JP5007627B2 - Control device for electric power steering device - Google Patents

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本発明は、車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に路面情報の伝達を良くして快適な操舵性能が得られ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 in which a steering assist force by a motor is applied to a steering system of a vehicle, and more particularly, to an electric power steering device that improves comfortable transmission of road surface information and obtains comfortable steering performance. The present invention relates to a control device.

車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢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補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク(操舵補助トルク)を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデュ−ティ比の調整で行っている。   An electric power steering device for energizing a vehicle steering device with an auxiliary load by a rotational force of a motor applies an auxiliary load to a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a reduction gear. It has come to force. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque (steering assist torque). In the feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the current command value and the motor current detection value becomes small. Generally, the adjustment of the motor applied voltage is a duty of PWM (pulse width modulation) control. This is done by adjusting the tee ratio.

ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図6に示して説明すると、操向ハンドル1のコラム軸2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4A及び4B、ピニオンラック機構5を経て操向車輪のタイロッド6に連結されている。コラム軸2には、操向ハンドル1の操舵トルクを検出してトルク信号Thを出力するトルクセンサ10が設けられており、操向ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット100には、バッテリ14から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号が入力され、コントロールユニット100には、トルクセンサ10からのトルク信号Trと車速センサ12で検出された車速信号Velが入力され、トルク信号Th及び車速信号Velに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値Iの演算を行い、演算された操舵補助指令値Iに基づいてモータ20に供給する電流を制御する。   Here, the general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 6. The column shaft 2 of the steering handle 1 is connected to the steering wheel via the reduction gear 3, the universal joints 4 A and 4 B and the pinion rack mechanism 5. It is connected to the tie rod 6. The column shaft 2 is provided with a torque sensor 10 that detects the steering torque of the steering handle 1 and outputs a torque signal Th. A motor 20 that assists the steering force of the steering handle 1 is provided via the reduction gear 3. Are connected to the column shaft 2. Electric power is supplied from the battery 14 to the control unit 100 that controls the power steering apparatus, and an ignition key signal is input through the ignition key 11. The torque signal Tr and the vehicle speed from the torque sensor 10 are input to the control unit 100. A vehicle speed signal Vel detected by the sensor 12 is input, a steering assist command value I of an assist command is calculated based on the torque signal Th and the vehicle speed signal Vel, and the motor 20 is calculated based on the calculated steering assist command value I. Control the current supplied.

このような電動パワーステアリング装置において、従来は例えば特開平8−290778号公報(特許文献1)に示すように、コントロールユニット100内のロバスト安定化補償器により、システムの安定性と路面情報及び外乱情報の感度特性が同時に設計されるようになっている。   In such an electric power steering apparatus, conventionally, as shown in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-290778 (Patent Document 1), the stability of the system, road surface information, and disturbances are obtained by a robust stabilization compensator in the control unit 100. Information sensitivity characteristics are designed at the same time.

しかしながら、かかる従来の制御装置では、ステアリング中立点付近の操舵時の反力が小さいため、摩擦の影響により、路面情報をドライバに正確に伝えることが困難である。また、従来の電動パワーステアリング装置では、操舵角と操舵力との間のヒステリシス特性を、油圧式パワーステアリング並みの特性にすることが困難である。   However, in such a conventional control device, since the reaction force at the time of steering near the steering neutral point is small, it is difficult to accurately convey road surface information to the driver due to the influence of friction. Further, in the conventional electric power steering apparatus, it is difficult to make the hysteresis characteristic between the steering angle and the steering force equal to that of the hydraulic power steering.

このような問題を解決する装置として、特開2002−369565号公報(特許文献2)に開示されているものがある。   As an apparatus for solving such a problem, there is an apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-369565 (Patent Document 2).

特許文献2に開示されている装置の概略を図7に示して説明する。ステアリング装置の補助操舵力を発生するモータ20はモータ駆動部21によって駆動され、モータ駆動部21は二点鎖線で示すコントロールユニット100で制御され、コントロールユニット100にはトルクセンサからのトルク信号Tr及び車速検出系からの車速信号Velが入力される。モータ20では、モータ端子間電圧Vm及びモータ電流値Imが計測されて出力される。   An outline of the apparatus disclosed in Patent Document 2 will be described with reference to FIG. A motor 20 that generates an auxiliary steering force of the steering device is driven by a motor drive unit 21, and the motor drive unit 21 is controlled by a control unit 100 indicated by a two-dot chain line, and the control unit 100 includes a torque signal Tr and a torque signal Tr from a torque sensor. A vehicle speed signal Vel from the vehicle speed detection system is input. In the motor 20, the motor terminal voltage Vm and the motor current value Im are measured and output.

コントロールユニット100はトルク信号Trを用いて制御を行う破線で示すトルク系制御部110と、モータ20の駆動に関連した制御を行う一点鎖線で示すモータ系制御部120とで構成されている。トルク系制御部110はアシスト量演算部111、微分制御器112、ヨーレート収れん性制御部113、ロバスト安定化補償部114及びセルフアライニングトルク(SAT)推定フィードバック部115によって構成され、加算器116A及び116B、減算器116Cを具備している。また、モータ系制御部120は補償器121、外乱推定器122、モータ角速度推定部123、モータ角加速度推定部(微分器)124及びモータ特性補償部125で構成され、加算器126A及び126Bを具備している。   The control unit 100 includes a torque system control unit 110 indicated by a broken line that performs control using the torque signal Tr, and a motor system control unit 120 indicated by an alternate long and short dash line that performs control related to driving of the motor 20. The torque system controller 110 includes an assist amount calculator 111, a differential controller 112, a yaw rate convergence controller 113, a robust stabilization compensator 114, and a self-aligning torque (SAT) estimation feedback unit 115. 116B and a subtractor 116C. The motor system control unit 120 includes a compensator 121, a disturbance estimator 122, a motor angular velocity estimation unit 123, a motor angular acceleration estimation unit (differentiator) 124, and a motor characteristic compensation unit 125, and includes adders 126A and 126B. is doing.

トルク信号Trはアシスト量演算部111、微分制御器112、ヨーレート収れん性制御部113及びSAT推定フィードバック部115に入力され、いずれも車速信号Velをパラメータ入力としている。アシスト量演算部111はトルク信号Trに基づいてアシストトルク量Iaを演算し、ヨーレート収れん性制御部113はトルク信号Tr及びモータ角速度の推定値ωを入力とし、車両のヨーの収れん性を改善するために、ハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるようになっている。また、微分制御器112はステアリングの中立点付近の制御の応答性を高め、滑らかでスムーズな操舵を実現するようになっており、SAT推定フィードバック部115はトルク信号Trと、アシスト量演算部111の出力に微分制御器112の出力を加算器116Aで加算した信号Ibと、モータ角速度推定部123で推定された角速度推定値ωと、モータ角加速度推定部124からの角加速度推定値*ωとを入力してSATを推定し、推定したSAT値をフィードバックフィルタを用いて信号処理し、ハンドルに適切な路面情報を反力として与えるようになっている。   The torque signal Tr is input to the assist amount calculation unit 111, the differential controller 112, the yaw rate convergence control unit 113, and the SAT estimation feedback unit 115, and all use the vehicle speed signal Vel as a parameter input. The assist amount calculation unit 111 calculates the assist torque amount Ia based on the torque signal Tr, and the yaw rate convergence control unit 113 receives the torque signal Tr and the estimated motor angular velocity value ω, and improves the yaw convergence of the vehicle. For this reason, the brake is applied to the movement of the steering wheel. Further, the differential controller 112 enhances the control response in the vicinity of the neutral point of the steering and realizes smooth and smooth steering. The SAT estimation feedback unit 115 includes the torque signal Tr and the assist amount calculation unit 111. Signal Ib obtained by adding the output of the differentiation controller 112 to the output of the adder 116A, the angular velocity estimated value ω estimated by the motor angular velocity estimating unit 123, the angular acceleration estimated value * ω from the motor angular acceleration estimating unit 124, and SAT is estimated by inputting, and the estimated SAT value is signal-processed using a feedback filter, and appropriate road surface information is given to the steering wheel as a reaction force.

また、アシスト量演算部111の出力Iaに微分制御器112の出力を加算器116Aで加算した信号Ibに、ヨーレート収れん性制御部113の出力を加算器116Bで加算した信号をアシスト量AQとしてロバスト安定化補償部114に入力している。ロバスト安定化補償部114は例えば特開平8−290778号公報に示されている補償部であり、検出トルクに含まれる慣性要素とばね要素で成る共振系の共振周波数におけるピーク値を除去し、制御系の応答性と安定性を阻害する共振周波数の位相のズレを補償するものである。ロバスト安定化補償部114の出力IcからSAT推定フィードバック部115の出力を減算器116Cで減算することで、路面情報を反力としてハンドルに伝えることができるアシスト量Idが得られる。   Further, the signal Ib obtained by adding the output of the differentiation controller 112 to the output Ia of the assist amount calculation unit 111 by the adder 116A and the signal obtained by adding the output of the yaw rate convergence control unit 113 by the adder 116B are robust as the assist amount AQ. This is input to the stabilization compensator 114. The robust stabilization compensator 114 is a compensator disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-290778, and removes the peak value at the resonance frequency of the resonance system including the inertia element and the spring element included in the detected torque, and performs control. It compensates for the phase shift of the resonance frequency that hinders the responsiveness and stability of the system. By subtracting the output of the SAT estimation feedback unit 115 from the output Ic of the robust stabilization compensator 114 by the subtractor 116C, an assist amount Id that can transmit road surface information to the steering wheel as a reaction force is obtained.

更に、モータ角速度推定部123はモータ端子間電圧Vm及びモータ電流Imに基づいてモータ角速度ωを推定するものであり、モータ角速度ωはモータ角加速度推定部124、ヨーレート収れん性制御部113及びSAT推定フィードバック部115に入力される。モータ角加速度推定部124では、入力されたモータ角速度ωに基づいてモータ角加速度*ωを推定し、推定したモータ角加速度*ωはモータ特性補償部125に入力される。モータ特性補償部125の出力Imaに、ロバスト安定化補償部114の出力IcからSAT推定フィードバック部115の出力SATfを減算したアシスト量Idが加算器126Aで加算され、その加算信号が操舵補助指令値Ieとして微分補償器等で成る補償器121に入力される。補償器121で補償された操舵補助指令値Ifに外乱推定器122の出力を加算器126Bで加算した信号がモータ駆動部21及び外乱推定器122に入力される。外乱推定器122は特開平8−310417号公報で示されるような装置であり、モータ出力の制御目標である補償器121で補償された操舵補助指令値Ifに外乱推定器122の出力を加算した信号と、モータ電流値Imとに基づいて、制御系の出力基準における希望するモータ制御特性を維持することができ、制御系の安定性を失うことがないようにしている。   Further, the motor angular speed estimation unit 123 estimates the motor angular speed ω based on the motor terminal voltage Vm and the motor current Im. The motor angular speed ω is estimated by the motor angular acceleration estimation unit 124, the yaw rate convergence control unit 113, and the SAT estimation. Input to the feedback unit 115. The motor angular acceleration estimation unit 124 estimates the motor angular acceleration * ω based on the input motor angular velocity ω, and the estimated motor angular acceleration * ω is input to the motor characteristic compensation unit 125. An assist amount Id obtained by subtracting the output SATf of the SAT estimation feedback unit 115 from the output Ic of the robust stabilization compensation unit 114 is added to the output Ima of the motor characteristic compensation unit 125 by the adder 126A, and the addition signal is a steering assist command value. Ie is input to a compensator 121 composed of a differential compensator or the like. A signal obtained by adding the output of the disturbance estimator 122 to the steering assist command value If compensated by the compensator 121 by the adder 126B is input to the motor drive unit 21 and the disturbance estimator 122. The disturbance estimator 122 is a device as disclosed in JP-A-8-310417, and the output of the disturbance estimator 122 is added to the steering assist command value If compensated by the compensator 121 that is a control target of the motor output. Based on the signal and the motor current value Im, it is possible to maintain a desired motor control characteristic in the output reference of the control system, so that the stability of the control system is not lost.

ここで、路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を図8に示して説明する。ドライバが操向ハンドル1を操舵することによって操舵トルクTh1が発生し、その操舵トルクTh1に従ってモータ20がアシストトルクTmを発生する。その結果、車輪が転舵され、反力としてSATが発生する。また、その際、モータ20の慣性J及び摩擦(静摩擦)Frによってハンドル操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り合いを考えると、下記(1)式のような運動方程式が得られる。

J・*ω + Fr・sign(ω) + SAT = Tm + Th1 ・・・(1)

ここで、上記(1)式を初期値ゼロとしてラプラス変換し、SATについて解くと下記(2)式が得られる。

SAT(s) = Tm(s) + Th1(s) − J・*ω(s) + Fr・sign(ω(s)) ・・・(2)

上記(2)式から分るように、モータ20の慣性J及び静摩擦Frを定数として予め求めておくことで、モータ回転角速度ω、回転角加速度*ω、操舵補助力及び操舵トルクTh1よりSATを推定することができる。かかる理由より、SAT推定フィードバック部115にはトルク信号Tr、角速度ω、角加速度*ω、アシスト量演算部111の出力Ibがそれぞれ入力されている。アシスト量演算部111の出力Ibに、ギア比×トルク定数を乗算することによりアシストトルクTmを求めることができる。
Here, the state of the torque generated between the road surface and the steering will be described with reference to FIG. A steering torque Th1 is generated when the driver steers the steering handle 1, and the motor 20 generates an assist torque Tm according to the steering torque Th1. As a result, the wheels are steered and SAT is generated as a reaction force. Further, at that time, torque serving as steering steering resistance is generated by the inertia J and friction (static friction) Fr of the motor 20. Considering the balance of these forces, the following equation of motion can be obtained:

J ・ * ω + Fr ・ sign (ω) + SAT = Tm + Th1 (1)

Here, when the above equation (1) is Laplace transformed with an initial value of zero and solved for SAT, the following equation (2) is obtained.

SAT (s) = Tm (s) + Th1 (s) − J · * ω (s) + Fr · sign (ω (s)) (2)

As can be seen from the above equation (2), the SAT is obtained from the motor rotational angular velocity ω, rotational angular acceleration * ω, steering assist force, and steering torque Th1 by obtaining the inertia J and static friction Fr of the motor 20 as constants. Can be estimated. For this reason, the SAT estimation feedback unit 115 receives the torque signal Tr, the angular velocity ω, the angular acceleration * ω, and the output Ib of the assist amount calculation unit 111. The assist torque Tm can be obtained by multiplying the output Ib of the assist amount calculation unit 111 by the gear ratio × torque constant.

また、SAT推定フィードバック部115で推定したSAT情報をそのままフィードバックした場合、ステアリングが重くなり過ぎるため、操舵感覚を向上することはできない。そのため図9に示すように、車速感応ゲインと周波数特性を有するフィードバックフィルタ115Aを用いてSATの推定値を信号処理し、操舵感覚を向上するのに必要十分な情報のみをフィードバックする。ここで用いるフィードバックフィルタは静特性ゲインとして、推定したSATの大きさを必要十分な値に減少させるゲインを持つQフィルタ(位相遅れ)115Bと、図10に示すような車速に感応したゲイン部115Cを持ち、据え切りや低速走行といった路面情報の重要性が比較的低い場合には、フィードバックする路面情報を小さくしている。
特開平8−290778号公報 特開2002−369565号公報 特開2006−193080号公報
Further, when the SAT information estimated by the SAT estimation feedback unit 115 is fed back as it is, the steering becomes too heavy, so that the steering feeling cannot be improved. Therefore, as shown in FIG. 9, the estimated value of SAT is signal-processed using a feedback filter 115A having a vehicle speed sensitivity gain and a frequency characteristic, and only information necessary and sufficient for improving the steering feeling is fed back. The feedback filter used here has, as a static characteristic gain, a Q filter (phase delay) 115B having a gain that reduces the estimated SAT size to a necessary and sufficient value, and a gain unit 115C that responds to the vehicle speed as shown in FIG. The road surface information to be fed back is made smaller when the importance of road surface information such as stationary driving and low speed driving is relatively low.
JP-A-8-290778 JP 2002-369565 A JP 2006-193080 A

上述の特許文献2に記載の装置で推定されるSATは、ステアリング伝達系による応答遅れを伴った値になり、ドライバにフィードバクするのに遅れを生じてしまう問題がある。   The SAT estimated by the device described in Patent Document 2 has a value with a response delay due to the steering transmission system, and there is a problem that a delay occurs in feedback to the driver.

かかる問題を解決する装置として、特開2006−193080号公報(特許文献3)に示されるものがある。特許文献3に開示された装置は図11に示すように、モータの角速度ω及び角加速度*ω、操舵補助指令値Ib及びトルク信号Trを入力してセルフアライニングトルクの推定若しくはセンサによる測定を行うSAT推定部117を設け、SAT推定部117で推定したSAT推定値*SATを位相補償部及びゲイン部で成るフィードバック部118を通して操舵補助指令値にフィードバックするものである。フィードバック部118は図12に示すように、SAT推定値*SATを入力して補償する位相進み補償部118−1と、外乱やノイズを除去するためのローパスフィルタ118−2と、ゲインKを乗算するゲイン部118−3とで構成されている。   As an apparatus for solving such a problem, there is an apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-193080 (Patent Document 3). As shown in FIG. 11, the apparatus disclosed in Patent Document 3 inputs the angular velocity ω and angular acceleration * ω of the motor, the steering assist command value Ib, and the torque signal Tr, and estimates the self-aligning torque or measures it with a sensor. A SAT estimation unit 117 is provided, and the SAT estimated value * SAT estimated by the SAT estimation unit 117 is fed back to the steering assist command value through a feedback unit 118 including a phase compensation unit and a gain unit. As shown in FIG. 12, the feedback unit 118 multiplies a phase lead compensation unit 118-1 that receives and compensates for the SAT estimated value * SAT, a low-pass filter 118-2 for removing disturbance and noise, and a gain K. And a gain unit 118-3.

特許文献3に記載の装置によれば、ドライバに必要な低周波数のSATを適度にフィードバックしたとき、SATのフィードバックのない場合に比べればより多くの路面情報をドライバに伝えることができる。   According to the apparatus described in Patent Document 3, when a low-frequency SAT necessary for the driver is appropriately fed back, more road surface information can be transmitted to the driver than when no SAT feedback is provided.

しかしながら、ドライバはSATの変化を感じて車両挙動を予測しているにも拘わらず、SATの変化をフィードバックしていないために車両挙動を予測するのに不十分という問題がある。   However, although the driver feels a change in the SAT and predicts the vehicle behavior, there is a problem that the driver does not feed back the change in the SAT and is insufficient to predict the vehicle behavior.

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、ドライバにとって車両挙動を予測し易くし、安全で快適な操舵性能が得られ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, and an object of the present invention is to provide a control device for an electric power steering device that makes it easy for a driver to predict vehicle behavior and obtains a safe and comfortable steering performance. There is.

本発明は、トルクセンサからのトルク信号に基づいて操舵補助指令値を算出する操舵補助指令値算出部と、前記操舵補助指令値に基づいて電圧指令値を算出する電流制御部と、前記電圧指令値に基づいてモータを駆動するモータ駆動部とで成り、前記モータによるアシスト力を操舵系に付与するようになっていると共に、前記モータの角速度及び角加速度、前記操舵補助指令値及び前記トルク信号を入力してSATの推定若しくはセンサによる測定を行うSAT測定部を設け、前記SAT測定部で求められたSAT値を前記操舵補助指令値にフィードバックしている電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記SAT値の変化率を演算するSAT変化率フィードバック部を設け、前記SAT変化率フィードバック部で求めたSAT変化率を前記操舵補助指令値にフィードバックすることによって達成される。   The present invention includes a steering assist command value calculation unit that calculates a steering assist command value based on a torque signal from a torque sensor, a current control unit that calculates a voltage command value based on the steering assist command value, and the voltage command A motor driving unit that drives the motor based on the value, and applies an assist force by the motor to the steering system, and the angular velocity and angular acceleration of the motor, the steering assist command value, and the torque signal Is provided with a SAT measurement unit that inputs SAT and performs measurement by a sensor, and feeds back the SAT value obtained by the SAT measurement unit to the steering assist command value. The object of the present invention is to provide a SAT change rate feedback section for calculating the change rate of the SAT value, and to provide the SAT change rate feedback. The SAT change rate calculated in parts is achieved by feeding back to the steering assist command value.

また、本発明の上記目的は、前記SAT変化率フィードバック部が微分演算部及びゲイン部で成っていることにより、或いは前記SAT変化率フィードバック部が更にローパスフィルタを具備していることにより、或いは前記ローパスフィルタのカットオフ周波数及び前記ゲイン部のゲインがそれぞれ車速により変更できるようになっていることにより、或いは前記ゲイン部のゲインが前記トルク信号により変更できるようになっていることにより、或いは前記ゲイン部のゲインが前記モータの回転速度により変更できるようになっていることにより、より効果的に達成される。   In addition, the object of the present invention is that the SAT change rate feedback unit includes a differential operation unit and a gain unit, or that the SAT change rate feedback unit further includes a low-pass filter, or The cutoff frequency of the low-pass filter and the gain of the gain section can be changed by the vehicle speed, or the gain of the gain section can be changed by the torque signal, or the gain This is achieved more effectively by the fact that the gain of the part can be changed by the rotational speed of the motor.

本発明によれば、セルフアライニングトルク(SAT)の推定を行うSAT推定部若しくはセンサによる測定を行うSAT測定部を設け、このSAT推定部で推定されたSAT推定値若しくはSAT測定部で測定されたSAT値の変化率をフィードバックするようになっているので、ドライバにとって路面情報の変化が認識できるようになるため、車両挙動を予測し易くなり、安全で快適な操舵性能を得ることができる。   According to the present invention, the SAT estimation unit for estimating the self-aligning torque (SAT) or the SAT measurement unit for measuring by the sensor is provided, and the SAT estimation value estimated by the SAT estimation unit or the SAT measurement unit is measured. Since the change rate of the SAT value is fed back, the driver can recognize the change in the road surface information, so that the vehicle behavior can be easily predicted, and a safe and comfortable steering performance can be obtained.

本発明では、SAT推定値若しくはSAT測定値の変化率をフィードバックするようにしている。これにより、SATの変化がドライバに伝達されるようになり、ドライバにとっては車両挙動を予測し易い操舵フィーリングとなる。   In the present invention, the rate of change of the estimated SAT value or the measured SAT value is fed back. As a result, the change in SAT is transmitted to the driver, and the steering feeling is easy for the driver to predict the vehicle behavior.

以下に本発明の実施例を、図11に対応させて図1に示して説明する。図11と同一部には同一符号を付して、説明を省略する。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1 corresponding to FIG. The same parts as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本発明では、SAT推定部117はトルク信号Tr、角速度(モータ回転速度)ω、角加速度*ω及び加算器116Aからの加算結果である操舵補助指令値Ibを入力してSATを推定し、そのSAT推定値*SATを減算器116Cにフィードバックすると共に、SAT変化率フィードバック部130を経てフィードバックしている。即ち、フィードバック推定値SATは減算器116Cに直接減算入力され、SAT変化率フィードバック部130の出力*SATも減算器116Cに減算入力されている。 In the present invention, the SAT estimation unit 117 estimates the SAT by inputting the torque signal Tr, the angular velocity (motor rotational speed) ω, the angular acceleration * ω, and the steering assist command value Ib that is the addition result from the adder 116A. The SAT estimated value * SAT is fed back to the subtractor 116C and fed back via the SAT change rate feedback unit 130. That is, the feedback estimated value SAT is directly subtracted and input to the subtractor 116C, and the output * SAT D of the SAT change rate feedback unit 130 is also subtracted and input to the subtractor 116C.

SAT変化率フィードバック部130の構成は図2に示すようになっており、SAT推定値*SATを入力して微分することによりSAT変化率*SATdを求める微分演算部131と、微分演算部131からのSAT変化率*SATdを入力して、図3に示すカットオフ特性で高周波成分をカットするローパスフィルタ132と、ローパスフィルタ132からの信号uを入力して車速信号Vel、トルク信号Tr及び角速度ωに対応してゲインが変化するゲイン部133とで構成されている。よって、SAT変化率フィードバック部130にはSAT推定値*SAT、車速信号Vel、トルク信号Tr及び角速度ωが入力されている。
なお、ゲイン部133は、図4(A)に示すように低車速で低ゲインとなる車速信号Velの関数G(Vel)と、図4(B)に示すように大きな操舵トルク時に低ゲインとなるトルク信号Trの関数Gt(Tr)と、図4(C)に示すように角速度ωの大きさに応じてゲインが線形状に大きくなる角速度ωの関数Go(ω)とで順次乗算され、その出力*SATは下記(3)式となる。

*SAT=u×{G(Vel)×Gt(Tr)×Go(ω)} ・・・(3)

このような構成において、SAT推定部117はトルク信号Tr、角速度ω、角加速度*ω及び加算器116Aからの操舵補助指令値Ibを入力してSATを推定するが、その推定は前述した(2)式による。推定されたSAT推定値*SATは加減算部116C及びSAT変化率フィードバック部130に入力され、これによりステアリング伝達系の遅れが補償されると共に、車両挙動を予測することができる。
The configuration of the SAT change rate feedback unit 130 is as shown in FIG. 2. From the differential calculation unit 131 that obtains the SAT change rate * SATd by inputting and differentiating the SAT estimated value * SAT, SAT change rate * SATd is input, and a low-pass filter 132 that cuts high-frequency components with the cutoff characteristics shown in FIG. 3 and a signal u from the low-pass filter 132 are input to input a vehicle speed signal Vel, torque signal Tr, and angular velocity ω And a gain unit 133 whose gain changes correspondingly. Therefore, the SAT change rate feedback unit 130 receives the SAT estimated value * SAT, the vehicle speed signal Vel, the torque signal Tr, and the angular velocity ω.
Note that the gain unit 133 has a function G V (Vel) of the vehicle speed signal Vel that becomes a low gain at a low vehicle speed as shown in FIG. 4A, and a low gain at a large steering torque as shown in FIG. The function Gt (Tr) of the torque signal Tr and the function Go (ω) of the angular velocity ω whose gain increases in a linear shape according to the magnitude of the angular velocity ω as shown in FIG. The output * SAT D is expressed by the following equation (3).

* SAT D = u × {G V (Vel) × Gt (Tr) × Go (ω)} (3)

In such a configuration, the SAT estimation unit 117 estimates the SAT by inputting the torque signal Tr, the angular velocity ω, the angular acceleration * ω, and the steering assist command value Ib from the adder 116A, and the estimation is described above (2 ). The estimated SAT estimated value * SAT is input to the addition / subtraction unit 116C and the SAT change rate feedback unit 130, thereby compensating for the delay in the steering transmission system and predicting the vehicle behavior.

SAT変化率フィードバック部130は、伝達関数で表記すると、sをラプラス演算子、Tを時定数として、下記(4)式の近似微分式で、入力されたSAT推定値*SATを微分する。

・s/(T・s+1) ・・・(4)

このようにSAT推定値*SATはSAT変化率フィードバック部130に入力され、先ず上記(4)式に従って微分補償部131で微分され、求められたSAT変化率*SATdがローパスフィルタ132に入力され、高周波のノイズ成分が除去された後にゲイン部133に入力される。ゲイン部133では、先ず車速信号Velに基づいて図4(A)に示す関数G(Vel)でゲイン調整され、その後にトルク信号Trに基づいて図4(B)に示す関数Gt(Tr)でゲイン調整され、更にその後、角速度ωに基づいて図4(C)に示す関数Go(ω)でゲイン調整される。なお、関数G(Vel),関数Gt(Tr),関数Go(ω)のゲイン調整の順番は任意に変更しても良い。
When expressed as a transfer function, the SAT change rate feedback unit 130 differentiates the input SAT estimated value * SAT with an approximate differential expression of the following expression (4), where s is a Laplace operator and T 1 is a time constant.

T 1 · s / (T 1 · s + 1) (4)

Thus, the SAT estimated value * SAT is input to the SAT change rate feedback unit 130, first differentiated by the differential compensation unit 131 according to the above equation (4), and the obtained SAT change rate * SATd is input to the low pass filter 132, After the high frequency noise component is removed, it is input to the gain unit 133. In the gain unit 133, first, the gain is adjusted with a function G V (Vel) shown in FIG. 4A based on the vehicle speed signal Vel, and then the function Gt (Tr) shown in FIG. 4B based on the torque signal Tr. Then, the gain is adjusted with the function Go (ω) shown in FIG. 4C based on the angular velocity ω. The order of gain adjustment of the function G V (Vel), the function Gt (Tr), and the function Go (ω) may be arbitrarily changed.

このようにして、SAT推定値*SATの変化率*SATdを求め、ローパスフィルタ132を経てゲイン部133でゲイン調整して減算部116Cにフィードバックするようにして、SATの変化率で操舵補助指令値フィードバックしているためにドライバが車両挙動をし易くなる効果を有し、ローパスフィルタ132を通しているために変化率*SATdを求める際のノイズを低減できる。   In this way, the SAT estimated value * SAT change rate * SATd is obtained, and the gain is adjusted by the gain unit 133 via the low-pass filter 132 and fed back to the subtraction unit 116C. Since feedback is provided, the driver has the effect of facilitating the vehicle behavior, and noise passing through the low-pass filter 132 can reduce noise when obtaining the change rate * SATd.

また、ローパスフィルタ132のカットオフ周波数及びゲイン部133のゲインが、図3に示すように車速信号Velによって変更できるようになっているため、低車速ではノイズ感を抑え、高車速ではSAT変化率のフィードバックを強めて操舵感を改善することができる。さらに、ゲイン部133のゲインが操舵トルク(トルク信号)感応になっていると共に、角速度感応になっているため、操舵速度によらない一定のリサージュ特性(舵角速度対操舵トルク又はヨーレート特性)とすることができ、ドライバにとって車両挙動を予測し易くなる。   Further, since the cutoff frequency of the low-pass filter 132 and the gain of the gain unit 133 can be changed by the vehicle speed signal Vel as shown in FIG. 3, the noise feeling is suppressed at a low vehicle speed, and the SAT change rate at a high vehicle speed. The steering feeling can be improved by strengthening the feedback. Furthermore, since the gain of the gain unit 133 is sensitive to steering torque (torque signal) and is sensitive to angular velocity, a constant Lissajous characteristic (steering angular velocity versus steering torque or yaw rate characteristic) independent of the steering speed is obtained. This makes it easier for the driver to predict the vehicle behavior.

図5はブラシレスモータ200を駆動する場合のコントロールユニット210の構成例を示しており、トルクセンサ201からのトルク信号Trは操舵補助指令値演算部211に入力されると共に、SAT推定部230及びSAT変化率フィードバック部250に入力される。車速センサ202からの車速信号Velは操舵補助指令値演算部211に入力されると共に、SAT変化率フィードバック部250及び収れん性補償部220に入力される。操舵補助指令値演算部211で演算された操舵補助指令値Iref1は加算部222で補償信号CM2と加算され、加算結果である操舵補助指令値Iref2がSAT推定部230に入力されると共に、2相を3相に変換する2相/3相変換部226に入力される。2相/3相変換部226には回転センサ217からの角度θも入力されており、3相に変換された操舵補助指令値Iref2が減算部226に入力される。減算部223は操舵補助指令値Iref2とモータ電流Imとの各相の偏差電流ΔIを求め、各相の偏差電流ΔIによってPI電流制御部212、パルス幅変調(PWM)部213及びインバータ214を介してブラシレスモータ200を駆動する。ブラシレスモータ200には、回転センサ217が連結されている
ブラシレスモータ200の各相のモータ電流Imは、モータ電流検出部215で検出されて減算部223に入力され、ブラシレスモータ200に連結されている回転センサ217からの角度θは2相/3相変換部226に入力されると共に、角速度演算部218に入力される。角速度演算部218で演算された角速度ωは、角加速度演算部218に入力されると共に、収れん性制御部220、SAT推定部230及びSAT変化率フィードバック部250に入力される。角加速度演算部218で演算された角加速度*ωはSAT推定部230及び慣性補償部221に入力される。SAT推定部230からのSAT推定値*SATは前述したような構成のSAT変化率フィードバック部250に入力されると共に、加算部224に入力されている。また、SAT変化率フィードバック部250からのSAT値*SATも加算部224に入力され、慣性補償部221からの慣性信号Iiと加算され、補償信号CM1として加算部225に入力される。加算部225には収れん性補償部220からの収れん性信号Icも入力され、補償信号CM1と加算された補償信号CM2が加算部222で操舵補助指令値Iref1に加算される。本例のSAT推定部230は図1のSAT推定部117に対応し、SAT変化率フィードバック部250は図1のSAT変化率フィードバック部130に対応している。
FIG. 5 shows an example of the configuration of the control unit 210 when the brushless motor 200 is driven. The torque signal Tr from the torque sensor 201 is input to the steering assist command value calculation unit 211, and the SAT estimation unit 230 and SAT. It is input to the change rate feedback unit 250. A vehicle speed signal Vel from the vehicle speed sensor 202 is input to the steering assist command value calculation unit 211 and also input to the SAT change rate feedback unit 250 and the convergence compensation unit 220. The steering assist command value Iref1 calculated by the steering assist command value calculation unit 211 is added to the compensation signal CM2 by the addition unit 222, and the steering assist command value Iref2 as the addition result is input to the SAT estimation unit 230 and the two-phase. Is input to a two-phase / three-phase converter 226 that converts the signal into three phases. The angle θ from the rotation sensor 217 is also input to the two-phase / three-phase conversion unit 226, and the steering assist command value Iref <b> 2 converted into three phases is input to the subtraction unit 226. The subtraction unit 223 obtains a deviation current ΔI of each phase between the steering assist command value Iref2 and the motor current Im, and uses the deviation current ΔI of each phase via the PI current control unit 212, the pulse width modulation (PWM) unit 213, and the inverter 214. Then, the brushless motor 200 is driven. The motor current Im of each phase of the brushless motor 200 to which the rotation sensor 217 is connected to the brushless motor 200 is detected by the motor current detection unit 215, input to the subtraction unit 223, and connected to the brushless motor 200. The angle θ from the rotation sensor 217 is input to the two-phase / three-phase converter 226 and also input to the angular velocity calculator 218. The angular velocity ω calculated by the angular velocity calculation unit 218 is input to the angular acceleration calculation unit 218 and also input to the convergence control unit 220, the SAT estimation unit 230, and the SAT change rate feedback unit 250. The angular acceleration * ω calculated by the angular acceleration calculation unit 218 is input to the SAT estimation unit 230 and the inertia compensation unit 221. The SAT estimated value * SAT from the SAT estimation unit 230 is input to the SAT change rate feedback unit 250 configured as described above, and also input to the addition unit 224. The SAT value * SAT D from the SAT change rate feedback unit 250 is also input to the adder 224, added to the inertia signal Ii from the inertia compensator 221, and input to the adder 225 as the compensation signal CM1. The addition unit 225 also receives the convergence signal Ic from the convergence compensation unit 220, and the compensation signal CM2 added to the compensation signal CM1 is added to the steering assist command value Iref1 by the addition unit 222. The SAT estimation unit 230 in this example corresponds to the SAT estimation unit 117 in FIG. 1, and the SAT change rate feedback unit 250 corresponds to the SAT change rate feedback unit 130 in FIG.

なお、上述の実施例ではSATをSAT推定部117で推定するようにしているが、センサによる測定でSATを求めるようにしても良い。   In the above-described embodiment, the SAT is estimated by the SAT estimation unit 117. However, the SAT may be obtained by measurement using a sensor.

本発明の実施例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the Example of this invention. 本発明に使用するSAT変化率フィードバック部の構成例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the structural example of the SAT change rate feedback part used for this invention. ローパスフィルタの特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of a characteristic of a low-pass filter. ゲイン部の特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of a characteristic of a gain part. 本発明をブラシレスモータの制御に適用した例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the example which applied this invention to control of a brushless motor. 一般的なステアリング機構例を示す図である。It is a figure which shows the example of a general steering mechanism. 従来装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a conventional apparatus. 路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode of the torque generate | occur | produced between a road surface and steering. SAT推定フィードバック部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a SAT estimation feedback part. ゲイン部の特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of a characteristic of a gain part. 従来装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a conventional apparatus. SATフィードバック部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a SAT feedback part.

符号の説明Explanation of symbols

1 操向ハンドル
3 減速ギア
10 トルクセンサ
12 車速センサ
20 モータ
21 モータ駆動部
100 コントロールユニット
110 トルク系制御部
111 アシスト量演算部
112 微分制御器
113 ヨーレート収れん性制御器
114 ロバスト安定化補償器
115 SAT推定フィードバック部
117、230 SAT推定部
118 フィードバック部
120 モータ系制御部
121 補償器
122 外乱推定器
123 モータ角速度推定部
124 モータ角加速度推定部
125 モータ特性補償部
130、250 SAT変化率フィードバック部
131 微分演算部
132 ローパスフィルタ
133 ゲイン部
200 ブラシレスモータ
218 角速度演算部
226 2相/3相変換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering handle 3 Reduction gear 10 Torque sensor 12 Vehicle speed sensor 20 Motor 21 Motor drive part 100 Control unit 110 Torque system control part 111 Assist amount calculation part 112 Differential controller 113 Yaw rate convergence controller 114 Robust stabilization compensator 115 SAT Estimation feedback unit 117, 230 SAT estimation unit 118 Feedback unit 120 Motor system control unit 121 Compensator 122 Disturbance estimator 123 Motor angular velocity estimation unit 124 Motor angular acceleration estimation unit 125 Motor characteristic compensation unit 130, 250 SAT change rate feedback unit 131 Differentiation Calculation unit 132 Low-pass filter 133 Gain unit 200 Brushless motor 218 Angular velocity calculation unit 226 2-phase / 3-phase conversion unit

Claims (6)

トルクセンサからのトルク信号に基づいて操舵補助指令値を算出する操舵補助指令値算出部と、前記操舵補助指令値に基づいて電圧指令値を算出する電流制御部と、前記電圧指令値に基づいてモータを駆動するモータ駆動部とで成り、前記モータによるアシスト力を操舵系に付与するようになっていると共に、前記モータの角速度及び角加速度、前記操舵補助指令値及び前記トルク信号を入力してSATの推定若しくはセンサによる測定を行うSAT測定部を設け、前記SAT測定部で求められたSAT値を前記操舵補助指令値にフィードバックしてい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SAT値の変化率を演算するSAT変化率フィードバック部を設け、前記SAT変化率フィードバック部で求めたSAT変化率を前記操舵補助指令値にフィードバックするようになってい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。 A steering assist command value calculation unit that calculates a steering assist command value based on a torque signal from a torque sensor, a current control unit that calculates a voltage command value based on the steering assist command value, and a voltage control value based on the voltage command value A motor driving unit that drives a motor, and applies assist force by the motor to a steering system, and inputs angular velocity and angular acceleration of the motor, the steering assist command value, and the torque signal. In a control device for an electric power steering apparatus, provided with a SAT measurement unit for estimating SAT or measuring with a sensor, and feeding back the SAT value obtained by the SAT measurement unit to the steering assist command value, the change in the SAT value A SAT change rate feedback unit for calculating the rate is provided, and the SAT change rate obtained by the SAT change rate feedback unit is calculated in advance. Control device for an electric power steering apparatus characterized by being adapted to feedback to the steering assist command value. 前記SAT変化率フィードバック部が微分演算部及びゲイン部で成っている請求項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 SAT change rate feedback unit includes a differential calculation unit and a gain unit. 前記SAT変化率フィードバック部が更にローパスフィルタを具備している請求項2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 2, wherein the SAT change rate feedback unit further includes a low-pass filter. 前記ローパスフィルタのカットオフ周波数及び前記ゲイン部のゲインがそれぞれ車速により変更できるようになっている請求項3に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 4. The control device for an electric power steering apparatus according to claim 3, wherein a cut-off frequency of the low-pass filter and a gain of the gain unit can be changed according to a vehicle speed. 前記ゲイン部のゲインが前記トルク信号により変更できるようになっている請求項3又は4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 the electric power steering apparatus according to claim 3 or 4, wherein a gain of the gain section can be changed by the torque signal. 前記ゲイン部のゲインが前記モータの回転速度により変更できるようになっている請求項3又は4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 3 or 4, wherein a gain of the gain section can be changed by a rotation speed of the motor.
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