JP6209444B2 - 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に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus.
従来、電動パワーステアリング装置のラック・ピニオン等に過大な衝撃荷重がかかることを抑制するために、ラック軸の両端それぞれにゴム等の緩衝弾性部材を設けている。
例えば、特許文献1に記載のラック・ピニオン式パワーステアリング装置においては、ラック軸は、その左右の両端のボールジョイント部に隣接する位置にそれぞれ所定幅の合成樹脂やゴム等からなる環状のストッパラバーを備えている。ストッパラバーは、ラック軸の左右方向への進退動のストロークにおける左方への移動の移動端においては、ギヤハウジングの右方延出筒状ハウジングの内周部に嵌入されるストッパピース端に、また、右方への移動の移動端においては左方ハウジングの左方端にそれぞれ当接する。これにより、ラック軸がハウジングに突き当たることに起因してラック・ピニオン等に過大な衝撃荷重が生じることを抑制する。このように、ストッパラバーは、ステアリングホイール(ハンドル)の回転操作力を車輪に伝達するラック・ピニオン等の伝達機構(減速ギヤ機構)を衝撃荷重から保護する役目を果たしている。
Conventionally, in order to prevent an excessive impact load from being applied to the rack and pinion of the electric power steering apparatus, shock absorbing elastic members such as rubber are provided at both ends of the rack shaft.
For example, in the rack and pinion type power steering device described in
小型化、軽量化、コスト削減、耐久信頼性という観点からは、ストッパラバーなどのラック軸がハウジングに突き当たる時の衝撃緩衝部材を設けていないことが望ましい。ただし、衝撃緩衝部材を設ける代わりに、ラック軸がハウジングに突き当たる時の衝撃を小さくするために、突き当たる前にステアリングホイールの回転操作にアシスト力を付与する電動モータの出力を低下させることも考えられる。しかしながら、かかる場合には、特にステアリングホイールの操舵角が大きいときにアシスト力が小さくなってしまうなど操舵フィーリングが悪化するおそれがある。
本発明は、操舵フィーリングを悪化させることなく、衝撃緩衝部材を設けないようにすることができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
From the viewpoints of downsizing, weight reduction, cost reduction, and durability and reliability, it is desirable not to provide an impact buffer member when a rack shaft such as a stopper rubber hits the housing. However, instead of providing an impact buffering member, in order to reduce the impact when the rack shaft hits the housing, it is also possible to reduce the output of the electric motor that applies assist force to the rotation operation of the steering wheel before the rack shaft hits. . However, in such a case, the steering feeling may be deteriorated, for example, when the steering angle of the steering wheel is large, the assist force becomes small.
It is an object of the present invention to provide an electric power steering apparatus that can prevent the shock absorbing member from being provided without deteriorating the steering feeling.
かかる目的のもと、本発明は、直線移動によって車輪を転舵させるラック軸を有し、ステアリングホイールの一方方向の回転操作力を当該車輪の一方方向の転動力として伝達する伝達機構と、前記伝達機構を介して、一方方向の回転駆動力が前記車輪の一方方向の転動力として加えられる電動モータと、前記ステアリングホイールに対して前記一方方向の回転操作力が加えられた場合に前記一方方向の回転駆動力を生じるように前記電動モータの駆動を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記一方方向の回転操作力が前記ステアリングホイールに加えられたとしても、前記ラック軸の変位量x、移動速度(dx/dt)、前記ラック軸の移動加速度(d 2 x/dt 2 )、係数D及び係数Kから以下の式(1)、F=M・d 2 x/dt 2 +D・dx/dt+K・(x−xth)…(1)(Mは前記ラック軸の質量、xthは前記変位量xにおける閾位置)を用いて算出した値Fに応じて前記電動モータの前記一方方向の回転駆動力を減少し、前記係数D、前記係数K及び前記閾位置xthを任意に設定できることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。 For this purpose, the present invention has a rack shaft that steers a wheel by linear movement, and transmits a rotational operation force in one direction of the steering wheel as a rolling force in one direction of the wheel, An electric motor in which a rotational driving force in one direction is applied as a motive force in one direction of the wheel via a transmission mechanism, and the one direction when a rotational operation force in the one direction is applied to the steering wheel. Control means for controlling the driving of the electric motor so as to generate a rotational driving force of the rack shaft, and the control means, even if the rotational operation force in the one direction is applied to the steering wheel, displacement x, the moving speed (dx / dt), the movement acceleration of the rack shaft (d 2 x / dt 2) , the following equation from the coefficient D and the coefficient K (1), F = M · d 2 / Dt 2 + D · dx / dt + K · (x-xth) ... (1) (M is the mass of the rack shaft, value xth the threshold position in the displacement x) the electric motor in accordance with the value F calculated using the In the electric power steering apparatus, the coefficient D, the coefficient K, and the threshold position xth can be arbitrarily set .
ここで、前記制御手段は、前記ステアリングホイールの回転操作を補助するための電流に、前記ラック軸の変位量xおよび移動速度(dx/dt)に応じるとともに当該回転操作を補助する方向とは反対方向の電流を加算することにより得た電流を前記電動モータに供給する目標電流としてもよい。
また、前記制御手段は、前記ラック軸の変位量xが前記閾位置xthを超えて変位するとともに前記車輪を前記一方方向に転動させる方向への移動速度がプラスである場合に、前記電動モータの前記一方方向の回転駆動力を減少してもよい。
Here, before Symbol control means, the current for assisting the rotation operation of the steering wheel, and the direction to assist the rotating operation along with responding to displacement x and the moving speed of the rack shaft (dx / dt) is A current obtained by adding currents in opposite directions may be a target current supplied to the electric motor.
Further, the control means is configured such that when the displacement amount x of the rack shaft exceeds the threshold position xth and the moving speed in the direction of rolling the wheel in the one direction is positive, the electric motor The rotational driving force in the one direction may be reduced.
本発明によれば、操舵フィーリングを悪化させることなく、衝撃緩衝部材を設けないようにすることができる。 According to the present invention, it is possible to avoid providing the shock absorbing member without deteriorating the steering feeling.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置100の概略構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置100(以下、単に「ステアリング装置100」と称する場合もある。)は、車両の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては車両の一例としての自動車1に適用した構成を例示している。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an electric
Electric power steering device 100 (hereinafter, also simply referred to as “
ステアリング装置100は、自動車1の進行方向を変えるために運転者が操作する車輪(ホイール)状のステアリングホイール(ハンドル)101と、ステアリングホイール101に一体的に設けられたステアリングシャフト102とを備えている。また、ステアリング装置100は、ステアリングシャフト102と自在継手103aを介して連結された上部連結シャフト103と、この上部連結シャフト103と自在継手103bを介して連結された下部連結シャフト108とを備えている。下部連結シャフト108は、ステアリングホイール101の回転に連動して回転する。
The
また、ステアリング装置100は、転動輪としての左右の前輪150のそれぞれに連結されたタイロッド104と、タイロッド104に連結されたラック軸105とを備えている。また、ステアリング装置100は、ラック軸105に形成されたラック歯105aとともにラック・ピニオン機構を構成するピニオン106aを備えている。ピニオン106aは、ピニオンシャフト106の下端部に形成されている。これらラック軸105、ピニオンシャフト106などが、ステアリングホイール101の回転操作力を前輪150の転動力として伝達する伝達機構として機能する。
また、ステアリング装置100は、ピニオンシャフト106を収納するステアリングギヤボックス107を有している。ピニオンシャフト106は、ステアリングギヤボックス107内にてトーションバー(不図示)を介して下部連結シャフト108と連結されている。そして、ステアリングギヤボックス107の内部には、下部連結シャフト108とピニオンシャフト106との相対回転角度に基づいて、言い換えればトーションバーの捩れ量に基づいてステアリングホイール101の操舵トルクTを検出するトルクセンサ109が設けられている。
The
ステアリングギヤボックス107内に、ラック軸105の中央部に形成されたラック歯105aが入っており、ラック軸105の両端部は、それぞれステアリングギヤボックス107から突出している。そして、ラック軸105の両端部には、それぞれ、ステアリングギヤボックス107における図1で見た場合の左右方向の両端面107aの開口部よりも大きな外形の突出部(ラックエンド)105bが設けられている。そして、この突出部105bがステアリングギヤボックス107の左右方向の端面107aに突き当たることで、ラック軸105の移動量が規制される。
In the
また、ステアリング装置100は、ステアリングギヤボックス107に支持された電動モータ110と、電動モータ110の駆動力を減速してピニオンシャフト106に伝達する減速機構111とを有している。本実施の形態に係る電動モータ110は、3相ブラシレスモータである。減速機構111は、例えば、ピニオンシャフト106に固定されたウォームホイール(不図示)と、電動モータ110の出力軸に固定されたウォームギヤ(不図示)などから構成される。
Further, the
また、ステアリング装置100は、電動モータ110の作動を制御する制御装置10を備えている。制御装置10には、上述したトルクセンサ109からの出力信号が入力される。また、制御装置10には、自動車に搭載される各種の機器を制御するための信号を流す通信を行うネットワーク(CAN)を介して、自動車の移動速度である車速Vcを検出する車速センサ170などからの出力信号が入力される。
In addition, the
以上のように構成されたステアリング装置100は、ステアリングホイール101に加えられた操舵トルクTをトルクセンサ109にて検出し、その検出トルクに応じて電動モータ110を駆動し、電動モータ110の発生トルクをピニオンシャフト106に伝達する。これにより、電動モータ110の発生トルクが、ステアリングホイール101に加える運転者の操舵力をアシストする。
The
次に、制御装置10について説明する。
図2は、制御装置10の概略構成図である。
制御装置10は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等からなる算術論理演算回路である。
制御装置10には、上述したトルクセンサ109にて検出された操舵トルクTが出力信号に変換されたトルク信号Tdと、車速センサ170にて検出された車速Vcが出力信号に変換された車速信号vなどが入力される。
Next, the
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the
The
The
そして、制御装置10は、トルク信号Tdおよび車速信号vに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ110が供給するのに必要となる目標電流Itを算出する目標電流算出部20と、目標電流算出部20が算出した目標電流Itに基づいてフィードバック制御などを行う制御部30とを有している。
また、制御装置10は、電動モータ110の回転速度Nmを算出するモータ回転速度算出部70と、ラック軸105の位置を検出するラック軸位置検出部80と、を備えている。モータ回転速度算出部70は、3相ブラシレスモータである電動モータ110の回転子(ロータ)の回転位置を検出するレゾルバからの出力信号を基に電動モータ110の回転速度Nmを算出し、その回転速度Nmが出力信号に変換された回転速度信号Nmsを出力する。ラック軸位置検出部80は、レゾルバからの出力信号を基に電動モータ110の回転位置を把握し、減速機構111およびピニオンシャフト106を介して電動モータ110の回転駆動力が機械的に伝達されるラック軸105の位置pを検出し、ラック軸105の位置pが出力信号に変換されたラック軸位置信号Psを出力する。
Then, the
In addition, the
次に、目標電流算出部20について詳述する。
図3は、目標電流算出部20の概略構成図である。
目標電流算出部20は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流Ibを算出するベース電流算出部21と、電動モータ110の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部22と、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部23とを備えている。また、目標電流算出部20は、ベース電流算出部21、イナーシャ補償電流算出部22、ダンパー補償電流算出部23にて算出された値に基づいて仮の目標電流である仮目標電流Itfを決定する仮目標電流決定部25を備えている。また、目標電流算出部20は、ラック軸の位置や移動状態に基づいて操舵反力を電動モータ110に与えるための電流である操舵反力補償電流Irを算出する操舵反力補償電流算出部27と、仮目標電流決定部25にて決定された仮目標電流Itfおよび操舵反力補償電流算出部27にて算出された操舵反力補償電流Irに基づいて最終的に目標電流Itを決定する最終目標電流決定部28と、を備えている。
なお、目標電流算出部20には、トルク信号Td、車速信号v、回転速度信号Nms、ラック軸位置信号Psなどが入力される。
Next, the target
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the target
The target
The target
図4は、操舵トルクTおよび車速Vcとベース電流Ibとの対応を示す制御マップの概略図である。
ベース電流算出部21は、位相補償部26(図3参照)にてトルク信号Tdが位相補償されたトルク信号Tsと、車速センサ170からの車速信号vとに基づいてベース電流Ibを算出する。つまり、ベース電流算出部21は、位相補償された操舵トルクTと、車速Vcとに応じたベース電流Ibを算出する。なお、ベース電流算出部21は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、位相補償された操舵トルクT(トルク信号Ts)および車速Vc(車速信号v)とベース電流Ibとの対応を示す図4に例示した制御マップに、操舵トルクT(トルク信号Ts)および車速Vc(車速信号v)を代入することによりベース電流Ibを算出する。
FIG. 4 is a schematic diagram of a control map showing the correspondence between the steering torque T, the vehicle speed Vc, and the base current Ib.
The base
イナーシャ補償電流算出部22は、トルク信号Tsと、車速信号vとに基づいて電動モータ110およびシステムの慣性モーメントを打ち消すためのイナーシャ補償電流Isを算出する。つまり、イナーシャ補償電流算出部22は、操舵トルクT(トルク信号Ts)と、車速Vc(車速信号v)とに応じたイナーシャ補償電流Isを算出する。なお、イナーシャ補償電流算出部22は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、操舵トルクT(トルク信号Ts)および車速Vc(車速信号v)とイナーシャ補償電流Isとの対応を示す制御マップに、操舵トルクT(トルク信号Ts)および車速Vc(車速信号v)を代入することによりイナーシャ補償電流Isを算出する。
The inertia compensation
ダンパー補償電流算出部23は、トルク信号Tsと、車速信号vと、電動モータ110の回転速度信号Nmsとに基づいて、電動モータ110の回転を制限するダンパー補償電流Idを算出する。つまり、ダンパー補償電流算出部23は、操舵トルクT(トルク信号Ts)と、車速Vc(車速信号v)と、電動モータ110の回転速度Nm(回転速度信号Nms)に応じたダンパー補償電流Idを算出する。なお、ダンパー補償電流算出部23は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、操舵トルクT(トルク信号Ts)、車速Vc(車速信号v)および回転速度Nm(回転速度信号Nms)と、ダンパー補償電流Idとの対応を示す制御マップに、操舵トルクT(トルク信号Ts)、車速Vc(車速信号v)および回転速度Nm(回転速度信号Nms)を代入することによりダンパー補償電流Idを算出する。
The damper compensation
仮目標電流決定部25は、ベース電流算出部21にて算出されたベース電流Ib、イナーシャ補償電流算出部22にて算出されたイナーシャ補償電流Isおよびダンパー補償電流算出部23にて算出されたダンパー補償電流Idに基づいて仮目標電流Itfを決定する。仮目標電流決定部25は、例えば、ベース電流Ibに、イナーシャ補償電流Isを加算するとともにダンパー補償電流Idを減算して得た電流を仮目標電流Itfとして決定する。
操舵反力補償電流算出部27については後で詳述する。
The temporary target
The steering reaction force compensation
最終目標電流決定部28は、仮目標電流決定部25にて決定された仮目標電流Itfおよび操舵反力補償電流算出部27にて算出された操舵反力補償電流Irに基づいて最終的に目標電流Itを決定する。本実施の形態に係る最終目標電流決定部28は、仮目標電流決定部25にて決定された仮目標電流Itfに操舵反力補償電流算出部27にて算出された操舵反力補償電流Irを加算して得た電流を目標電流Itとして決定する。
The final target
次に、制御部30について詳述する。
図5は、制御部30の概略構成図である。
制御部30は、図5に示すように、電動モータ110の作動を制御するモータ駆動制御部31と、電動モータ110を駆動させるモータ駆動部32と、電動モータ110に実際に流れる実電流Imを検出するモータ電流検出部33とを有している。
モータ駆動制御部31は、目標電流算出部20にて最終的に決定された目標電流Itと、モータ電流検出部33にて検出された電動モータ110へ供給される実電流Imとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック(F/B)制御部40と、電動モータ110をPWM駆動するためのPWM(パルス幅変調)信号を生成するPWM信号生成部60とを有している。
Next, the
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the
As shown in FIG. 5, the
The motor
フィードバック制御部40は、目標電流算出部20にて最終的に決定された目標電流Itとモータ電流検出部33にて検出された実電流Imとの偏差を求める偏差演算部41と、その偏差がゼロとなるようにフィードバック処理を行うフィードバック(F/B)処理部42とを有している。
The
フィードバック(F/B)処理部42は、目標電流Itと実電流Imとが一致するようにフィードバック制御を行うものであり、例えば、偏差演算部41にて算出された偏差に対して、比例要素で比例処理し、積分要素で積分処理し、加算演算部でこれらの値を加算する。
PWM信号生成部60は、フィードバック制御部40からの出力値に基づいて電動モータ110をPWM(パルス幅変調)駆動するためのPWM信号を生成し、生成したPWM信号を出力する。
The feedback (F /
The PWM
モータ駆動部32は、所謂インバータであり、例えば、スイッチング素子として6個の独立したトランジスタ(FET)を備え、6個の内の3個のトランジスタは電源の正極側ラインと各相の電気コイルとの間に接続され、他の3個のトランジスタは各相の電気コイルと電源の負極側(アース)ラインと接続されている。そして、6個の中から選択した2個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、電動モータ110の駆動を制御する。
モータ電流検出部33は、モータ駆動部32に接続されたシャント抵抗の両端に生じる電圧から電動モータ110に流れる実電流Imの値を検出する。
The
The motor current detection unit 33 detects the value of the actual current Im flowing through the
次に、操舵反力補償電流算出部27について詳述する。
上述した本実施の形態に係る最終目標電流決定部28は、仮目標電流決定部25にて決定された仮目標電流Itfと操舵反力補償電流算出部27にて算出された操舵反力補償電流Irとに基づいて目標電流Itを決定する。これは、ラック軸105の突出部(ラックエンド)105bがステアリングギヤボックス107の端面107aに突き当たる前に操舵トルクTに基づいて行うアシストを低減・停止させることで、突き当たるときの衝撃を緩和するとともに、自然な操舵フィーリングを実現する意図である。つまり、ステアリングギヤボックス107におけるラック軸105の突出部105bが突き当たる部位に衝撃緩和のためのストッパラバー(ブッシュ)が存在することをステアリング装置100で疑似的に再現することで、あたかもラック軸105の突出部105bがストッパラバーに突き当たったかのような自然なフィーリング(反力)を具現化する意図である。
Next, the steering reaction force compensation
The final target
より具体的には、制御装置10は、基本的には、ステアリングホイール101に対して一方方向の回転操作力が加えられた場合に一方方向の回転駆動力を生じるように電動モータ110の駆動を制御するが、ラック軸105の位置pやラック軸105の移動速度によっては、一方方向の回転操作力がステアリングホイール101に加えられたとしても、電動モータ110の一方方向の回転駆動力を減少補正する。
More specifically, the
それゆえ、操舵反力補償電流算出部27は、ラック軸105の位置pや移動状態に基づいて操舵反力補償電流Irを算出する。
操舵反力補償電流算出部27は、ラック軸105の基準位置からの変位量x(位置pと基準位置との差)に基づいて、疑似的に本実施の形態においては存在しないストッパラバーに突き当たったかのような反力Fを設定するとともに、この反力Fに起因してピニオンシャフト106に生じる反力トルクTrを算出する。そして、ピニオンシャフト106にこの反力トルクTrを与えるのに必要な操舵反力補償電流Irを設定する。
Therefore, the steering reaction force compensation
The steering reaction force compensation
ここで、反力Fとは、ラック軸105の突出部(ラックエンド)105bがステアリングギヤボックス107の端面107aに突き当たった場合に、ラック軸105がステアリングギヤボックス107から受ける力であり、突き当たる直前に移動している方向とは反対方向の力である。また、反力トルクTrとは、ピニオンシャフト106に対して、ステアリングホイール101の回転操作によるアシスト方向とは反対方向のトルクである。
Here, the reaction force F is a force that the
先ず、ラック軸105の基準位置からの変位量xに基づいて反力Fを設定する手法について説明する。
なお、以下の説明において、ステアリングホイール(ハンドル)101が右回転された場合にラック軸105が図1で見た場合の右方向に移動して前輪150が右回転し、ステアリングホイール(ハンドル)101が左回転された場合にラック軸105が図1で見た場合の左方向に移動して前輪150が左回転するものとする。そして、ラック軸105が図1で見た場合の右方向に移動した場合の変位量xの符号をプラス、左方向に移動した場合の変位量xの符号をマイナスとする。
First, a method for setting the reaction force F based on the displacement amount x from the reference position of the
In the following description, when the steering wheel (handle) 101 is rotated to the right, the
図6(a)は、ラック軸105が基準位置から右方向(プラス方向)に移動した場合の、変位量xと反力Fとの関係を示すモデル図である。図6(b)は、ラック軸105が基準位置から左方向に移動した場合の、変位量xと反力Fとの関係を示すモデル図である。図6(a)および図6(b)に示すように、本実施の形態においては、バネ・ダンパ系の衝撃吸収機構のモデルを用いている。
FIG. 6A is a model diagram showing a relationship between the displacement amount x and the reaction force F when the
操舵反力補償電流算出部27は、ラック軸105が基準位置から右方向に移動した場合(x>0である場合)、ラック軸105の変位量xにおける閾位置をxth(xthは正の値)として、x−xth>0(x>xth)であり、かつラック軸105の移動速度が零より大きい(dx/dt>0)場合は下記式(1a)を用いて算出した値を反力Fとして設定する。他方、x−xth≦0(x≦xth)の場合やラック軸105の移動速度が零以下(dx/dt≦0)の場合は反力Fを零に設定する。
F=M・d2x/dt2+D・dx/dt+K・(x−xth)…(1a)
ここで、Mはラック軸105の質量、Dは減衰係数、Kはバネ係数である。
When the
F = M · d 2 x / dt 2 + D · dx / dt + K · (x−xth) (1a)
Here, M is the mass of the
一方、操舵反力補償電流算出部27は、ラック軸105が基準位置から左方向(マイナス方向)に移動した場合(x<0である場合)、ラック軸105の変位量xにおける閾位置をxth(xthは正の値)として、x≧−xth(x+xth≧0)である場合やラック軸105の移動速度が零以上(dx/dt≧0)である場合は反力Fを零に設定する。他方、x<−xth(x+xth<0)であり、かつラック軸105の移動速度が零より小さい(dx/dt<0)場合は下記式(1b)を用いて算出した値を反力Fとして設定する。
F=M・d2x/dt2+D・dx/dt+K・(x+xth)…(1b)
なお、操舵反力補償電流算出部27は、ラック軸位置検出部80から出力されたラック軸位置信号Psに基づいてラック軸105の位置pを把握するとともに、この位置pに基づいて、変位量x、ラック軸105の移動速度(dx/dt)、ラック軸105の移動加速度(d2x/dt2)を算出することを例示することができる。
On the other hand, when the
F = M · d 2 x / dt 2 + D · dx / dt + K · (x + xth) (1b)
The steering reaction force compensation
次に、反力Fに起因してピニオンシャフト106に生じる反力トルクTrを算出する手法について説明する。
反力トルクTrは下記式(2)を用いて算出する。
−Tr=−F・r…(2)
ここで、rはピニオン106aの回転半径である。
Next, a method for calculating the reaction force torque Tr generated in the
The reaction torque Tr is calculated using the following formula (2).
−Tr = −F · r (2)
Here, r is the rotation radius of the
次に、操舵反力補償電流Irを設定する手法について説明する。
図7は、反力トルクTrと操舵反力補償電流Irとの対応を示す制御マップの概略図である。図7に示した制御マップにおいては、反力トルクTrがプラス方向に大きくなるに従って操舵反力補償電流Irがマイナス方向に大きくなる。
操舵反力補償電流算出部27は、例えば、予め経験則に基づいて作成しROMに記憶しておいた、反力トルクTrと操舵反力補償電流Irとの対応を示す図7に例示した制御マップに、式(2)を用いて算出した反力トルクTrを代入することにより操舵反力補償電流Irを算出する。
なお、ラック軸105の質量M、減衰係数D、バネ係数K、閾位置xth、式(1a)、式(1b)、式(2)、ピニオン106aの回転半径rなどは、予めROMに記憶しておけばよい。
Next, a method for setting the steering reaction force compensation current Ir will be described.
FIG. 7 is a schematic diagram of a control map showing the correspondence between the reaction force torque Tr and the steering reaction force compensation current Ir. In the control map shown in FIG. 7, the steering reaction force compensation current Ir increases in the minus direction as the reaction force torque Tr increases in the plus direction.
The steering reaction force compensation
The mass M of the
以上のように構成された目標電流算出部20においては、仮目標電流決定部25にて決定された操舵トルクTに基づく仮目標電流Itfに、本実施の形態では存在しないストッパラバーにラック軸105の突出部105bが突き当たったかのような反力Fを疑似的に与える操舵反力補償電流Irを加算して得た電流を目標電流Itとして決定する。これにより、ラック軸105の突出部105bがステアリングギヤボックス107の端面107aに突き当たる前にアシストを低減・停止させることで突き当たるときの衝撃が緩和される。また、ラック軸105の突出部105bがステアリングギヤボックス107の端面107aに突き当たる前に、電動モータ110の出力を低下させると不自然な操舵フィーリングとなるが、本実施の形態においては、実在しないストッパラバーにラック軸105の突出部105bが突き当たったかのような反力Fに相当する荷重分の電動モータ110の出力が低下させられるので、自然な減衰フィーリングが実現される。
In the target
それゆえ、自然な操舵フィーリングを実現しつつ、ラック軸105の突出部105bがステアリングギヤボックス107の端面107aに衝突する際の衝撃を緩和するストッパラバー(弾性ブッシュ)などの部材を設ける必要をなくすことができる。また、ラック軸105が端面107aに衝突する際の衝撃に備えるために、ステアリング装置100の強度を上げる必要をなくすことができるので、ステアリング装置100の小型化や部品点数削減やコスト削減を図ることができる。
Therefore, it is necessary to provide a member such as a stopper rubber (elastic bush) that reduces the impact when the protruding
次に、減衰係数D、バネ係数K、閾位置xthの設定について説明する。
図6(a)および図6(b)に示したバネ・ダンパ系の衝撃吸収機構のモデルにおいては、減衰係数D、バネ係数Kおよび閾位置xthなどのパラメータを任意に設定することで様々なフィーリングを実現することができる。
図8は、減衰係数D、バネ係数Kおよび閾位置xthの設定と反力Fとの関係を示す図である。
例えば、減衰係数D、バネ係数Kおよび閾位置xthを小さな値にすることで、変位量xに応じて図8に示した設定1のような反力Fにすることができる。これにより、ラック軸105の突出部105bがステアリングギヤボックス107の端面107aに衝突する前の早い段階からアシスト量が減少するものの、ラック軸105が端面107aに衝突したことに起因してステアリングホイール101に伝わる衝撃力は小さくなる。
Next, setting of the damping coefficient D, the spring coefficient K, and the threshold position xth will be described.
6A and 6B, various parameters can be set by arbitrarily setting parameters such as the damping coefficient D, the spring coefficient K, and the threshold position xth. Feeling can be realized.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the setting of the damping coefficient D, the spring coefficient K, and the threshold position xth and the reaction force F.
For example, by setting the damping coefficient D, the spring coefficient K, and the threshold position xth to small values, the reaction force F as shown in setting 1 shown in FIG. As a result, although the assist amount decreases from an early stage before the
逆に、減衰係数D、バネ係数Kおよび閾位置xthを大きな値にすることで、変位量xに応じて図8に示した設定2のような反力Fにすることができる。これにより、ラック軸105の突出部105bがステアリングギヤボックス107の端面107aに衝突する直前になってアシスト量が減少する。ラック軸105の突出部105bがステアリングギヤボックス107の端面107aに衝突する直前になってアシスト量が減少することにより、例えば、車庫入れ時など、ステアリングホイール101を最大操舵角近辺まで(閾位置xthに至る前まで)回転させたとしても所望のアシスト力を維持することができる。
Conversely, by setting the damping coefficient D, the spring coefficient K, and the threshold position xth to large values, the reaction force F as shown in setting 2 shown in FIG. As a result, the assist amount decreases immediately before the
また、減衰係数D、バネ係数Kおよび閾位置xthを、設定1と設定2との間の中間的な値にすることで、変位量xに応じて図8に示した設定3のような反力Fにすることができる。これにより、アシスト量が減少開始する位置およびラック軸105の突出部105bがステアリングギヤボックス107の端面107aに衝突したことに起因してステアリングホイール101に伝わる衝撃力も、設定1と設定2との間の中間的な特性となる。
Further, the damping coefficient D, the spring coefficient K, and the threshold position xth are set to intermediate values between the setting 1 and the setting 2, so that the reaction as in the setting 3 shown in FIG. Force F. As a result, the position where the assist amount starts to decrease and the impact force transmitted to the
このように、減衰係数D、バネ係数Kおよび閾位置xthなどのパラメータを任意に設定することで、仕様(用途)に応じた様々なフィーリングを実現することができる。言い換えれば、仕様を変更するのに、ROMに記憶する減衰係数D、バネ係数Kおよび閾位置xthなどの値を変更するだけであるので、簡易に仕様変更を行うことができる。 Thus, various feelings according to specifications (uses) can be realized by arbitrarily setting parameters such as the damping coefficient D, the spring coefficient K, and the threshold position xth. In other words, the specification can be changed easily because only the values such as the damping coefficient D, the spring coefficient K, and the threshold position xth stored in the ROM are changed to change the specification.
なお、上述した実施の形態において、反力Fを算出するのに、ラック軸105の変位量x、移動速度、移動加速度を加味した式(1a)、(1b)を用いているが、特にかかる式に限定されない。例えば、ラック軸105の変位量xおよび移動速度のみを加味した式を用いてもよい。なお、上記実施の形態では、ラックピニオン式を例示したが、その他のラックアシスト式、ディアルピニオン式等にも同様に採用できる。
In the embodiment described above, the reaction force F is calculated by using the equations (1a) and (1b) that take into account the displacement amount x, the moving speed, and the moving acceleration of the
10…制御装置、20…目標電流算出部、21…ベース電流算出部、22…イナーシャ補償電流算出部、23…ダンパー補償電流算出部、25…仮目標電流決定部、27…操舵反力補償電流算出部、28…最終目標電流決定部、30…制御部、80…ラック軸位置検出部、100…電動パワーステアリング装置、105…ラック軸、107…ステアリングギヤボックス、110…電動モータ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記伝達機構を介して、一方方向の回転駆動力が前記車輪の一方方向の転動力として加えられる電動モータと、
前記ステアリングホイールに対して前記一方方向の回転操作力が加えられた場合に前記一方方向の回転駆動力を生じるように前記電動モータの駆動を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記一方方向の回転操作力が前記ステアリングホイールに加えられたとしても、前記ラック軸の変位量x、移動速度(dx/dt)、前記ラック軸の移動加速度(d 2 x/dt 2 )、係数D及び係数Kから以下の式(1)、
F=M・d 2 x/dt 2 +D・dx/dt+K・(x−xth)…(1)
(Mは前記ラック軸の質量、xthは前記変位量xにおける閾位置)
を用いて算出した値Fに応じて前記電動モータの前記一方方向の回転駆動力を減少し、
前記係数D、前記係数K及び前記閾位置xthを任意に設定できる
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 A transmission mechanism that has a rack shaft that steers the wheel by linear movement, and transmits a rotational operation force in one direction of the steering wheel as a rolling force in one direction of the wheel;
An electric motor to which a rotational driving force in one direction is applied as a rolling force in one direction of the wheel, via the transmission mechanism;
Control means for controlling the driving of the electric motor so as to generate the rotational driving force in the one direction when the rotational operating force in the one direction is applied to the steering wheel;
With
Even if the rotational operation force in the one direction is applied to the steering wheel, the control means is configured such that the rack shaft displacement x, the moving speed (dx / dt), and the rack shaft moving acceleration (d 2 x / dt 2 ), coefficient D and coefficient K, the following equation (1),
F = M · d 2 x / dt 2 + D · dx / dt + K · (x−xth) (1)
(M is the mass of the rack shaft, xth is the threshold position in the displacement x)
Reduces the rotational driving force of the one direction of the electric motor in accordance with the value F calculated using,
The electric power steering apparatus , wherein the coefficient D, the coefficient K, and the threshold position xth can be arbitrarily set .
ことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 The control means responds to a displacement amount x and a moving speed (dx / dt) of the rack shaft to a current for assisting the rotation operation of the steering wheel, and a current in a direction opposite to the direction assisting the rotation operation. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein a current obtained by adding is used as a target current to be supplied to the electric motor.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置。 The control means, when the displacement amount x of the rack shaft is displaced beyond the threshold position xth and the moving speed in the direction of rolling the wheel in the one direction is positive, the electric motor of the electric motor. 3. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the rotational driving force in one direction is reduced.
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