JP6069896B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、自動操舵モード(駐車支援)と手動操舵モードの機能を有し、車両の操舵系にモータによるアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に自動操舵モード時の操舵制御(パーキングアシスト)の正確さと操舵フィーリングを向上すると共に、ハンドルの振動を抑制する制振機能を具備した電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus having functions of an automatic steering mode (parking support) and a manual steering mode, and applying an assist force by a motor to a steering system of a vehicle, and more particularly, steering control in an automatic steering mode. The present invention relates to an electric power steering apparatus having a vibration suppression function that improves the accuracy and steering feeling of (parking assist) and suppresses vibration of a steering wheel.
車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力(アシスト力)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構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。かかる従来の電動パワーステアリング装置(EPS)は、操舵補助力の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、操舵補助指令値(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)制御のデューティの調整で行っている。 An electric power steering apparatus that applies a steering assist force (assist force) to a vehicle steering mechanism by a rotational force of a motor is provided with a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reduction mechanism. A steering assist force is applied to the vehicle. Such a conventional electric power steering device (EPS) performs feedback control of the motor current in order to accurately generate the torque of the steering assist force. In feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value is small. The adjustment of the motor applied voltage is generally performed by PWM (pulse width). This is done by adjusting the duty of modulation) control.
電動パワーステアリング装置の一般的な概略構成を図1に示して説明すると、ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト)2は、モータ20に連結されたウォームとウォームに係合するウォームホイールとで成る減速機構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、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、ハンドル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、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速機構3を介してコラム軸2に連結されている。電動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(ECU)30には、バッテリ13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る。コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTrと車速センサ12で検出された車速Velとに基づいてアシスト(操舵補助)指令の操舵補助指令値の演算を行い、操舵補助指令値に補償等を施した電流制御値Eによってモータ20に供給する電流を制御する。なお、車速VelはCAN(Controller Area Network)等から受信することも可能であり、コラム軸2は、出力軸側に伸縮可能な中間シャフト(インタミシャフト)を具備する場合もある。
A general schematic configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 1. A column shaft (steering shaft) 2 of the
図2は中間シャフト(ロアシャフト40)を具備する電動パワーステアリング装置の外観例を示し、図3はその断面構造を示している。コラム軸2の入力軸2aは円筒状のコラム41内に挿入されており、入力軸2aの先端部に数分の隙間をもって出力軸2bの後面が配置されており、出力軸2bは更にユニバーサルジョイント4aを介して、中間シャフトを形成するロアシャフト40に連結されている。そして、トーションバー42が出力軸2b内を貫通して配置され、更に入力軸2aの先端部にトーションバー42が圧入されており、トーションバー42と出力軸2bは先端側においてピン43で固定されている。また、コラム41に連結されたハウジング45には、上下位置を調整するためのチルトレバー44が設けられている。入力軸2aと出力軸2bとの間には数分の隙間があり、入力軸2aの先端部にトーションバー42が圧入されると共に、トーションバー42は出力軸2bにピン43で固定されているので、トーションバー42を用いてハンドルの捩れ量(捩れ角)を検出することができる。
FIG. 2 shows an example of an external appearance of an electric power steering apparatus having an intermediate shaft (lower shaft 40), and FIG. 3 shows a cross-sectional structure thereof. The
コントロールユニット30はハウジング内に内蔵されており、主としてCPU(又はMPUやMCU)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、図4のようになっている。
The
図4を参照してコントロールユニット30の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTr及び車速センサ12からの車速Velは操舵補助指令値演算部31に入力され、アシストマップを用いて操舵補助指令値Irefが演算される。演算された操舵補助指令値Irefは過熱保護条件等に基づいて最大出力制限部32で出力を制限され、最大出力を制限された電流指令値Iは減算部33に入力される。操舵トルクTr及び車速Velに基づいて電流指令値Iを生成する部分が、トルク制御部を形成している。
The function and operation of the
減算部33は、電流指令値Iとフィードバックされているモータ20のモータ電流iとの偏差ΔI(=I−i)を求め、偏差ΔIはPI等の電流制御部34で制御され、制御された電流制御値EはPWM制御部35に入力されてデューティを演算され、デューティを演算されたPWM信号PSによってモータ駆動回路36を介してモータ20を駆動する。モータ20のモータ電流iはモータ電流検出回路37で検出され、モータ電流iが減算部33に入力されてフィードバックされる。
The
電流制御値Eでモータ電流iを制御し、モータ20を駆動するモータ駆動回路36には、半導体スイッチング素子(FET)とモータとをブリッジ接続したブリッジ回路を使用し、電流制御値Eに基づいて決定されたPWM信号のデューティにより半導体スイッチング素子をON/OFF制御してモータ電流iを制御する。
The
このような電動パワーステアリング装置において、近年駐車支援機能(パーキングアシスト)を搭載し、自動操舵モードと手動操舵モードとを切り換える車両が出現して来ており、駐車支援機能を搭載した車両にあってはカメラ(画像)や距離センサなどのデータを基に目標操舵角を設定し、目標操舵角に従った自動制御が行われる。 In such an electric power steering apparatus, in recent years, a vehicle having a parking assist function (parking assist) and switching between an automatic steering mode and a manual steering mode has emerged. Sets a target steering angle based on data such as a camera (image) and a distance sensor, and automatic control is performed according to the target steering angle.
WO 2008/146372(特許文献1)では、ハンドル角検出手段からのハンドル操舵角検出値と伝達特性とに基づき、副操舵角重畳機構により付加される目標副操舵角又は目標操向角を生成して、目標副操舵角と副操舵角検出手段からの副操舵角検出値とが一致するか、又は目標副操舵角と副操舵角検出手段からの副操舵角検出値とが一致するように、モータの目標駆動量を算出する目標駆動量算出手段と、目標駆動量に応じてモータを駆動するモータ駆動手段とを設け、運転者のハンドル操舵に応じて操向車輪を転舵させている。 In WO 2008/146372 (Patent Document 1), a target sub steering angle or a target steering angle added by a sub steering angle superimposing mechanism is generated based on a steering wheel angle detection value from a steering wheel angle detection means and a transmission characteristic. Thus, the target sub steering angle and the sub steering angle detection value from the sub steering angle detection means match, or the target sub steering angle and the sub steering angle detection value from the sub steering angle detection means match, Target drive amount calculation means for calculating the target drive amount of the motor and motor drive means for driving the motor according to the target drive amount are provided, and the steered wheels are steered according to the steering of the driver's steering wheel.
しかしながら、特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置では、目標操舵角に対してレート制限処理を行っていないので、目標操舵角が急激に変化した場合には、運転者の操舵感を害することになってしまう。また、車速に応じたゲイン制御を行っていないので、車速に対応した緻密な制御ができないという問題がある。
However, in the electric power steering device described in
また、自動操舵モードの舵角制御時に操舵角が動くことにより、ハンドルとトーションバーの慣性とバネ性により、ハンドルに回転振動現象が発生する場合がある。即ち、自動操舵モードの場合は手放し運転となり、モータ(20)→ウォーム(3)→ウォームホイール(3)→出力軸(2b)→ユニバーサルジョイント(4a)→中間シャフト(40)→ユニバーサルジョイント(4b)→ピニオンラック機構(5)→タイロッド(6a,6b)→操向車輪(8L,8R)の順にトルク伝達され、トーションバー(42)を介してハンドル(1)が回転するため、慣性とバネによる回転振動が発生する。また、路面の振動(走行振動)が起因し、出力軸に振動が入ってくる。このような振動を抑制する対策として、トーションバーの捩れ角度の微分(捩れ角速度)にゲインを乗算した振動用電流指令値を加算することによって、振動を抑制することができる。例えば特開2003−237607号公報(特許文献2)では、ハンドルが接続する入力シャフトとモータが係合する出力シャフトとの間に設けられたトーションバーの捩れ角をトルクセンサを用いて検出し、捩れ角とその微分値に基づいて電流指令値を決定し、制振効果を得るようになっている。 Further, when the steering angle moves during the steering angle control in the automatic steering mode, a rotational vibration phenomenon may occur in the steering wheel due to the inertia and springiness of the steering wheel and the torsion bar. That is, in the case of the automatic steering mode, the operation is letting go, and the motor (20) → worm (3) → worm wheel (3) → output shaft (2b) → universal joint (4a) → intermediate shaft (40) → universal joint (4b) ) → Pinion rack mechanism (5) → Tie rods (6a, 6b) → Steering wheels (8L, 8R) in this order, torque is transmitted and the handle (1) rotates via the torsion bar (42). Rotational vibration due to. Further, road surface vibration (running vibration) is caused, and vibration enters the output shaft. As a measure for suppressing such vibrations, vibrations can be suppressed by adding a vibration current command value obtained by multiplying a torsion bar torsion angle derivative (torsion angular velocity) by a gain. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-237607 (Patent Document 2), a torsion angle of a torsion bar provided between an input shaft connected to a handle and an output shaft engaged with a motor is detected using a torque sensor, A current command value is determined based on the twist angle and its differential value, and a vibration damping effect is obtained.
しかしながら、自動操舵モードと手動操舵モード機能を有する車両にあっては、自動操舵モードはトルク制御ではなく舵角制御であるので、トルクセンサを使用することは負荷容量を増大させてしまうことになる。そのため、自動操舵モードにおいて、トルクセンサを用いることなく、つまりトルクセンサを停止させて、しかも効率良く制振効果を得ることが要請されている。 However, in a vehicle having an automatic steering mode and a manual steering mode function, since the automatic steering mode is not the torque control but the steering angle control, the use of the torque sensor increases the load capacity. . Therefore, in the automatic steering mode, it is required to obtain a vibration damping effect efficiently without using the torque sensor, that is, by stopping the torque sensor.
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、自動操舵モード(駐車支援機能)と手動操舵モードを有する車両において、自動操舵モードにおいてトルクセンサを用いないで制振効果を得ると共に、算出された目標操舵角に従って正確に操舵でき、目標操舵角が急操舵であっても円滑に操舵でき、低車速においても応答性若しくは定常偏差を上げることによって、常に目標操舵角に近づけることが可能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。 The present invention has been made under the circumstances described above, and an object of the present invention is to suppress vibration without using a torque sensor in an automatic steering mode in a vehicle having an automatic steering mode (parking support function) and a manual steering mode. It is possible to steer accurately according to the calculated target steering angle while obtaining the effect, and even if the target steering angle is abrupt steering, it can be smoothly steered. An object of the present invention is to provide an electric power steering device that can be brought close to the above.
本発明は、操舵トルク及び車速に基づいてモータ電流指令値1を演算し、前記モータ電流指令値1に基づいてモータを駆動して操舵系をアシスト制御すると共に、自動操舵モードと手動操舵モードとを切り換える機能を有する電動パワーステアリング装置において、コラム軸角速度に基づいて、トーションバーの捩れ角を検出し、前記トーションバーの捩れ角の角速度推定値を求め、前記角速度推定値に基づいて演算した制振用電流指令値を演算する制振機能部と、目標操舵角、実操舵角、前記車速及び前記モータのモータ角速度に基づいて演算したモータ電流指令値と、前記制振用電流指令値とを加算したモータ電流指令値2を算出すると共に、制振機能を有する舵角制御部と、前記モータ電流指令値1及び前記モータ電流指令値2を入力して切り換える切換部と、を具備し、トーションバーの固有振動数、減衰比をそれぞれω n 、ζとし、前記コラム角速度、前記トーションバーの捩れ角速度推定値をそれぞれω 1 、ω e とし、前記制振機能部は、前記捩れ角速度推定値を
という伝達関数を用いて算出し、前記自動操舵モード及び手動操舵モードの切換指令に応じて前記切換部が切り換えられ、前記手動操舵モード時に、前記モータ電流指令値1に基づいて前記モータを駆動制御し、前記自動操舵モード時に、前記モータ電流指令値2に基づいて前記モータを駆動制御し、トルクセンサを停止すると共に、前記制振機能部によってハンドルの振動を抑制することにより達成される。
The present invention calculates a motor
And the switching unit is switched according to the switching command between the automatic steering mode and the manual steering mode, and the motor is driven and controlled based on the motor
また、本発明の上記目的は、前記舵角制御部が、前記目標操舵角の時間変化を円滑化するレートリミッタと、前記レートリミッタの出力と前記実操舵角との操舵角偏差を比例ゲイン倍及び積分ゲイン倍して加算する比例積分部と、前記モータ角速度を速度ゲイン倍して前記比例積分部の加算値から減算してモータ電流指令値3を求める速度部と、前記モータ電流指令値3を前記車速に応じて車速ゲイン倍してモータ電流指令値4を出力する車速部と、前記モータ角速度を入力して制振用電流指令値を生成し、前記モータ電流指令値4に前記制振用電流指令値を加算して前記モータ電流指令値2を出力する制振機能部とで構成されていることにより、或いは前記制振機能部が、前記モータ角速度を減速比で除算してコラム軸角速度を出力する分数部と、前記コラム軸角速度を関数変換して捩れ角速度推定値を得る捩れ角速度推定部と、前記捩れ角速度推定値に制振ゲインを乗算して前記制振用電流指令値を出力する制振ゲイン部とで構成されていることにより、或いは前記舵角制御部が、前記目標操舵角の時間変化を円滑化するレートリミッタと、前記レートリミッタの出力と前記実操舵角との操舵角偏差を比例ゲイン倍及び積分ゲイン倍して加算する比例積分部と、前記モータ角速度を速度ゲイン倍して前記比例積分部の加算値から減算してモータ電流指令値3を求める速度部と、前記モータ角速度を入力して制振用電流指令値を生成し、前記モータ電流指令値3に前記制振用電流指令値を加算してモータ電流指令値5を出力する前記制振機能部と、前記モータ電流指令値5を前記車速に応じて車速ゲイン倍して前記モータ電流指令値2を出力する車速部とで構成されていることにより、或いは前記制振機能部が、前記モータ角速度を減速比で除算してコラム軸角速度を出力する分数部と、前記コラム軸角速度を関数変換して捩れ角速度推定値を得る捩れ角速度推定部と、前記捩れ角速度推定値に位相補償を施して前記制振用電流指令値を出力する位相補償部とで構成されていることにより、或いは前記レートリミッタが、前記目標操舵角の過去値を保持する保持部と、前記目標操舵角と前記過去値との差分が所定の上限値を超えないように、かつ所定の下限値未満とならないように設定する変化分設定部とで構成されていることにより、或いは前記舵角制御部の最終段に入力値が所定の範囲内にあればそのまま出力し、前記所定の範囲外にあればその範囲の上限値又は下限値を出力する制限するリミッタが設けられており、前記リミッタより前記モータ電流指令値2が出力されることにより、より効果的に達成される。
Also, the object of the present invention is that the steering angle control unit is configured to multiply a rate limiter for facilitating a time change of the target steering angle , and a steering angle deviation between an output of the rate limiter and the actual steering angle by a proportional gain. And a proportional integration unit that multiplies and adds the integral gain; a speed unit that multiplies the motor angular velocity by a speed gain and subtracts it from the addition value of the proportional integration unit; and obtains the motor
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、自動操舵モード(駐車支援機能)と手動操舵モードを有する車両において、カメラ(画像)や距離センサなどのデータから算出する目標操舵角を、車速を考慮して算出しているので、目標操舵角に対して正確に操舵することができると共に、運転者に違和感を与えることもない。また、急激な目標操舵角については円滑化して制御しているので、自動運転においても運転者に不安感を与えることもない。 According to the electric power steering apparatus of the present invention, in a vehicle having an automatic steering mode (parking support function) and a manual steering mode, a target steering angle calculated from data such as a camera (image) and a distance sensor is taken into consideration for the vehicle speed. Therefore, the steering can be accurately performed with respect to the target steering angle, and the driver does not feel uncomfortable. In addition, since the abrupt target steering angle is controlled in a smooth manner, the driver will not feel uneasy even in automatic driving.
更に、自動操舵モードにおいて、トルクセンサを停止させて、トーションバーの捩れ角度の微分(捩れ角速度)に制振ゲインを乗算した制振用電流指令値を電流指令値に加算して補正しているので、トルクセンサを用いることなく制振効果を得ることができる。また、トルクセンサ値を用いないので、制御負荷容量を軽減することができる。 Further, in the automatic steering mode, the torque sensor is stopped, and the damping current command value obtained by multiplying the torsion bar torsion angle derivative (torsion angular velocity) by the damping gain is added to the current command value for correction. Therefore, a vibration control effect can be obtained without using a torque sensor. Moreover, since the torque sensor value is not used, the control load capacity can be reduced.
自動操舵モード(駐車支援機能)と手動操舵モードの機能を有する車両にあっても、タイヤを通して操舵系に伝わる路面反力(SAT)は車速によって異なってくる。そのため、自動操舵モード時に操舵を算出された目標操舵角に自動制御する際、車速により操舵角の応答が異なることになる。そこで本発明では、車速に応じて自動制御のモータ電流指令値を調整するようにし、タイヤが路面から受ける路面反力の影響を軽減するようにしている。また、本発明では、目標操舵角にレートリミッタによる円滑化処理を施すようにしており、目標操舵角の急変時においてもハンドル操舵角の応答を和らげる効果を得ている。車速に関係なく、目標操舵角に対して正確に車両を移動させることができ、運転者に対してより安全である。 Even in a vehicle having the functions of the automatic steering mode (parking support function) and the manual steering mode, the road surface reaction force (SAT) transmitted to the steering system through the tire varies depending on the vehicle speed. Therefore, when the steering is automatically controlled to the calculated target steering angle in the automatic steering mode, the response of the steering angle varies depending on the vehicle speed. Therefore, in the present invention, the motor current command value for automatic control is adjusted according to the vehicle speed so as to reduce the influence of the road surface reaction force that the tire receives from the road surface. In the present invention, the target steering angle is smoothed by a rate limiter, and the response of the steering angle of the steering wheel can be reduced even when the target steering angle changes suddenly. Regardless of the vehicle speed, the vehicle can be moved accurately with respect to the target steering angle, which is safer for the driver.
更に、自動操舵モードの舵角制御時に操舵角が動くことにより、ハンドル系とトーションバーの慣性とバネ性により、ハンドルに振動現象が発生する場合があったり、路面の振動が起因して、出力軸に入ってくる。従来はトルクセンサを用いて、トーションバーの捩れ角度の微分(捩れ角速度)にゲインを乗算した振動用電流指令値を加算することによって、振動を抑制するようにしている。本発明では、トルクセンサを用いないで、出力軸に直結する回転センサでモータ角速度を検出し、モータ角速度から減速比を除算した値、つまりコラム軸角速度を入力として、その伝達関数を用いることによりトーションバーの捩れ角の角速度推定値を求め、捩れ角速度推定値に基づく制振用電流指令値によって効果的な制振効果を得ている。そのため、トルクセンサを停止させることができ、制御負荷容量を軽減することができる。 Furthermore, when the steering angle moves during the steering angle control in the automatic steering mode, vibration may occur in the steering wheel due to the inertia and springiness of the steering wheel system and the torsion bar, and the output may be caused by road surface vibration. Coming into the axis. Conventionally, vibration is suppressed by using a torque sensor to add a vibration current command value obtained by multiplying a torsion bar torsion angle derivative (torsion angular velocity) by a gain. In the present invention, without using a torque sensor, a motor angular velocity is detected by a rotation sensor directly connected to the output shaft, and a value obtained by dividing a reduction ratio from the motor angular velocity, that is, a column shaft angular velocity is used as an input, and the transfer function is used. An estimated angular velocity value of the torsion angle of the torsion bar is obtained, and an effective damping effect is obtained by a damping current command value based on the estimated torsion angle velocity value. Therefore, the torque sensor can be stopped and the control load capacity can be reduced.
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図5は本発明の全体構成例を示しており、モータ100にはモータ回転角θsを検出するためのレゾルバ等の回転センサ101が接続されており、モータ100は車両側のECU110及びEPS(電動パワーステアリング装置)側のECU120を介して駆動制御される。
FIG. 5 shows an example of the overall configuration of the present invention. A
車両側のECU110は、運転者の意思を示すボタン、スイッチ等に基づいて、自動操舵モード又は手動操舵モードの切換指令SWを出力する切換指令部111と、カメラ(画像)や距離センサなどの信号に基づいて目標操舵角θtを生成する目標操舵角生成部112とを具備している。また、コラム軸に設けられた舵角センサ102で検出された実操舵角θr及び車速センサ103からの車速Velは、ECU110を経てEPS側のECU120内の舵角制御部130に入力される。舵角センサ102は、コラム軸(インタミシャフト、ピニオン軸を含む)、ラックアンドピニオンのラックの変位、車輪速度による舵角推定値であっても良い。また、車速VelはCAN等から受信することも可能である
切換指令部111は、自動操舵モードに入ることを識別する信号、例えば運転者の意思をダッシュボードやハンドル周辺に設けたボタンやスイッチ、或いはシフトに設けた駐車などによる車両状態の信号を基に切換指令SWを出力し、切換指令SWをEPS側のECU120内の切換部122に入力する。また、目標操舵角生成部112は、カメラ(画像)、距離センサなどのデータを基に公知の手法で目標操舵角θtを生成し、生成された目標操舵角θtをEPS側のECU120内の舵角制御部130に入力する。
The vehicle-
EPS側のECU120は、操舵トルク及び車速に基づいて前述のように演算されたモータ電流指令値Itrefを出力するトルク制御部121と、目標操舵角θt、実操舵角θr、車速Vel及びモータ角速度ωに基づいて舵角自動制御のためのモータ電流指令値Imrefを演算して出力する舵角制御部130と、切換指令SWによってモータ電流指令値Itref及びImrefを切り換える切換部122と、切換部122からのモータ電流指令値(Itref又はImref)に基づいてモータ100を駆動制御する電流制御/駆動部123と、回転センサ101からのモータ回転角θsに基づいてモータ角速度ωを演算する角速度演算部124とを具備している。
The
切換部122は、ECU110の切換指令部111からの切換指令SWに基づいて、トルク制御部121によるトルク制御である手動操舵モードと、舵角制御部130による駐車支援である自動操舵モードとを切り換え、手動操舵モードではモータ電流指令値Itrefを出力し、自動操舵モードではモータ電流指令値Imrefを出力する。また、電流制御/駆動部123は、前述した減算部33、電流制御部34、PWM制御部35、モータ駆動回路36で構成されている。
The
舵角制御部130の詳細は図6に示すような構成となっており、目標操舵角θtはレートリミッタ140で円滑化され、円滑化された目標操舵角θtmが減算部131に加算入力される。レートリミッタ140は、目標操舵角θtが急激に変化した場合に対応するものであり、所定時間変化率の範囲内で円滑に変化するようになっており、レートリミッタ140から円滑化された目標操舵角θtmが出力される。減算部131には実操舵角θrが減算入力され、減算部131での減算結果(=θtm−θr)である操舵角偏差θdは比例ゲイン(Kp)部132を経て加減算部136に加算入力されると共に、積分(1/s)部133及び積分ゲイン(Ki)部134を経て加減算部136に加算入力される。積分ゲインKiは定常偏差を小さくする効果があり、比例ゲイン部132、積分部133、積分ゲイン部134及び加減算部136で比例積分部を構成している。
The details of the steering
また、モータ角速度ωは速度ゲイン(Kd)部135を経て加減算部136に減算入力され、加減算部136の加減算結果である電流指令値Iref1は車速Velに感応する車速ゲイン(Kv)部137に入力される。速度ゲインKdは、オーバーシュートを抑制する効果があり、速度ゲイン部135及び加減算部136で速度部を構成している。車速ゲイン部137でゲイン(Kv)調整された電流指令値Iref2が加算部153に入力される。
Further, the motor angular speed ω is subtracted and input to the adder /
モータ角速度ωは、減速機構3の減速比nで除算(1/n)される分数部150に入力されてコラム軸角速度ωcに変換され、コラム軸角速度ωcが2次の伝達関数を分母とする捩れ角速度推定部151に入力されて捩れ角速度推定値ωeが推定され、推定された捩れ角速度推定値ωeはゲインKcの制振ゲイン部152を経て制振用電流指令値Irefb1に変換されて加算部153に入力される。加算部153では電流指令値Iref2に制振用電流指令値Irefb1が加算されて補正され、補正された電流指令値Iref3がリミッタ138で上下限値を制限され、モータ電流指令値Imrefとして出力される。分数部150、捩れ角速度推定部151、制振ゲイン部152及び加算部153で、制振機能部を構成している。
The motor angular velocity omega, are input are converted to the column shaft angular velocity omega c the
レートリミッタ140は、目標操舵角θtが急激に変化した場合に円滑化して出力するものであり、例えば図7に示すような構成となっている。即ち、目標操舵角θtは減算部141に加算入力され、過去値との減算結果である操舵角θt1が変化分設定部142で変化分θt2の設定をされる。変化分設定部142は、保持部(Z−1)144からの過去値と入力(θt)の差分θt1を設定し、加算部143での変化分θt2と過去値との加算結果を目標操舵角θtmとして出力する。変化分設定部142は、変化分が設定された上限及び下限を超えないようにするものであり、その特性は演算周期T毎に入力(目標操舵角)θtとの差分を求め、変化分設定部142の上限及び下限の範囲外の場合には、差分を過去値に加算することを繰返し行うことにより、図8に示すような階段状に出力θtmを変化させて、最終的に出力θtmを目標操舵角θtに一致させる。また、入力(目標操舵角)θtとの差分が変化分設定部142の上限及び下限の範囲内の場合には、変化分θt2=差分θt1を出力し、過去値に加算するので、その結果出力θtmと入力(目標操舵角)θtは一致する。これらの結果、目標操舵角θtが急激に変化しても、急激に変化する目標操舵角θtを滑らかに変化させることができ、急激な電流変化(=急激な操舵)を防止し、運転者に自動運転の不安感を減少させる機能を果たしている。
The
ここで、コラム軸角速度ωから捩れ角速度ωeを推定するための数式を以下に説明する。ただし、ハンドルの慣性モーメントをJ、トーションバーのバネ定数をk、トーションバーの粘性摩擦係数をc、コラム軸回転角度をθ1、ハンドル回転角度をθ2、コラム軸角速度をω1、ハンドル角速度をω2とする。 Here, formulas for estimating the torsional angular velocity ω e from the column shaft angular velocity ω will be described below. However, the moment of inertia of the handle is J, the spring constant of the torsion bar is k, the viscous friction coefficient of the torsion bar is c, the column shaft rotation angle is θ 1 , the handle rotation angle is θ 2 , the column shaft angular velocity is ω 1 , and the handle angular velocity Is ω 2 .
先ずハンドルの回転についての運動方程式は下記数1のようになる。 First, the equation of motion for the rotation of the handle is as follows.
(数2)
Js2Θ2=k(Θ1−Θ2)+cs(Θ1−Θ2)
数2を整理すると、以下の数3及び数4のようになる。
(Equation 2)
Js 2 Θ 2 = k (Θ 1 −Θ 2 ) + cs (Θ 1 −Θ 2 )
When
(数3)
(Js2+cs+k)Θ2=(cs+k)Θ1
(Equation 3)
(Js 2 + cs + k) Θ 2 = (cs + k) Θ1
このような構成において、その動作例を図9のフローチャートを参照して説明する。 In such a configuration, an example of the operation will be described with reference to the flowchart of FIG.
操舵系の動作がスタートすると、トルク制御部121によるトルク制御が実施され(ステップS1)、モータ電流指令値Itrefを用いて電流制御/駆動部123によりモータ100が駆動される(ステップS2)。上記動作は切換指令部111より切換指令SWが出力されるまで繰り返される(ステップS3)。
When the operation of the steering system starts, torque control by the
駐車支援の自動操舵モードとなり、切換指令部111より切換指令SWが出力されると、目標操舵角生成部112から目標操舵角θtが入力され(ステップS4)、舵角センサ102から実操舵角θrが入力され(ステップS5)、車速センサ103から車速Velが入力され(ステップS6)、角速度演算部124からモータ角速度ωが入力され(ステップS7)、舵角制御部130でモータ電流指令値Imrefが生成される(ステップS100)。
When the automatic steering mode for parking assistance is entered and a switching command SW is output from the switching command unit 111, the target steering angle θt is input from the target steering angle generation unit 112 (step S4), and the actual steering angle θr is output from the
その後、切換部122が切換指令部111からの切換指令SWにより切り換えられ(ステップS10)、舵角制御部130からのモータ電流指令値Imrefを用いて電流制御/駆動部123によりモータ100を駆動し(ステップS11)、上記ステップS3にリターンする。モータ電流指令値Imrefによる駆動制御は、切換指令部111から切換指令SWが変更されるまで繰り返される。
Thereafter, the
モータ電流指令値Imrefの生成は舵角制御部130で行われ、舵角制御部130でのモータ電流指令値Imrefの生成動作は図10のフローチャートのようになっている。
The generation of the motor current command value Imref is performed by the steering
即ち、目標操舵角θtがレートリミッタ140に入力され(ステップS101)、レートリミッタ140で前述したようなレート制限動作が実行される(ステップS102)。また、舵角センサ102から実操舵角θrが入力され(ステップS103)、減算部131で“θtm−θr”の減算が行われ(ステップS104)、減算値である操舵角偏差θdが比例ゲイン部132でKp倍されて加減算部136に加算入力される(ステップS105)。また、操舵角偏差θdは積分部133及び積分ゲイン部134で積分とKi倍されて加減算部136に加算入力される(ステップS106)。角速度演算部124からモータ角速度ωが入力され(ステップS107)、速度ゲイン部135で速度ゲインKd倍されて加減算部136に減算入力され(ステップS108)、加減算部136での加減算結果であるモータ電流指令値Iref1が車速感応のゲイン部137に入力される(ステップS109)。更に車速センサ103より車速Velが入力され(ステップS110)、車速感応の車速ゲイン部137でモータ電流指令値Iref1に車速ゲインKvが乗算され(ステップS111)、そのモータ電流指令値Iref2が加算部153に入力される。
That is, the target steering angle θt is input to the rate limiter 140 (step S101), and the rate limiting operation as described above is executed by the rate limiter 140 (step S102). Further, the actual steering angle θr is input from the rudder angle sensor 102 (step S103), “θtm−θr” is subtracted by the subtraction unit 131 (step S104), and the steering angle deviation θd as the subtraction value is a proportional gain unit. The value is multiplied by Kp at 132 and added to the adder / subtractor 136 (step S105). Further, the steering angle deviation θd is multiplied by Ki with the
また、モータ角速度ωは分数部150に入力されて1/n倍されることによってコラム軸角速度ω1が演算され(ステップS112)、コラム軸角速度ω1が前記数5で表わされる捩れ角速度推定部151に入力されて捩れ角速度推定値ωeが推定される(ステップS113)。捩れ角速度推定値ωeは制振ゲイン部152で制振ゲインKc倍され(ステップS114)、得られた制振用電流指令値Irefb1が加算部153においてモータ電流指令値Irer2と加算され(ステップS115)、その加算値である電流指令値Iref3がリミッタ138で上下限値を制限され(ステップS116)、モータ電流指令値Imrefとして出力される。
Further, the motor angular velocity omega column shaft angular velocity omega 1 is calculated by being 1 / n times is input to the fractional portion 150 (step S112), the torsion angular velocity estimation unit column shaft angular velocity omega 1 is represented by the
なお、レートリミッタ140は前述の構成の他に、1次若しくは2次のローパスフィルタであっても良い。また、積分部133は1次の位相遅れ補償器若しくは1次のローパスフィルタであっても良い。
Note that the
図11は舵角制御部130の他の構成例(舵角制御部130A)を示しており、捩れ角速度推定部151からの捩れ角速度推定値ωeに位相補償部154で位相補償を施している。即ち、位相補償部154は、時定数をT1、T2として、“kc・(T2・s+1)/(T1・s+1)”の関数で成っている。位相補償部154の出力である制振用電流指令値Irefb2は加算部153で電流指令値Iref1と加算され、加算値である電流指令値Iref4が車速感応の車速ゲイン部137に入力されている。車速ゲイン部137からの電流指令値Iref5がリミッタ138に入力され、リミッタ138で上下限を制限されたモータ電流指令値Imrefが出力されるようになっている。
FIG. 11 shows another configuration example of the rudder angle control unit 130 (steering
1 ハンドル
2 コラム軸(入力軸2a、出力軸2b)
3 減速機構
10 トルクセンサ
12 車速センサ
13 バッテリ
20,100 モータ
30 コントロールユニット
31 操舵補助指令値演算部
32 最大出力制限部
34 電流制御部
35 PWM制御部
36 モータ駆動回路
37 モータ電流検出回路
40 ロアシャフト(中間シャフト、インタミシャフト)
41 コラム
42 トーションバー
101 回転センサ
102 舵角センサ
103 車速センサ
110 車両側のECU
111 切換指令部
112 目標操舵角生成部
120 EPS側のECU
121 トルク制御部
122 切換部
123 電流制御/駆動部
124 角速度演算部
130、130A 舵角制御部
132 比例ゲイン(Kp)部
134 積分ゲイン(Ki)部
135 速度ゲイン(Kd)部
137 車速ゲイン(Kv)部
138 リミッタ
140 レートリミッタ
142 変化分設定部
150 分数部
151 捩れ角速度推定部
152 制振ゲイン(Kc)部
154 位相補償部
1
DESCRIPTION OF
41
111 switching command unit 112 target steering
121
Claims (7)
コラム軸角速度に基づいて、トーションバーの捩れ角を検出し、前記トーションバーの捩れ角の角速度推定値を求め、前記角速度推定値に基づいて演算した制振用電流指令値を演算する制振機能部と、
目標操舵角、実操舵角、前記車速及び前記モータのモータ角速度に基づいて演算したモータ電流指令値と、前記制振用電流指令値とを加算したモータ電流指令値2を算出すると共に、制振機能を有する舵角制御部と、
前記モータ電流指令値1及び前記モータ電流指令値2を入力して切り換える切換部と、を具備し、
トーションバーの固有振動数、減衰比をそれぞれω n 、ζとし、
前記コラム角速度、前記トーションバーの捩れ角速度推定値をそれぞれω 1 、ω e とし、
前記制振機能部は、前記捩れ角速度推定値を
という伝達関数を用いて算出し、
前記自動操舵モード及び手動操舵モードの切換指令に応じて前記切換部が切り換えられ、前記手動操舵モード時に、前記モータ電流指令値1に基づいて前記モータを駆動制御し、前記自動操舵モード時に、前記モータ電流指令値2に基づいて前記モータを駆動制御し、トルクセンサを停止すると共に、
前記制振機能部によってハンドルの振動を抑制することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 A function of calculating a motor current command value 1 based on the steering torque and the vehicle speed, driving the motor based on the motor current command value 1 to assist control of the steering system, and switching between an automatic steering mode and a manual steering mode. In the electric power steering apparatus having
A vibration damping function that detects a torsion angle of the torsion bar based on the column shaft angular velocity, obtains an estimated angular velocity value of the torsion angle of the torsion bar, and calculates a vibration suppression current command value calculated based on the estimated angular velocity value And
A motor current command value 2 obtained by adding the motor current command value calculated based on the target steering angle, the actual steering angle, the vehicle speed, and the motor angular velocity of the motor and the vibration suppression current command value is calculated, and vibration suppression Rudder angle control unit having a function;
A switching unit for inputting and switching the motor current command value 1 and the motor current command value 2;
Let the natural frequency and damping ratio of the torsion bar be ω n and ζ , respectively .
The column angular velocity and the estimated torsional angular velocity of the torsion bar are respectively ω 1 and ω e ,
The vibration suppression function unit calculates the torsional angular velocity estimated value.
Using the transfer function
The switching unit is switched in response to a switching command between the automatic steering mode and the manual steering mode, and the motor is driven and controlled based on the motor current command value 1 in the manual steering mode. Drive control of the motor based on the motor current command value 2, stop the torque sensor,
An electric power steering apparatus characterized in that vibration of a steering wheel is suppressed by the vibration damping function unit.
A limiter is provided in the final stage of the rudder angle control unit to output the input value as it is if it is within a predetermined range, and to output the upper limit value or the lower limit value of the range if it is outside the predetermined range. The electric power steering apparatus according to any one of claims 2 to 6, wherein the motor current command value 2 is output from the limiter.
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