JP5040414B2 - Control device for electric power steering device - Google Patents
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Description
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、特に車両の前進時と後退時にセルフアライニングトルク(以下、「SAT」とする)フィードバック値のゲインを変更可能にして安定性を向上した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 an electric power steering device that can change a gain of a self-aligning torque (hereinafter referred to as “SAT”) feedback value when a vehicle moves forward and backward to improve stability. The present invention relates to an apparatus control device.
車両のステアリング装置にモータの回転力で補助力(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補助力(アシスト力)を付与するようになっている。 An electric power steering device that applies an assisting force (steering assisting force) to a steering device of a vehicle by a rotational force of a motor is applied to a steering shaft or rack by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a reduction gear. An auxiliary force (assist force) is applied to the shaft.
このような電動パワーステアリング装置の一般的な構成例を、図3を参照して説明する。ステアリングホイール(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に結合されている。コラム軸2には、ステアリングホイール1の操舵トルクを検出するトルクセンサ10が設けられており、ステアリングホイール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からの操舵トルクTと車速センサ12で検出された車速Vが入力され、操舵トルクT及び車速V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。
A general configuration example of such an electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. A column shaft 2 of the steering wheel (handle) 1 is coupled to a tie rod 6 of a steered wheel via a reduction gear 3,
このように構成された電動パワーステアリング装置について、その制御装置の構成例を図4を参照して説明する。 An example of the configuration of the control device of the electric power steering apparatus configured as described above will be described with reference to FIG.
トルクセンサ10からの操舵トルクT及び車速センサ12からの車速Vはトルク系110を構成する操舵補助指令値算出部111に入力され、操舵補助指令値算出部111で算出された操舵補助指令値Iaが位相補償部112で位相補償されて加算部107Aに入力される。また、操舵トルクTはトルク系110を構成する微分部113に入力され、微分補償された操舵トルクTaが加算部107Aに入力される。
The steering torque T from the
加算部107Aには補償信号CM2も入力されており、加算部107Aでの加算結果である操舵補助指令値Icがモータ20の相数に合った電流指令値Idを演算する電流指令値演算部101に入力される。電流指令値Idは電流制御系120を構成する減算部121に入力され、減算部121にはモータ電流検出部125で検出されたモータ電流Imがフィードバック入力されており、電流指令値Idとモータ電流Imとの偏差(=Id−Im)が比例積分制御のPI制御部122に入力され、PI制御された電流指令値がパルス幅制御のPWM制御部123に入力されて電圧指令値Veとなり、電圧指令値Veによりインバータ124を介してモータ20が駆動される。
A compensation signal CM2 is also input to the adding
モータ20にはレゾルバ等の回転センサ21が取り付けられており、回転センサ21の信号を入力する角速度演算部102でモータ20の角速度ωが演算され、角速度ωは角加速度演算部103、収れん性制御部104及びSAT推定部106に入力される。収れん性制御部104は、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ものである。角加速度演算部103で演算された角加速度ω*は慣性補償部105及びSAT推定部106に入力され、操舵トルクT及び操舵補助指令値IbもSAT推定部106に入力されている。慣性補償部105は、操舵系の慣性により発生する力相当分をアシストするものであり、慣性感又は制御の応答性の悪化を防止する。
A
一方、SAT推定部106で推定されたSAT推定値SAT*は減算部107Cにフィードバック入力され、減算部107Cで慣性補償部105からの慣性信号N1から減算され、その減算結果である補償信号CM1が加算部107Bに入力される。収れん性制御部104からの収れん性信号N2も加算部107Bに入力され、加算部107Bで補償信号CM1が加算された補償信号CM2が加算部107Aに入力されている。上述のようにして補償若しくは補正された操舵補助指令値Icによって、モータ20は駆動制御される。
On the other hand, the SAT estimated value SAT * estimated by the
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5に示して説明すると、ドライバがハンドルを操舵することによって操舵トルクTが発生し、その操舵トルクT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、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+T ・・・(1)
ここで、初期値ゼロとして上記(1)式をラプラス変換し、SATについて解くと下記(2)式が得られる。
SAT(s)=Tm(s)+T(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*、操舵補助指令値及び操舵トルクTよりSATを推定することができる。
また、SAT推定部106で推定したSAT情報をそのままフィードバックすると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ができない。そのため、図6に示すように、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フィルタと、図7に示すような車速Vに感応したゲインK1を持つゲイン部とで、操舵感覚を向上するのに必要十分なSAT情報のみをSAT推定値SAT*としてフィードバックしている。
Here, the state of the torque generated between the road surface and the steering will be described with reference to FIG. 5. When the driver steers the steering wheel, the steering torque T is generated, and the
J ・ ω * + Fr ・ sign (ω) + SAT = Tm + T (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 ) + T (s) -J · ω * (s) - Fr · sign (ω (s)) ··· (2)
As can be seen from the above equation (2), the inertia J and static friction Fr of the
In addition, if the SAT information estimated by the
このような電動パワーステアリング装置において、従来はロバスト安定化補償により、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(例えば特開平8−290778号(特許文献1))。しかしながら、この制御装置では、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と共に、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。 In such an electric power steering apparatus, conventionally, system stability and sensitivity characteristics of road surface information and disturbance information are designed simultaneously by robust stabilization compensation (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-290778 (patent) Literature 1)). However, in this control device, since the reaction force at the time of steering near the steering neutral point is small, it is difficult to accurately convey the road surface information to the driver due to the influence of friction, and between the steering angle and the steering force. It is difficult to make the hysteresis characteristic comparable to that of hydraulic power steering.
かかる問題を解決する制御装置として、つまり周波数領域で路面情報及び外乱等の信号処理を行うことにより、チューニングし易く、安全で快適な操舵性能が得られる装置として、特開2002−369565号公報(特許文献2)に開示されたものがある。 As a control device that solves such a problem, that is, a device that can be tuned easily and obtain a safe and comfortable steering performance by performing signal processing such as road surface information and disturbance in the frequency domain, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-369565 ( There exists what was disclosed by patent document 2).
特許文献2に開示された制御装置は、モータ回転角速度、モータ回転角加速度、操舵補助力及び操舵信号を入力してSATの推定若しくはセンサによる測定を行うSATフィードバック部を設け、SATフィードバック部で求められたSAT値を、フィードバックフィルタを通して操舵補助指令値にフィードバックしている。
特許文献2の装置は、SATフィードバック部で求められたSAT値をフィードバックフィルタを通して操舵補助指令値にフィードバックし、車両の前進時には車両挙動に応じて補償量を補正しているので、ドライバは適切なハンドル操作を行うことができる。しかしながら、特許文献2の装置は、車両が後退(バック)することを何ら考慮しておらず、車両の後退時に車両挙動が不安定になる問題がある。 The device of Patent Document 2 feeds back the SAT value obtained by the SAT feedback unit to the steering assist command value through the feedback filter, and corrects the compensation amount according to the vehicle behavior when the vehicle moves forward. Handle operation can be performed. However, the apparatus disclosed in Patent Document 2 does not take into account that the vehicle moves backward (back), and there is a problem that the vehicle behavior becomes unstable when the vehicle moves backward.
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、チューニングし易く、しかも車両後退時においても車両挙動が安定す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 is easy to tune and that has stable vehicle behavior even when the vehicle is in reverse. .
本発明は、車両の操舵トルク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、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操舵トルクに基づいてSAT推定値を求めるSAT推定手段とを具備し、前記SAT推定値を前記操舵補助指令値に付与して前記モータを駆動し、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推定値のゲインを前記車両の前進時と後退時とで切替えると共に、前記前進時には、前進速度に応じて山形に変化するゲイン1であり、前記後進時には、前記ゲイン1よりも大きく、ステップ状に変化して一定となるゲイン2であることにより達成される。 The present invention provides a steering assist command value calculation unit that calculates a steering assist command value based on a steering torque of a vehicle, a current control unit that calculates a voltage command value based on the steering assist command value, and a voltage command value A motor driving unit for driving the motor based on the motor, and SAT estimation means for obtaining a SAT estimation value based on the angular velocity and acceleration of the motor, the steering assist command value, and the steering torque, and The present invention relates to a control device for an electric power steering apparatus configured to apply a steering assist command value to drive the motor and apply an assist force by the motor to a steering system. switches the gain at the time of retreat during forward of the vehicle, said during forward is the gain 1 that varies a mountain in accordance with the forward speed, when the reverse of the previous Gain 1 greater than is achieved by a gain 2 becomes constant changes stepwise.
本発明の上記目的は、前記車両の停止時に、前記SAT推定値のゲインが0となっていることにより、或いは前記SAT推定手段に代えてSAT測定手段を用いていることにより、より効果的に達成される。 The above-mentioned object of the present invention is more effective when the gain of the SAT estimated value is 0 when the vehicle is stopped , or by using SAT measuring means instead of the SAT estimating means. Achieved.
本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、SAT推定値若しくはセンサで測定されたSAT値のフィードバック量を車両の前進時と後退時とで可変して操舵補助指令値に付与するようにしているので、チューニングし易く、車両後退時においても車両挙動が安定する利点がある。 According to the control device for the electric power steering apparatus according to the present invention, the feedback amount of the SAT estimated value or the SAT value measured by the sensor is varied between when the vehicle moves forward and when the vehicle moves backward, and is given to the steering assist command value. Therefore, there are advantages that tuning is easy and the vehicle behavior is stable even when the vehicle is moving backward.
本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置では、SAT推定値若しくはセンサで測定されたSAT値を車両の前進時と後退時とで可変して操舵補助指令値に付与している。即ち車両後退時には、車両前進時に比べてSATフィードバック量のゲインを上げるようにしている。このため、車両前進時においても、更に車両後退時においても車両挙動が安定する。 In the control device for the electric power steering apparatus according to the present invention, the estimated SAT value or the SAT value measured by the sensor is variably applied to the steering assist command value when the vehicle is moving forward and backward. That is, when the vehicle is moving backward, the gain of the SAT feedback amount is increased compared to when the vehicle is moving forward. For this reason, the vehicle behavior is stabilized both when the vehicle moves forward and when the vehicle moves backward.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の構成例を図4に対応させて示しており、本発明ではSAT推定部106で推定されたSAT推定値SAT*を、ゲインK2可変のゲイン部130を経て減算部107Cに入力している。そして、ゲイン部130のゲインK2をミッション部若しくはCAN(Control Area Network)からの車両後退信号Bで可変する。ゲイン部130は、車両後退信号Bが入力されていない車両前進時又は停止時にはゲインK2を小さくし、車両後退信号Bが入力されたときにゲインK2が大きくなるように切替えている。その他の構成要素及びその作用は図4と同様である。
FIG. 1 shows an example of the configuration of the present invention corresponding to FIG. 4. In the present invention, the SAT estimated value SAT * estimated by the
ゲイン部130の特性は図2に示すように、車両の前進時には前進速度に応じて山形に変化するゲインAK2となり、車両の後退時には、ゲインAK2よりも大きく、ステップ状に変化して一定となるゲインBK2となる。従って、車両の後退時には、前進時に比べて大きなゲインでSAT推定値SAT*が減算部107Cにフィードバックされる。即ち、車両前進時のSATフィードバック量は
AK2・SAT* ・・・(3)
であるのに対し、車両後退時のSATフィードバック量は
BK2・SAT*(>AK2・SAT*) ・・・(4)
となる。このように、車両後退時にSAT推定値SAT*のフィードバック量が大きくなるため、車両後退時においても車両挙動が安定する。
As shown in FIG. 2, the characteristic of the gain unit 130 is a gain AK2 that changes in a mountain shape according to the forward speed when the vehicle moves forward, and is larger than the gain AK2 and becomes constant in a step shape when the vehicle moves backward. Gain BK2. Therefore, when the vehicle moves backward, the SAT estimated value SAT * is fed back to the subtracting unit 107C with a larger gain than when moving forward. That is, the amount of SAT feedback when the vehicle moves forward is
AK2 ・ SAT *・ ・ ・ (3)
On the other hand, the amount of SAT feedback when the vehicle reverses
BK2 / SAT * (> AK2 / SAT * ) (4)
It becomes. Thus, since the feedback amount of the SAT estimated value SAT * becomes large when the vehicle is reverse, the vehicle behavior is stabilized even when the vehicle is reverse.
なお、上述ではSAT推定部106で推定したSAT推定値SAT*をフィードバックする例を説明しているが、SATセンサで測定したSAT値に対して、ゲインを変えてフィードバックするようにしても良い。
Although an example in which the SAT estimated value SAT * estimated by the
また、本発明は、コラム式及びピニオン式電動パワーステアリング装置に適用できることは勿論、ラックアシスト式電動パワーステアリング装置にも適用可能である。 The present invention can be applied not only to column-type and pinion-type electric power steering devices, but also to rack-assisted electric power steering devices.
1 ステアリングホイール(ハンドル)
3 減速ギア
10 トルクセンサ
12 車速センサ
14 バッテリ
20 モータ
21 回転センサ
100 コントロールユニット
101 電流指令値演算部
102 角速度演算部
103 角加速度演算部
104 収れん性制御部
105 慣性補償部
106 SAT推定部
110 トルク系
111 操舵補助指令値算出部
112 位相補償部
113 微分部
120 電流制御系
121 減算部
122 PI制御部
123 PWM制御部
124 インバータ
125 モータ電流検出部
130 ゲイン部
1 Steering wheel (handle)
3
Claims (3)
前記SAT推定値のゲインを前記車両の前進時と後退時とで切替えると共に、前記前進時には、前進速度に応じて山形に変化するゲイン1であり、前記後進時には、前記ゲイン1よりも大きく、ステップ状に変化して一定となるゲイン2であ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 the steering torque of the vehicle, a current control unit that calculates a voltage command value based on the steering assist command value, and a motor based on the voltage command value A motor driving unit for driving, and SAT estimation means for obtaining a SAT estimated value based on the angular velocity and angular acceleration of the motor, the steering assist command value, and the steering torque, and the SAT estimated value is used as the steering assist command value. In the control device of the electric power steering device, which is adapted to drive the motor by applying to the steering system and to apply the assist force by the motor to the steering system.
The gain of the SAT estimated value is switched between when the vehicle is moving forward and when the vehicle is moving forward, and when the vehicle is moving forward , the gain is 1 which changes in a mountain shape according to the moving speed, and when the vehicle is moving backward, the gain is larger than the gain 1. A control device for an electric power steering apparatus, characterized in that the gain is 2 which changes to be constant .
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