルから最小自乗法で算出した値であることによって達成される The present invention includes an electric motor that provides a steering assist force to a steering system of a vehicle and a torque sensor that detects a steering force acting on a steering wheel, and controls the motor based on an output value of the torque sensor. The present invention relates to a control device for a power steering device, and the object of the present invention is to provide a torque abnormality detection means for detecting an abnormality in the output value of the torque sensor, and a past normality before the output value of the torque sensor becomes abnormal. A torque input processing unit comprising an alternative value calculating means for calculating an alternative value based on a plurality of output values of the torque sensor, and determining that the torque sensor is faulty if an abnormality in the output value of the torque sensor continues for a certain period of time and a torque fault detecting means for, when the output value of the torque sensor is abnormal, even before determining said torque sensor is faulty, the torque sensor It is achieved by controlling the motor based on the alternative value instead of the output values. Also, the object of the present invention, the substitute value is the output value of the torque sensor can be achieved by an average value of n (natural number) samples of the output value of the torque sensor immediately before the abnormality. Also, the object of the present invention is achieved by the substitute value being a weighted average value of n (natural number) samples of the output value of the torque sensor immediately before the output value of the torque sensor becomes abnormal. . Further, the object of the present invention is that the substitute value is a value calculated by a least square method from n (natural number) samples of the output value of the torque sensor immediately before the output value of the torque sensor becomes abnormal. Achieved .

本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置を用いれば、トルクセンサの出力であるトルク値が異常になった場合、直ちに異常なトルク値に代わって、異常直前の過去の検出トルク値を基に正しく予測された代替値を用いて電動パワーステアリング装置を制御するので、トルクセンサ故障の判定時間を誤検出を防止できる程度長く確保しつつ、トルクセンサ異常時においても正しいトルク出力を確保でき、ハンドル操作に違和感を与えず、安全なハンドル操作を確保できる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供できる。   By using the control device for the electric power steering device of the present invention, when the torque value that is the output of the torque sensor becomes abnormal, it is replaced with the abnormal torque value immediately and correctly based on the past detected torque value immediately before the abnormality. Since the electric power steering device is controlled using the predicted substitute value, the torque sensor failure determination time can be kept long enough to prevent false detection, and the correct torque output can be secured even when the torque sensor is abnormal, and the steering wheel can be operated. Therefore, it is possible to provide a control device for an electric power steering apparatus that can ensure a safe steering operation without giving a sense of incompatibility to the vehicle.

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施例を示す制御ブロック図である。トルクセンサ107で検出されたトルク値が直接、電流指令値算出部120に入力されずに、トルク入力処理部10に入力され、その出力値が電流指令値算出部120に入力される。電流指令値算出部120で電流指令値Irefを算出し、モータ電流の検出値との差を減算部121で算出し、電流制御部122でデュティー比を決定し、モータ駆動部123はデュティー比に従ったPWM制御を実行してモータ108を駆動する。   FIG. 1 is a control block diagram showing an embodiment of the present invention. The torque value detected by the torque sensor 107 is not directly input to the current command value calculation unit 120 but is input to the torque input processing unit 10, and the output value is input to the current command value calculation unit 120. The current command value calculation unit 120 calculates the current command value Iref, the difference from the detected motor current value is calculated by the subtraction unit 121, the current control unit 122 determines the duty ratio, and the motor drive unit 123 sets the duty ratio. According to the PWM control, the motor 108 is driven.

トルク入力処理部10は、トルクセンサ107が出力したトルク値が正常の場合は、そのトルク値が電流指令値算出部120に入力されるように動作し、トルク値が異常の場合は代替値を算出して、その代替値を電流指令値算出部120に入力する。   When the torque value output from the torque sensor 107 is normal, the torque input processing unit 10 operates so that the torque value is input to the current command value calculation unit 120. When the torque value is abnormal, the torque input processing unit 10 sets an alternative value. The alternative value is calculated and input to the current command value calculation unit 120.

トルク入力処理部10はトルク異常検出手段10−1と代替値算出手段10−2と選択スイッチ10−4から構成される。トルク故障検出手段10−3はトルクセンサの出力値が異常になり、異常が一定時間継続したら故障と見なす。リミッタ11はトルク故障検出手段10−3が故障と判断したらモータ電流を徐々に減少させる(減処理)ためにリミッタ値を絞り込む機能を有している。なお、トルク故障検出手段10−3は必ずしもトルク入力処理部10に組み込まれている必要はない。この実施例では、トルク異常検出手段10−1の出力結果を利用しているのでトルク故障検出手段10−3をトルク入力処理部10に組み込んでいる。また、モータ電流を徐々に減少させる方法はリミッタ11に限定されるものではない。例えば、電流指令値算出部120の出力である電流指令値IrefにゲインGを乗して、そのゲインGを1から0に減少するようにすれば、G・Irefの値はIrefから徐々に0に向かって減少する。 The torque input processing unit 10 includes a torque abnormality detection unit 10-1, an alternative value calculation unit 10-2, and a selection switch 10-4. The torque failure detection means 10-3 considers a failure if the output value of the torque sensor becomes abnormal and the abnormality continues for a certain time. Limiter 11 has a function to narrow down the limit value for gradually decreasing the motor current if it is determined that the failure torque failure detection unit 10-3 (gradually decrease process). The torque failure detection means 10-3 is not necessarily incorporated in the torque input processing unit 10. In this embodiment, since the output result of the torque abnormality detection means 10-1 is used, the torque failure detection means 10-3 is incorporated in the torque input processing unit 10. Further, the method of gradually decreasing the motor current is not limited to the limiter 11. For example, if the current command value Iref, which is the output of the current command value calculation unit 120, is multiplied by the gain G and the gain G is decreased from 1 to 0, the value of G · Iref gradually decreases from Iref to 0. Decrease towards

トルク入力処理部10の動作を図2のフローチャートを参照して説明する。トルクセンサ107の出力値であるトルク値TをAD変換器を介して読み込む(S1)。次に、トルク値Tが正常か異常かを判定する(S2)。正常異常の判定値Trefは種々考えられるが、例えば正常なトルク値では有り得ない閾値以上或いは以下の値を示したら異常とする。或いは不連続に急変した場合は異常とする。トルク値の異常としては出力電圧が零、或いは電源電圧に固定してしまったり、オフセット異常((T+α)とαだけバイアスされた形になる異常)やトルクアンプ異常((K・T)となる異常、オペアンプの故障)が考えられる。トルク値Tが異常でなければ異常検出カウンタをクリアする(S3)。   The operation of the torque input processing unit 10 will be described with reference to the flowchart of FIG. The torque value T, which is the output value of the torque sensor 107, is read through the AD converter (S1). Next, it is determined whether the torque value T is normal or abnormal (S2). Various normal / abnormal determination values Tref are conceivable. For example, if a normal torque value is greater than or less than a threshold that is not possible, it is determined to be abnormal. Or, if it changes suddenly, it is considered abnormal. Torque value abnormalities include zero output voltage or a fixed power supply voltage, offset abnormalities (abnormalities that are biased by (T + α) and α), and torque amplifier abnormalities ((KT)). Abnormal or operational amplifier failure). If the torque value T is not abnormal, the abnormality detection counter is cleared (S3).

この異常検出カウンタはトルク値Tの異常を検出した場合カウントするもので、一度でも検出したからといって直ちにトルクセンサの故障とは断定しない。後述するように異常検出カウンタのカウント数が設定値以上になった場合初めてトルクセンサ故障と判定する。次に過去トルク値更新ルーチンを呼び出して、図3に示すように直前nサンプル、例えば5サンプルの値T1,T2,T3,T4,T5を更新する(S4)。そして、トルク値は異常でないので、トルク値をトルク入力処理部10としてトルク値Tを算出する(S5)。トルク値Tが異常でないので電流指令値算出部120は代替値でなくトルク値Tに基き電流指令値Irefを算出する。   This abnormality detection counter counts when an abnormality in the torque value T is detected, and even if it is detected even once, it does not immediately determine that the torque sensor has failed. As will be described later, a torque sensor failure is determined only when the count value of the abnormality detection counter becomes equal to or greater than a set value. Next, the past torque value update routine is called to update the values T1, T2, T3, T4, and T5 of the previous n samples, for example, 5 samples as shown in FIG. 3 (S4). Since the torque value is not abnormal, the torque value T is calculated using the torque value as the torque input processing unit 10 (S5). Since the torque value T is not abnormal, the current command value calculation unit 120 calculates the current command value Iref based on the torque value T, not the substitute value.

一方、S2において、トルク値Tが異常と判定されると、異常検出カウンタが1回カウントアップされる(S6)。次に、異常検出カウンタのカウント値Nが設定値以上か判定する(S7)。カウント値が設定値以上の場合、トルクセンサの故障と判定する。カウント値が設定値以下の場合はトルクセンサの故障とは判定しない。ただし、トルク値は異常であるので、そのトルク値Tをトルクセンサの出力値として電流指令値算出部120には使用できない。よって、トルク値Tの代わりに代替値を設定する必要がある(S8)。   On the other hand, if it is determined in S2 that the torque value T is abnormal, the abnormality detection counter is counted up once (S6). Next, it is determined whether the count value N of the abnormality detection counter is equal to or greater than a set value (S7). If the count value is greater than or equal to the set value, it is determined that the torque sensor is malfunctioning. If the count value is less than or equal to the set value, it is not determined that the torque sensor has failed. However, since the torque value is abnormal, the torque value T cannot be used for the current command value calculation unit 120 as the output value of the torque sensor. Therefore, it is necessary to set an alternative value instead of the torque value T (S8).

ここで、代替値は過去のトルク値から予測される現在の正常なトルク値である必要があり、代替値の算出方法がいくつか存在する。代替値は過去の正常なトルク値のnサンプルを用いて算出される。ただし、nは自然数である。例えば、図4に示すように過去正常なトルク値の5サンプルの値を基に予想される現在値を求め、それを代替値にする(S11)。つまり、過去の5サンプルのトルク値を平均して、平均値Tm=(T1+T2+T3+T4+T5)/5を代替値としても良い。その他の代替値の算出方法については、後で詳しく説明する。ここで、過去の正常なトルク値を使用すると述べたが、それは先ほどのS4のステップである過去トルク値更新ルーチンによって確保されている。   Here, the substitute value needs to be the current normal torque value predicted from the past torque value, and there are several methods for calculating the substitute value. The substitute value is calculated using n samples of past normal torque values. However, n is a natural number. For example, as shown in FIG. 4, an expected current value is obtained based on the values of five samples of past normal torque values, and is used as an alternative value (S11). In other words, the torque values of the past five samples are averaged, and the average value Tm = (T1 + T2 + T3 + T4 + T5) / 5 may be used as the substitute value. Other alternative value calculation methods will be described in detail later. Here, it is described that the normal torque value in the past is used, but this is ensured by the past torque value update routine which is the step of S4.

そして、異常なトルク値の代わりに、代替値をトルク値として入れ替える(S9)。そして、トルクセンサの出力値として、この代替値が電流指令値算出部120に入力される(S5)。この代替値によってモータが制御されることにより、異常なトルク値で制御された場合に発生していたモータの出力トルクを回避することができる。   Then, the substitute value is replaced as the torque value instead of the abnormal torque value (S9). And this alternative value is input into the electric current command value calculation part 120 as an output value of a torque sensor (S5). By controlling the motor with this alternative value, it is possible to avoid the output torque of the motor that was generated when the motor was controlled with an abnormal torque value.

そして、もうひとつ重要なことは、トルクセンサが故障であると判定する前であっても、異常なトルク値を制御に使用せず、代替値を用いて制御することである。従来はトルクセンサの故障と判定してから代替値を代入してモータの制御を実行していたために、故障と判定する前は異常なトルク値に基いて制御され、異常なモータの出力トルクが発生されハンドル操作に違和感を与えていた。   Another important point is that even before it is determined that the torque sensor is in failure, the abnormal torque value is not used for control, but is controlled using an alternative value. Conventionally, since the motor control is executed by substituting an alternative value after determining a torque sensor failure, control is performed based on an abnormal torque value before determining the failure, and the abnormal motor output torque is It was generated and the handle operation was uncomfortable.

トルクセンサの異常が継続すると、トルク値は異常と判定されて(S2)、異常検出カウンタがカウントされ、カウント値が増加する(S6)。このトルクセンサの異常がさらに継続して、異常検出カウンタのカウント値が設定値Nを越えるとトルクセンサ故障と判定する(S7)。トルクセンサ故障と判定されるとモータ電流の徐々に減少させる制御を実行してモータの出力トルクの急激な変化を防止する(S10)。モータ電流を徐々に減衰させる方法としては、代替値は一定のままにして電流指令値算出部120の出力にリミッタ11を設けて、リミッタ11のリミッタ値を徐々に絞るようにしてモータ電流を徐々に減衰させても良いし、或いは代替値のトルク値を徐々に減少させてモータ電流を徐々に減衰させても良い。   If the abnormality of the torque sensor continues, it is determined that the torque value is abnormal (S2), the abnormality detection counter is counted, and the count value is increased (S6). If the abnormality of the torque sensor further continues and the count value of the abnormality detection counter exceeds the set value N, it is determined that the torque sensor has failed (S7). If it is determined that the torque sensor has failed, a control for gradually decreasing the motor current is executed to prevent a sudden change in the output torque of the motor (S10). As a method of gradually attenuating the motor current, the alternative value is kept constant, the limiter 11 is provided at the output of the current command value calculation unit 120, and the limiter value of the limiter 11 is gradually reduced to gradually reduce the motor current. The motor current may be gradually attenuated by gradually decreasing the alternative torque value.

図5は、本実施例のトルク入力処理部10を用いて、トルクセンサの出力値が突然零になった場合のトルクセンサの出力であるトルク値とモータ電流との関係を表わした図を示す。トルク値が突然零になっても異常なトルク値の代わりに代替値を直ちに使用するので、モータ電流はトルク値が異常になる直前の値を維持する。そして、トルクセンサ故障と判定するまでモータ電流は直前の値を維持してトルクセンサ故障と判定された後はモータ電流が徐々に減衰する。従来の制御方法による結果の図12や図13と比較すると、モータ電流はトルク値が異常になる直前の極性と逆になったりせずハンドル操作に違和感を与えることはない。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the torque value that is the output of the torque sensor and the motor current when the output value of the torque sensor suddenly becomes zero, using the torque input processing unit 10 of the present embodiment. . Even if the torque value suddenly becomes zero, the substitute value is immediately used instead of the abnormal torque value, so that the motor current maintains the value immediately before the torque value becomes abnormal. The motor current maintains the previous value until it is determined that the torque sensor has failed, and the motor current gradually attenuates after it is determined that the torque sensor has failed. Compared with FIG. 12 and FIG. 13 of the result by the conventional control method, the motor current does not reverse the polarity immediately before the torque value becomes abnormal, and the steering operation does not give a sense of incongruity.

図6は、本実施例のトルク入力処理部10を用いて、トルクセンサの出力値がチャタリングを発生して故障した場合のトルクセンサの出力であるトルク値(最悪のケース)とモータ電流との関係を表わした図を示す。トルク値がチャタリングを発生して、トルク値が異常と判定されると、過去の正常なトルク値を用いて代替値を算出し、その代替値に基いてモータ電流は制御される。よって、モータ電流はチャタリングを発生させる直前のモータ電流と大きく異なることのない電流を出力する。さらに、故障検出後はモータ電流を徐々に減衰させている。この結果と従来の制御方式で制御した結果の図14と比較する。従来の制御方式の場合はモータ電流がトルクセンサ出力異常となる前と逆極性のモータ電流を発生して、その後乱高下するなど運転手にとって好ましくない結果になっている。また、故障検出後、モータ電流を徐々に減衰させるのは良いが、その減衰直前のモータ電流がやはり逆極性の電流から減衰する結果になっているので好ましくない。明らかに本実施例の制御方式の方が最悪のケースであってもハンドル操舵に好ましい制御になっている。   FIG. 6 shows the torque value (worst case) that is the output of the torque sensor when the output value of the torque sensor malfunctions due to chattering using the torque input processing unit 10 of this embodiment, and the motor current. The figure showing the relationship is shown. If the torque value causes chattering and it is determined that the torque value is abnormal, a substitute value is calculated using a past normal torque value, and the motor current is controlled based on the substitute value. Therefore, the motor current is output that is not significantly different from the motor current immediately before the chattering is generated. Furthermore, the motor current is gradually attenuated after the failure is detected. This result is compared with FIG. 14 of the result of control by the conventional control method. In the case of the conventional control method, a motor current having a polarity opposite to that before the motor current becomes an abnormality in the torque sensor output is generated, and then the result is unfavorable for the driver. Although it is preferable to gradually attenuate the motor current after the failure is detected, it is not preferable because the motor current immediately before the attenuation is attenuated from the current having the opposite polarity. Obviously, the control method of this embodiment is more preferable for steering the steering wheel even in the worst case.

以上の実施例は、代替値が過去5サンプルの単純平均を用いた場合について説明したが、代替値の算出方法として、最小自乗法、過去のnサンプル値から(n−1)次式を算出して現在値を算出する方法、重み付き平均法があり、以下それらについて説明する。ただし、nは自然数である。   In the above embodiments, the case where the substitute value uses a simple average of the past five samples has been described. As a substitute value calculation method, the following equation is calculated from the least squares method and the past n sample values. There are a method for calculating the current value and a weighted average method, which will be described below. However, n is a natural number.

まず、過去のnサンプルから(n−1)次式を作成して代替値を算出する方法について説明する。例えば、図7に示すような過去3サンプル(T、T,T)から2次式を作成して現在値Tを予測するには以下の計算を行なう。 First, a method for calculating an alternative value by creating the following equation (n-1) from past n samples will be described. For example, the following calculation is performed to create a quadratic expression from the past three samples (T 0 , T 1 , T 2 ) as shown in FIG. 7 and predict the current value T 3 .

Figure 0004326883
とした場合、a,b,cを算出するには、数2の連立方程式を求める必要がある。
Figure 0004326883
In order to calculate a, b, and c, it is necessary to obtain simultaneous equations of Formula 2.

Figure 0004326883
よって、現在値T3は数3のように算出される。
Figure 0004326883
Therefore, the current value T3 is calculated as shown in Equation 3.

Figure 0004326883
実際の計算では逆行列部分は予め計算することができる。例えば、過去3サンプルの場合の逆行列部分は数4のようになる。
Figure 0004326883
In actual calculation, the inverse matrix portion can be calculated in advance. For example, the inverse matrix portion in the case of the past three samples is as shown in Equation 4.

Figure 0004326883
次に、最小自乗法を用いた代替値の算出方法について説明する。
過去のトルク値の直帰のnサンプルから1次式を最小自乗法により作成して、現在値を予測し代替値を設定する。上述した代替値をn次式で求める方法の場合、過去のトルク値にノイズが含まれているので、厳密にn次式にフィッテイングすると最適な現在値を得られない場合がある。そこで、最小自乗法によって各係数を計算する。例えば、過去3サンプルから1次式を作成して現在値を予測する場合は以下の計算をすれば良い。
Figure 0004326883
Next, a method for calculating an alternative value using the least square method will be described.
A linear expression is created by the least square method from n samples of bounces of past torque values, a current value is predicted, and an alternative value is set. In the case of the method for obtaining the substitute value by the n-order equation described above, noise is included in the past torque value, and therefore, if the fitting is strictly performed to the n-order equation, an optimal current value may not be obtained. Therefore, each coefficient is calculated by the method of least squares. For example, when a linear expression is created from the past three samples and the current value is predicted, the following calculation may be performed.

まず、現在値を求めるとは図8において、過去のt0、t1、t2のときのトルク値T0,T1,T2から現在時点t3でのトルク値T3を求めることである。   First, obtaining the current value means obtaining the torque value T3 at the current time point t3 from the torque values T0, T1, T2 at the past t0, t1, t2 in FIG.

Figure 0004326883
ここで、係数のa,bを求めるには、数6の連立方程式を解ければ良い。
Figure 0004326883
Here, in order to obtain the coefficients a and b, the simultaneous equations of Equation 6 may be solved.

Figure 0004326883
そこで、過去3サンプルの場合は、逆行例を利用して数7のようになる。
Figure 0004326883
Therefore, in the case of the past three samples, Equation 7 is obtained using a retrograde example.

Figure 0004326883
実際の計算では逆行列は、予め計算することができる。その結果、各係数は以下数8のようになる。
Figure 0004326883
In actual calculation, the inverse matrix can be calculated in advance. As a result, each coefficient is as shown in Equation 8 below.

Figure 0004326883
最小自乗法でも、n次式を用いる方法でも、代替値の最終的に計算する形はT=aT1+bT2+cT3+dT4などの係数と過去トルク値との積和なのでCPUにとって計算の負担は多くない。
Figure 0004326883
Regardless of the method of least squares or the method using the n-order formula, the calculation form of the substitute value is finally the product sum of the coefficient such as T = aT1 + bT2 + cT3 + dT4 and the past torque value, so that the calculation burden on the CPU is not great.

最後に、重み付き平均について説明する。重み付き平均は図6に示すトルク値を過去のものから順に重み付けする。例えば、古い順に、T1,T2,T3,T4,T5であり、重みを、例えば、a,b,c,d,eとすれば、代替値Tは数9のようになる。   Finally, the weighted average will be described. The weighted average weights the torque values shown in FIG. 6 in order from the past. For example, T1, T2, T3, T4, and T5 in the oldest order, and the weights are, for example, a, b, c, d, and e.

Figure 0004326883
である。ここで、a,b,c,d,eをそれぞれ、例えば、8,4,2,1,1とすると数9は数10のようになる。
Figure 0004326883
It is. Here, when a, b, c, d, and e are set to 8, 4, 2, 1, and 1, for example, Expression 9 becomes Expression 10.

Figure 0004326883
となる。
Figure 0004326883
It becomes.

以上説明した実施例によれば、トルクセンサの出力であるトルク値が異常になった場合は、直ちに異常なトルク値に代わって、正しく予測された代替値を用いて電動パワーステアリング装置のモータを制御するのでモータが異常なトルクを出力することが1サイクルたりとも存在せずに電動パワーステアリング装置を正しく制御できる。さらに、本実施例を用いれば、1サイクルたりとも異常なトルを出力しないのでトルクセンサなどの故障検出をするための判定の時間を長く取っても問題がなく誤検出を防止できる。 According to the embodiment described above, when the torque value that is the output of the torque sensor becomes abnormal, the motor of the electric power steering device is immediately replaced with the correctly predicted alternative value instead of the abnormal torque value. Since the motor is controlled, the electric power steering apparatus can be correctly controlled without the fact that the motor outputs an abnormal torque even in one cycle. Furthermore, using the present embodiment, it can be prevented even unusual since Torr does not output a click even take longer time determination for the failure detection such as a torque sensor erroneously no problem detection, even for one cycle.

従来の制御方法では、トルクセンサの出力異常を検知するまでは異常なトルク値を用いて制御するためモータの出力トルクが異常になったり、或いは代替値の設定も現在値を正しく予測した値でないのでモータの出力トルクが異常になったりする問題が存在した。また、モータの出力が異常になるためトルクセンサなどの異常検出のための判定時間を長く取ることができず、トルクセンサ故障の誤検出を生ずる不具合も存在したが、本発明を用いれば、これら従来の問題を解決することができる。   In the conventional control method, control is performed using an abnormal torque value until an abnormal output of the torque sensor is detected, so that the output torque of the motor becomes abnormal or the alternative value is not correctly predicted as the current value. Therefore, there has been a problem that the output torque of the motor becomes abnormal. Further, since the output of the motor becomes abnormal, it is not possible to take a long time for detecting abnormality such as a torque sensor, and there is a problem that causes erroneous detection of a torque sensor failure. Conventional problems can be solved.

本発明の一実施例である制御ブロック図である。It is a control block diagram which is one Example of this invention. 本発明のトルク入力処理部の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the torque input process part of this invention. 過去トルク値の更新動作のフローチャートである。It is a flowchart of the update operation | movement of a past torque value. 過去トルク値から予想される現在値を代替値として代入するフローチャートである。It is a flowchart which substitutes the present value estimated from the past torque value as a substitute value. 本発明を使用した場合のトルクセンサ地絡故障時のモータ電流の出力結果を示す図である。It is a figure which shows the output result of the motor current at the time of the torque sensor ground fault at the time of using this invention. 本発明を使用した場合のトルクセンサがチャタリング現象を起こした故障時のモータ電流の出力結果を示す図である。It is a figure which shows the output result of the motor current at the time of the failure where the torque sensor at the time of using this invention caused the chattering phenomenon. n次式を用いた現在値推定の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the present value estimation using a n-th order type | formula. 最小自乗法を用いた現在値推定の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the present value estimation using the least square method. 電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an electric power steering apparatus. 従来の電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the conventional electric power steering device. トルクセンサ地絡故障対応の従来の電動パワーステアリング装置の制御ブロック図であるIt is a control block diagram of the conventional electric power steering device corresponding to a torque sensor ground fault トルクセンサ地絡故障時の従来の制御によるモータ電流の出力結果を示す図である。It is a figure which shows the output result of the motor current by the conventional control at the time of a torque sensor ground fault failure. トルクセンサ地絡故障時の従来の改善した制御によるモータ電流の出力結果を示す図である。It is a figure which shows the output result of the motor current by the conventional improved control at the time of a torque sensor ground fault failure. トルクセンサチャタリング故障時の従来の制御によるモータ電流の出力結果を示す図である。It is a figure which shows the output result of the motor current by the conventional control at the time of a torque sensor chattering failure.

符号の説明Explanation of symbols

10 トルク入力処理部
10−1 トルク異常検出手段
10−2 代替値算出手段
10−3 トルク故障検出手段
10−4 選択スイッチ
11 リミッタ
107 トルクセンサ
108 モータ
120 電流指令値算出部
121 減算部
122 電流制御部
123 モータ駆動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Torque input process part 10-1 Torque abnormality detection means 10-2 Alternative value calculation means 10-3 Torque failure detection means 10-4 Selection switch 11 Limiter 107 Torque sensor 108 Motor 120 Current command value calculation part 121 Subtraction part 122 Current control Part 123 motor drive part

Claims (4)

車両の操舵系に操舵補助力を付与するようにしたモータと、ハンドルに作用する操舵力を検出するトルクセンサとを備え、前記トルクセンサの出力値に基いてモータを制御する電動パワーステアリング装置の制御装置において、
前記トルクセンサの出力値の異常を検出するトルク異常検出手段と、前記トルクセンサの出力値が異常になる前の過去の正常なトルクセンサの複数の出力値に基き代替値を算出する代替値算出手段とからなるトルク入力処理部と、
前記トルクセンサの出力値の異常が一定時間継続したら前記トルクセンサの故障であると判定するトルク故障検出手段とを備え、
前記トルクセンサの出力値が異常のとき、前記トルクセンサが故障であると判定する前でも、前記トルクセンサの出力値の代わりに前記代替値に基いてモータを制御することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
An electric power steering apparatus comprising: a motor that applies a steering assist force to a steering system of a vehicle; and a torque sensor that detects a steering force acting on a steering wheel, and controls the motor based on an output value of the torque sensor. In the control device,
Torque abnormality detection means for detecting an abnormality in the output value of the torque sensor, and an alternative value calculation that calculates an alternative value based on a plurality of past output values of the normal torque sensor before the output value of the torque sensor becomes abnormal A torque input processing unit comprising means ,
A torque failure detection means for determining that the torque sensor is malfunctioning if an abnormality in the output value of the torque sensor continues for a certain period of time ;
When the output value of the torque sensor is abnormal, the electric power controls the motor based on the alternative value instead of the output value of the torque sensor even before determining that the torque sensor is in failure Control device for steering device.
前記代替値が、前記トルクセンサの出力値が異常となる直前の前記トルクセンサの出力値のn(自然数)サンプルの平均値である請求項1に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 The control device for an electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the substitute value is an average value of n (natural number) samples of the output value of the torque sensor immediately before the output value of the torque sensor becomes abnormal. 前記代替値が、前記トルクセンサの出力値が異常となる直前の前記トルクセンサの出力値のn(自然数)サンプルの重み付き平均値である請求項1に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 The control device for an electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the substitute value is a weighted average value of n (natural number) samples of the output value of the torque sensor immediately before the output value of the torque sensor becomes abnormal. 前記代替値が、前記トルクセンサの出力値が異常となる直前の前記トルクセンサの出力値のn(自然数)サンプルから最小自乗法で算出した値である請求項1に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 2. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the substitute value is a value calculated by a method of least squares from n (natural number) samples of the output value of the torque sensor immediately before the output value of the torque sensor becomes abnormal. Control device.
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