JPWO2019167661A1 - Vehicle steering device - Google Patents
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Abstract
【課題】路面の状態に影響されず、経年によるステアリング操舵系の機構特性の変化に左右されず、操舵角等に対して同等の操舵トルクを容易に実現することが可能な車両用操向装置を提供する。【解決手段】操舵系をアシスト制御する車両用操向装置において、目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、目標操舵トルクを目標捩れ角に変換する変換部と、目標捩れ角に対して捩れ角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部とを備え、目標操舵トルク生成部が、セルフアライニングトルク値に基づいて第1トルク信号を演算するSAT情報補正部を具備し、第1トルク信号を目標操舵トルクとして出力し、SAT情報補正部が、操舵トルク、角度情報及びモータ電流指令値に基づいてセルフアライニングトルク値を推定するSAT推定部と、セルフアライニングトルク値に対してフィルタ処理を行って第1トルク信号を算出するフィルタ部とを具備し、モータ電流指令値に基づいてモータを駆動制御する。【選択図】図5PROBLEM TO BE SOLVED: To easily realize the same steering torque with respect to a steering angle and the like without being influenced by a road surface condition and a change in mechanical characteristics of a steering steering system over time. I will provide a. SOLUTION: In a vehicle steering device that assists and controls a steering system, a target steering torque generating unit that generates a target steering torque, a conversion unit that converts a target steering torque into a target torsion angle, and a target torsion angle. It is equipped with a torsion angle control unit that calculates a motor current command value that follows the torsion angle, and a target steering torque generation unit is equipped with a SAT information correction unit that calculates a first torque signal based on the self-aligning torque value. Then, the SAT information correction unit outputs the first torque signal as the target steering torque, and the SAT information correction unit estimates the self-aligning torque value based on the steering torque, the angle information, and the motor current command value, and the self-aligning torque. It is provided with a filter unit that performs a filter process on the value and calculates a first torque signal, and drives and controls the motor based on the motor current command value. [Selection diagram] Fig. 5
Description
本発明は、トーションバー等の捩れ角に基づいて所望の操舵トルクを実現し、路面の状態に影響されず、経年による機構系特性の変化に左右されない高性能な車両用操向装置に関する。 The present invention relates to a high-performance steering device for vehicles that realizes a desired steering torque based on a torsion angle of a torsion bar or the like, is not affected by a road surface condition, and is not affected by changes in mechanical characteristics over time.
車両用操向装置の1つである電動パワーステアリング装置(EPS)は、車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力(操舵補助力)を付与するものであり、インバータから供給される電力で制御されるモータの駆動力を、減速機構を含む伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸にアシスト力として付与する。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシスト力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。 The electric power steering device (EPS), which is one of the steering devices for vehicles, applies an assist force (steering assist force) to the steering system of the vehicle by the rotational force of the motor, and uses the power supplied from the inverter. The driving force of the controlled motor is applied to the steering shaft or rack shaft as an assist force by a transmission mechanism including a reduction mechanism. In such a conventional electric power steering device, feedback control of the motor current is performed in order to accurately generate an assist force. The feedback control adjusts the motor applied voltage so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value becomes small, and the adjustment of the motor applied voltage is generally PWM (pulse width). Modulation) Control duty is adjusted.
電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図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、ハンドル軸)2は減速機構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、トーションバーを有するコラム軸2には、ハンドル1の操舵トルクTsを検出するトルクセンサ10及び操舵角θhを検出する舵角センサ14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Tsと車速センサ12で検出された車速Vsとに基づいてアシスト(操舵補助)指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Vrefによって、EPS用モータ20に供給する電流を制御する。
The general configuration of the electric power steering device will be described with reference to FIG. 1. The column shafts (steering shaft, handle shaft) 2 of the
コントロールユニット30には、車両の各種情報を授受するCAN(Controller Area Network)40が接続されており、車速VsはCAN40から受信することも可能である。また、コントロールユニット30には、CAN40以外の通信、アナログ/ディジタル信号、電波等を授受する非CAN41も接続可能である。
A CAN (Controller Area Network) 40 for exchanging various information on the vehicle is connected to the
コントロールユニット30は主としてCPU(MCU、MPU等も含む)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2のようになる。
The
図2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Ts及び車速センサ12で検出された(若しくはCAN40からの)車速Vsは、電流指令値演算部31に入力される。電流指令値演算部31は、入力された操舵トルクTs及び車速Vsに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ20に供給する電流の制御目標値である電流指令値Iref1を演算する。電流指令値Iref1は加算部32Aを経て電流制限部33に入力され、最大電流を制限された電流指令値Irefmが減算部32Bに入力され、フィードバックされているモータ電流値Imとの偏差I(=Irefm−Im)が演算され、その偏差Iが操舵動作の特性改善のためのPI(比例積分)制御部35に入力される。PI制御部35で特性改善された電圧制御指令値VrefがPWM制御部36に入力され、更に駆動部としてのインバータ37を介してモータ20がPWM駆動される。モータ20の電流値Imはモータ電流検出器38で検出され、減算部32Bにフィードバックされる。
Explaining the function and operation of the
加算部32Aには補償信号生成部34からの補償信号CMが加算されており、補償信号CMの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部34は、セルフアライニングトルク(SAT)343と慣性342を加算部344で加算し、その加算結果に更に収れん性341を加算部345で加算し、加算部345の加算結果を補償信号CMとしている。
The compensation signal CM from the compensation
このように、従来の電動パワーステアリング装置でのアシスト制御では、運転者の手入力にて加えられた操舵トルクをトーションバーの捩れトルクとしてトルクセンサで検出し、主にそのトルクに応じたアシスト電流としてモータ電流を制御している。しかしながら、この方法で制御を行なう場合、路面の状態(例えば傾斜)の違いにより、操舵角によって異なる操舵トルクとなってしまうことがある。モータ出力特性の経年使用によるバラツキによっても、操舵トルクに影響を与えることがある。 In this way, in the assist control of the conventional electric power steering device, the steering torque applied manually by the driver is detected by the torque sensor as the torsion torque of the torsion bar, and the assist current mainly according to the torque is detected. The motor current is controlled as. However, when the control is performed by this method, the steering torque may differ depending on the steering angle due to the difference in the road surface condition (for example, inclination). The steering torque may also be affected by variations in the motor output characteristics due to aging.
かかる問題を解決するために、例えば、特許第5208894号公報(特許文献1)に示されるような電動パワーステアリング装置が提案されている。特許文献1の電動パワーステアリング装置では、運転者の触覚特性に基づく適切な操舵トルクを与えるために、操舵角又は操舵トルクと手応え量との関係に基づいて決定される操舵角と操舵トルクとの関係(操舵反力特性マップ)に基づいて、操舵トルクの目標値を設定している。
In order to solve such a problem, for example, an electric power steering device as shown in Japanese Patent No. 5208894 (Patent Document 1) has been proposed. In the electric power steering device of
しかしながら、特許文献1の電動パワーステアリング装置では、操舵反力特性マップを予め求めておかなければならず、また、操舵トルクの目標値と検出される操舵トルクとの偏差に基づいて制御を行っているので、操舵トルクに対する影響が残ってしまうおそれがある。
However, in the electric power steering device of
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、路面の状態に影響されず、経年によるステアリング操舵系の機構特性の変化に左右されず、操舵角等に対して同等の操舵トルクを容易に実現することが可能な車両用操向装置を提供することにある。 The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is not affected by changes in the mechanical characteristics of the steering steering system over time, not affected by the condition of the road surface, and with respect to the steering angle and the like. An object of the present invention is to provide a steering device for a vehicle capable of easily achieving the same steering torque.
本発明は、任意のバネ定数を有するトーションバー及び前記トーションバーの捩れ角を検出するセンサを少なくとも備え、モータを駆動制御することにより、操舵系をアシスト制御する車両用操向装置に関し、本発明の上記目的は、目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、前記目標操舵トルクを目標捩れ角に変換する変換部と、前記目標捩れ角に対して前記捩れ角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部とを備え、前記目標操舵トルク生成部が、セルフアライニングトルク値に基づいて第1トルク信号を演算するSAT情報補正部を具備し、前記第1トルク信号を前記目標操舵トルクとして出力し、前記SAT情報補正部が、操舵トルク、角度情報及び前記モータ電流指令値に基づいて前記セルフアライニングトルク値を推定するSAT推定部と、前記セルフアライニングトルク値に対してフィルタ処理を行って前記第1トルク信号を算出するフィルタ部とを具備し、前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御することにより達成される。 The present invention relates to a vehicle steering device that includes at least a torsion bar having an arbitrary spring constant and a sensor that detects a torsion angle of the torsion bar, and assists and controls the steering system by driving and controlling a motor. The object of the above is a target steering torque generating unit that generates a target steering torque, a conversion unit that converts the target steering torque into a target torsion angle, and a motor current that causes the torsion angle to follow the target torsion angle. A twist angle control unit that calculates a command value is provided, and the target steering torque generation unit includes a SAT information correction unit that calculates a first torque signal based on a self-aligning torque value, and obtains the first torque signal. The SAT information correction unit outputs the target steering torque to the SAT estimation unit that estimates the self-aligning torque value based on the steering torque, angle information, and the motor current command value, and the self-aligning torque value. It is achieved by providing a filter unit for calculating the first torque signal by performing a filter process on the surface and driving and controlling the motor based on the motor current command value.
また、本発明の上記目的は、前記フィルタ部が、1つ又は並列に接続された複数のフィルタで構成されていることにより、或いは、前記SAT情報補正部が、前記第1トルク信号に操舵トルク感応ゲインを乗算する操舵トルク感応ゲイン部を更に具備することにより、或いは、前記操舵トルク感応ゲインが、オンセンタにおいて大きくなるように設定されていることにより、或いは、前記SAT情報補正部が、前記第1トルク信号に車速感応ゲインを乗算する車速感応ゲイン部を更に具備することにより、或いは、前記車速感応ゲインが、高速時に大きくなるように設定されていることにより、或いは、前記SAT情報補正部が、前記第1トルク信号に舵角感応ゲインを乗算する舵角感応ゲイン部を更に具備することにより、或いは、前記SAT情報補正部が、前記第1トルク信号の上下限値を制限する制限部を更に具備することにより、或いは、前記目標操舵トルク生成部が、基本マップを用いて操舵角及び車速より第2トルク信号を求める基本マップ部と、車速感応であるダンパゲインマップを用いて角速度情報に基づいて第3トルク信号を求めるダンパ演算部と、操舵状態及び前記操舵角を用いてヒステリシス補正を行って第4トルク信号を求めるヒステリシス補正部とを更に具備し、前記第2トルク信号、前記第3トルク信号及び前記第4トルク信号の内の少なくとも1つの信号並びに前記第1トルク信号より前記目標操舵トルクを算出することにより、或いは、前記基本マップ及び前記ヒステリシス補正部の特性が車速感応であることにより、或いは、前記目標操舵トルク生成部が、前記基本マップ部の前段又は後段に、位相補償を行なう位相補償部を更に具備し、前記基本マップ部及び前記位相補償部を介して、前記操舵角及び前記車速より前記第2トルク信号を求めることにより、より効果的に達成される。 Further, the object of the present invention is that the filter unit is composed of one or a plurality of filters connected in parallel, or the SAT information correction unit uses the steering torque to the first torque signal. The steering torque sensitive gain unit for multiplying the sensitive gain is further provided, or the steering torque sensitive gain is set to be large in the on-center, or the SAT information correction unit is the first. The vehicle speed-sensitive gain unit for multiplying one torque signal by the vehicle speed-sensitive gain is further provided, or the vehicle speed-sensitive gain is set to be large at high speed, or the SAT information correction unit By further providing a steering angle sensitive gain unit that multiplies the first torque signal by the steering angle sensitive gain, or by the SAT information correction unit, a limiting unit that limits the upper and lower limit values of the first torque signal is provided. Further, or by using the target steering torque generating unit, the basic map unit that obtains the second torque signal from the steering angle and the vehicle speed using the basic map, and the damper gain map that is sensitive to the vehicle speed are used for the angular speed information. A damper calculation unit that obtains a third torque signal based on the rudder, and a hysteresis correction unit that performs hysteresis correction using the steering state and the steering angle to obtain a fourth torque signal are further provided. The target steering torque is calculated from the three torque signals, at least one of the fourth torque signals, and the first torque signal, or the characteristics of the basic map and the hysteresis correction unit are vehicle speed sensitive. Thereby, or the target steering torque generation unit further includes a phase compensation unit that performs phase compensation in the front stage or the rear stage of the basic map unit, and the steering is performed via the basic map unit and the phase compensation unit. This is achieved more effectively by obtaining the second torque signal from the angle and the vehicle speed.
本発明の車両用操向装置によれば、目標操舵トルク生成部で生成される目標操舵トルクを基に求められる目標捩れ角に対して制御を行うことにより、目標捩れ角に捩れ角が追従するように動作し、所望の操舵トルクを実現し、運転者の操舵の感覚に基づく適切な操舵トルクを与えることができる。 According to the vehicle steering device of the present invention, the torsion angle follows the target torsion angle by controlling the target torsion angle obtained based on the target steering torque generated by the target steering torque generating unit. It is possible to realize a desired steering torque and to provide an appropriate steering torque based on the driver's steering sensation.
更に、目標操舵トルクの生成にセルフアライニングトルク(SAT)値を用いることにより、走行中の路面情報を操舵感として適切に運転者へ伝えることができる。 Further, by using the self-aligning torque (SAT) value to generate the target steering torque, the road surface information during traveling can be appropriately transmitted to the driver as a steering feeling.
本発明は、路面の状態に影響されず、操舵角等に対して同等の操舵トルクを実現するための車両用操向装置であり、トーションバー等の捩れ角を、操舵角等に応じた値に追従するように制御することにより所望の操舵トルクを実現している。 The present invention is a vehicle steering device for achieving the same steering torque with respect to the steering angle and the like without being affected by the condition of the road surface, and the torsion angle of the torsion bar and the like is set to a value according to the steering angle and the like. The desired steering torque is realized by controlling so as to follow.
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
先ず、本発明に係る車両用操向装置の1つである電動パワーステアリング装置に関連する情報を検出する各種センサの設置例について説明する。図3は、EPS操舵系と各種センサの設置例を示す図であり、コラム軸2にはトーションバー2Aが備えられている。操向車輪8L,8Rには路面反力Rr及び路面情報μが作用する。トーションバー2Aを挟んでコラム軸2のハンドル側には上側角度センサが設けられ、トーションバー2Aを挟んでコラム軸2の操向車輪側には下側角度センサが設けられており、上側角度センサはハンドル角θ1を検出し、下側角度センサはコラム角θ2を検出する。操舵角θhはコラム軸2の上部に設けられた舵角センサで検出され、ハンドル角θ1及びコラム角θ2の偏差から、下記数1及び数2によってトーションバーの捩れ角Δθ及びトーションバートルクTtを求めることができる。なお、Ktはトーションバー2Aのバネ定数である。First, an installation example of various sensors for detecting information related to an electric power steering device, which is one of the steering devices for vehicles according to the present invention, will be described. FIG. 3 is a diagram showing an installation example of the EPS steering system and various sensors, and the
次に、本発明の構成例について説明する。 Next, a configuration example of the present invention will be described.
図4は本発明の構成例(第1実施形態)を示すブロック図であり、運転者のハンドル操舵はEPS操舵系/車両系100内のモータでアシスト制御される。目標操舵トルクTrefを出力する目標操舵トルク生成部200には、操舵角θh及び車速Vsの他に、操舵トルクTs、角度情報であるモータ角θm、捩れ角制御部300から出力されるモータ電流指令値Imc及び右切り/左切り判定部400から出力される右切り又は左切りの操舵状態STsが入力される。目標操舵トルクTrefは変換部500で目標捩れ角Δθrefに変換され、目標捩れ角Δθrefは、トーションバー2Aの捩れ角Δθ及びモータ角速度ωmと共に捩れ角制御部300に入力される。捩れ角制御部300は、捩れ角Δθが目標捩れ角Δθrefとなるようなモータ電流指令値Imcを演算し、モータ電流指令値ImcによりEPSのモータが駆動される。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example (first embodiment) of the present invention, in which the driver's steering wheel steering is assist-controlled by a motor in the EPS steering system /
右切り/左切り判定部400は、モータ角速度ωmを基に操舵が右切りか左切りかを判定し、判定結果を操舵状態STsとして出力する。即ち、モータ角速度ωmが正の値の場合は「右切り」と判定し、負の値の場合は「左切り」と判定する。なお、モータ角速度ωmの代わりに、操舵角θh、ハンドル角θ1又はコラム角θ2に対して速度演算を行って算出される角速度を用いても良い。The right-turn / left-
図5は目標操舵トルク生成部200の構成例を示しており、目標操舵トルク生成部200は、基本マップ部210、微分部220、ダンパゲイン部230、ヒステリシス補正部240、SAT情報補正部250、乗算部260並びに加算部261、262及び263を備え、操舵角θhは基本マップ部210、微分部220、ヒステリシス補正部240及びSAT情報補正部250に入力され、右切り/左切り判定部400から出力される操舵状態STsはヒステリシス補正部240に入力され、操舵トルクTs、モータ角θm及びモータ電流指令値ImcはSAT情報補正部250に入力され、車速Vsは基本マップ部210、ダンパゲイン部230及びSAT情報補正部250に入力される。
FIG. 5 shows a configuration example of the target steering
基本マップ部210は、基本マップを有し、基本マップを用いて、図6に示されるような車速Vsをパラメータとするトルク信号(第2トルク信号)Tref_aを出力する。即ち、トルク信号Tref_aは、操舵角θhの大きさ(絶対値)|θh|が増加するにつれて増加し、車速Vsが増加するにつれても増加するようになっている。符号部211は操舵角θhの符号(+1又は−1)を乗算部212に出力する。操舵角θhの大きさからマップによりトルク信号Tref_aの大きさを求め、これに操舵角θhの符号を乗算し、トルク信号Tref_aを演算する。なお、図6では操舵角θhの大きさ|θh|を参照するマップ、符号部及び乗算部で基本マップ部210を構成しているが、正負の操舵角θhに応じてマップを構成しても良く、この場合、操舵角θhが正の場合と負の場合とで変化の態様を変えても良い。また、図6に示される基本マップは車速感応であるが、車速感応でなくても良い。
The
微分部220は、操舵角θhを微分して角速度情報である舵角速度ωhを算出し、舵角速度ωhは乗算部260に入力される。
The
ダンパゲイン部230は、舵角速度ωhに乗算されるダンパゲインDGを出力する。乗算部260にてダンパゲインDGを乗算された舵角速度ωhは、トルク信号(第3トルク信号)Tref_bとして加算部262に入力される。ダンパゲインDGは、ダンパゲイン部230が有する車速感応型のダンパゲインマップを用いて、車速Vsに応じて求められる。ダンパゲインマップは、例えば、図7に示されるように、車速Vsが高くなるに従って徐々に大きくなる特性を有する。ダンパゲインマップは操舵角θhに応じて可変としても良い。なお、ダンパゲイン部230及び乗算部260でダンパ演算部を構成している。
ヒステリシス補正部240は操舵角θh及び操舵状態STsに基づき、下記数3に従ってトルク信号(第4トルク信号)Tref_cを演算する。なお、下記数3では、x=θh、y=Tref_cとしており、a>1、c>0であり、Ahysはヒステリシス幅である。The
“a”として1より大きい任意の正数を用いることができ、例えば、ネイピア数“e”を用いた場合、数3及び数4は下記数5及び数6となる。
Any positive number larger than 1 can be used as "a". For example, when the Napier number "e" is used, the
なお、ヒステリシス特性の出力幅を表す係数であるAhys及び丸みを表す係数であるcを、車速Vs及び/又は操舵角θhに応じて可変としても良い。 A hys, which is a coefficient representing the output width of the hysteresis characteristic, and c, which is a coefficient representing roundness, may be made variable according to the vehicle speed Vs and / or the steering angle θh.
SAT情報補正部250は、操舵トルクTs、モータ角θm及びモータ電流指令値Imcに基づいてセルフアライニングトルク(SAT)を推定し、更にフィルタ処理、ゲイン乗算及び制限処理を施して、トルク信号(第1トルク信号)Tref_dを演算する。図9にSAT情報補正部250の構成例を示しており、SAT情報補正部250はSAT推定部251、フィルタ部252、操舵トルク感応ゲイン部253、車速感応ゲイン部254、舵角感応ゲイン部255及び制限部256を備える。
The SAT
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10に示して説明する。運転者がハンドルを操舵することによって操舵トルクTsが発生し、その操舵トルクTsに従ってモータ20がアシストトルク(モータトルクのコラム軸換算値)Tmを発生する。その結果、車輪が転舵され、反力としてSAT TSATが発生する。その際、コラム軸換算慣性(モータ(のロータ)、減速機構等によりコラム軸に作用する慣性)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。更に、モータ20の回転速度により、ダンパ項(ダンパ係数DM)として表現される物理的なトルク(粘性トルク)が発生する。これらの力の釣り合いから、下記数7のような運動方程式が得られる。Here, the state of the torque generated between the road surface and the steering wheel will be described with reference to FIG. When the driver steers the steering wheel, steering torque Ts is generated, and the
SAT推定部251は、操舵トルクTs、モータ角θm及びモータ電流指令値Imcを入力し、数8に基づいてセルフアライニングトルク値(SAT値)TSATを推定する。モータ電流指令値Imcは換算部251Aに入力され、予め定められたギア比及びトルク定数を乗算することにより、コラム軸換算されたアシストトルクTmが算出される。モータ角θmは角速度演算部251Bに入力され、微分処理及びギア比での除算により、コラム軸換算されたモータ角速度ωMが算出される。角加速度演算部251Cでは、モータ角速度ωMを用いた微分処理により、コラム軸換算されたモータ角加速度αMが算出される。そして、入力された操舵トルクTs並びに算出された上記アシストトルクTm、モータ角速度ωM及びモータ角加速度αMを用いて、数8に基づいて、図9に示されるような構成によりSAT値TSATが算出される。図9において、ブロック251Dは符号関数として機能し、入力データの符号を出力し、ブロック251Eは入力データにダンパ係数DMを乗算して出力し、ブロック251Fは入力データに静摩擦Frを乗算して出力し、ブロック251Gは入力データにコラム軸換算慣性Jを乗算して出力する。なお、コラム角が直接検出可能な場合は、モータ角θmの代わりにコラム角を角度情報として使用しても良い。この場合、コラム軸換算は不要となる。また、モータ角θmではなく、EPS操舵系/車両系100からのモータ角速度ωmをコラム軸換算した信号をモータ角速度ωMとして入力し、モータ角θmに対する微分処理を省略しても良い。更に、SAT値TSATは上記以外の方法で推定しても良く、推定値ではなく、測定値を使用しても良い。The
SAT推定部251にて推定されたSAT値TSATを活用し運転者に操舵感として適切に伝えるために、フィルタ部252により、伝えたい情報をSAT値TSATから抽出し、操舵トルク感応ゲイン部253、車速感応ゲイン部254及び舵角感応ゲイン部255により伝える量を調整し、更に、制限部256により上下限値を調整する。フィルタ部252は、例えばバンドバスフィルタにより、SAT値TSATに対してフィルタ処理を行い、SAT情報TST1を出力する。操舵トルク感応ゲイン部253は、操舵トルクTsに応じて設定される操舵トルク感応ゲインをSAT情報TST1に乗算し、SAT情報TST2を出力する。直進走行状態であるオンセンタ近辺で感度が高くなるように、例えば図11に示されるように操舵トルク感応ゲインを設定する。即ち、操舵トルク感応ゲインが、操舵トルクTsがTs1(例えば2Nm)以下では1.0で固定とし、操舵トルクTsがTs2(>Ts1)(例えば4Nm)以上では1.0より小さい値で固定とし、操舵トルクTsがTs1とTs2の間では一定の割合で減少するように設定する。車速感応ゲイン部254は、車速Vsに応じて設定される車速感応ゲインをSAT情報TST2に乗算し、SAT情報TST3を出力する。高速時の感度が高くなるように、例えば図12に示されるように車速感応ゲインを設定する。即ち、車速感応ゲインが、車速VsがVs2(例えば70km/h)以上では1.0で固定とし、車速VsがVs1(<Vs2)(例えば50km/h)以下では1.0より小さい値で固定とし、車速VsがVs1とVs2の間では一定の割合で増加するように設定する。舵角感応ゲイン部255は、操舵角θhに応じて設定される舵角感応ゲインをSAT情報TST3に乗算し、トルク信号Tref_d0を出力する。所定の操舵角から作用し始め、操舵角が大きい時の感度が高くなるように、例えば図13に示されるように舵角感応ゲインを設定する。即ち、舵角感応ゲインが、操舵角θhがθh1(例えば10deg)以下では所定のゲイン値Gαで、操舵角θhがθh2(例えば30deg)以上では1.0で固定とし、操舵角θhがθh1とθh2の間では一定の割合で増加するように設定する。操舵角が大きいときの感度を高くしたい場合は、Gαを0≦Gα<1の範囲に設定すれば良い。操舵角が小さいときの感度を高くしたい場合は、図示していないが、Gαを1<Gαの範囲に設定すれば良い。操舵角による感度を変えたくない場合は、Gα=1として設定すれば良い。制限部256は、図14に示されるように、トルク信号に対する上限値及び下限値を予め設定し、入力するトルク信号Tref_d0が、上限値以上の場合は上限値を、下限値以下の場合は下限値を、それ以外の場合はトルク信号Tref_d0を、トルク信号Tref_dとして出力する。なお、操舵トルク感応ゲイン、車速感応ゲイン及び舵角感応ゲインは、図11、図12及び図13に示されるような直線的な特性ではなく、曲線的な特性でも良く、操舵フィーリングに応じて設定、例えば各ゲインの最大値及び最小値を適宜調整しても良い。また、トルク信号の大きさが増大するおそれがない場合や他の手段で抑制する場合等では、制限部256を削除しても良い。操舵トルク感応ゲイン部253、車速感応ゲイン部254及び舵角感応ゲイン部255も、適宜、省略可能であり、設置位置を入れ替えても良い。各ゲインを並列に求め、1箇所でSAT情報TST1に乗算するような構成でも良い。 In order to utilize the SAT value T SAT estimated by the
上述のように求められたトルク信号Tref_d、Tref_c、Tref_b及びTref_aは、加算部263、262及び261で順次加算されていき、最終の加算結果が目標操舵トルクTrefとして出力される。
The torque signals Tref_d, Tref_c, Tref_b and Tref_a obtained as described above are sequentially added by the
なお、舵角速度ωhは、操舵角θhに対する微分演算により求めているが、高域のノイズの影響を低減するために適度にローパスフィルタ(LPF)処理を実施している。また、ハイパスフィルタ(HPF)とゲインにより、微分演算とLPFの処理を実施しても良い。更に、舵角速度ωhは、操舵角θhではなく、上側角度センサが検出するハンドル角θ1又は下側角度センサが検出するコラム角θ2に対して微分演算とLPFの処理を行って算出しても良い。舵角速度ωhの代わりにモータ角速度ωmを角速度情報として使用しても良く、この場合、微分部220は不要となる。The rudder angular velocity ωh is obtained by a differential calculation with respect to the steering angle θh, but a low-pass filter (LPF) process is appropriately performed in order to reduce the influence of high-frequency noise. Further, the differential operation and the LPF processing may be performed by the high-pass filter (HPF) and the gain. Further, the steering angular velocity ωh is calculated by performing differential calculation and LPF processing on the handle angle θ 1 detected by the upper angle sensor or the column angle θ 2 detected by the lower angle sensor instead of the steering angle θh. Is also good. The motor angular velocity ωm may be used as the angular velocity information instead of the steering angular velocity ωh, and in this case, the
変換部500は、トーションバー2Aのバネ定数Ktの逆数の符号を反転した−1/Ktの特性を有しており、目標操舵トルクTrefを目標捩れ角Δθrefに変換する。
The
捩れ角制御部300は、目標捩れ角Δθref、捩れ角Δθ及びモータ角速度ωmに基づいてモータ電流指令値Imcを演算する。図15は捩れ角制御部300の構成例を示すブロック図であり、捩れ角制御部300は、捩れ角フィードバック(FB)補償部310、捩れ角速度演算部320、速度制御部330、安定化補償部340、出力制限部350、減算部361及び加算部362を備えており、変換部500から出力される目標捩れ角Δθrefは減算部361に加算入力され、捩れ角Δθは減算部361に減算入力されると共に、捩れ角速度演算部320に入力され、モータ角速度ωmは安定化補償部340に入力される。
The twist
捩れ角FB補償部310は、減算部361で算出される目標捩れ角Δθrefと捩れ角Δθの偏差Δθ0に対して補償値CFB(伝達関数)を乗算し、目標捩れ角Δθrefに捩れ角Δθが追従するような目標捩れ角速度ωrefを出力する。補償値CFBは単純なゲインKppでも、PI制御の補償値など一般的に用いられている補償値でも良い。目標捩れ角速度ωrefは速度制御部330に入力される。捩れ角FB補償部310と速度制御部330により、目標捩れ角Δθrefに捩れ角Δθを追従させ、所望の操舵トルクを実現することが可能となる。The twist angle
捩れ角速度演算部320は、捩れ角Δθに対する微分演算により捩れ角速度ωtを算出し、捩れ角速度ωtは速度制御部330に入力される。微分演算として、HPFとゲインによる擬似微分を行なっても良い。また、捩れ角速度ωtを別の手段や捩れ角Δθ以外から算出し、速度制御部330に入力するようにしても良い。
The torsion angular
速度制御部330は、I−P制御(比例先行型PI制御)により、目標捩れ角速度ωrefに捩れ角速度ωtが追従するようなモータ電流指令値Imca1を算出する。減算部333で目標捩れ角速度ωrefと捩れ角速度ωtとの差分(ωref−ωt)を算出し、その差分を、ゲインKviを有する積分部331にて積分し、積分結果は減算部334に加算入力される。捩れ角速度ωtは比例部332にも入力され、ゲインKvpによる比例処理を施され、減算部334に減算入力される。減算部334での減算結果がモータ電流指令値Imca1として出力される。なお、速度制御部330は、I−P制御ではなく、PI制御、P(比例)制御、PID(比例積分微分)制御、PI−D制御(微分先行型PID制御)、モデルマッチング制御、モデル規範制御等の一般的に用いられている制御方法でモータ電流指令値Imca1を算出しても良い。
The
安定化補償部340は補償値Cs(伝達関数)を有しており、モータ角速度ωmよりモータ電流指令値Imca2を算出する。追従性及び外乱特性を向上させるために、捩れ角FB補償部310及び速度制御部330のゲインを上げると、高周波数域の制御的な発振現象が発生してしまう。この対策として、モータ角速度ωmに対し、安定化するために必要な伝達関数(Cs)を安定化補償部340に設定する。これにより、EPS制御システム全体の安定化を実現することができる。安定化補償部340の伝達関数(Cs)として、例えば1次のHPFの構造を用いた擬似微分とゲインにより設定した、下記数9で表わされる1次フィルタを使用する。
The
速度制御部330からのモータ電流指令値Imca1及び安定化補償部340からのモータ電流指令値Imca2は加算部362で加算され、モータ電流指令値Imcbとして出力される。
The motor current command value Imca1 from the
出力制限部350は、モータ電流指令値Imcbの上下限値を制限して、モータ電流指令値Imcを出力する。SAT情報補正部250内の制限部256と同様に、モータ電流指令値Imcbに対する上限値及び下限値を予め設定して制限をかける。
The
このような構成において、本実施形態の動作例を図16〜図18のフローチャートを参照して説明する。 In such a configuration, an operation example of this embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 16 to 18.
動作を開始すると、右切り/左切り判定部400は、モータ角速度ωmを入力し、モータ角速度ωmの符号を基に操舵が右切りか左切りかを判定し、判定結果を操舵状態STsとして、目標操舵トルク生成部200に出力する(ステップS10)。
When the operation is started, the right-turn / left-
目標操舵トルク生成部200は、操舵状態STsと共に、操舵角θh、車速Vs、操舵トルクTs、モータ角θm及びモータ電流指令値Imcを入力し、目標操舵トルクTrefを生成する(ステップS20)。目標操舵トルク生成部200の動作例については、図17のフローチャートを参照して説明する。
The target steering
目標操舵トルク生成部200に入力された操舵角θhは基本マップ部210、微分部220、ヒステリシス補正部240及びSAT情報補正部250に、操舵状態STsはヒステリシス補正部240に、車速Vsは基本マップ部210、ダンパゲイン部230及びSAT情報補正部250に、操舵トルクTs、モータ角θm及びモータ電流指令値ImcはSAT情報補正部250にそれぞれ入力される(ステップS21)。
The steering angle θh input to the target steering
基本マップ部210は、図6に示される基本マップを用いて、操舵角θh及び車速Vsに応じたトルク信号Tref_aを生成して、加算部261に出力する(ステップS22)。
Using the basic map shown in FIG. 6, the
微分部220は操舵角θhを微分して舵角速度ωhを出力し(ステップS23)、ダンパゲイン部230は図7に示されるダンパゲインマップを用いて車速Vsに応じたダンパゲインDGを出力し(ステップS24)、乗算部260は舵角速度ωh及びダンパゲインDGを乗算してトルク信号Tref_bを演算し、加算部262に出力する(ステップS25)。Differentiating
ヒステリシス補正部240は、操舵角θhに対して、操舵状態STsに応じて数5及び数6による演算を切り替えてヒステリシス補正を実施し(ステップS26)、トルク信号Tref_cを生成し、加算部263に出力する(ステップS27)。なお、数5及び数6におけるヒステリシス幅Ahys、c、x1及びy1は予め設定し保持されているが、数6よりb及びb’を予め算出し、x1及びy1の代わりにb及びb’を保持するようにしても良い。The
SAT情報補正部250は、入力したモータ電流指令値Imc及びモータ角θmをSAT推定部251に、操舵トルクTsをSAT推定部251及び操舵トルク感応ゲイン部253に、車速Vsを車速感応ゲイン部254に、操舵角θhを舵角感応ゲイン部255にそれぞれ入力する。SAT推定部251は、換算部251Aにてモータ電流指令値ImcからアシストトルクTmを算出し、角速度演算部251Bにてモータ角θmからモータ角速度ωMを、更に角加速度演算部251Cを介してモータ角加速度αMを算出し、それらと操舵トルクTsを用いて、数8に基づいてSAT値TSATを算出する(ステップS28)。算出されたSAT値TSATはフィルタ部252にてフィルタ処理を施されて、SAT情報TST1として操舵トルク感応ゲイン部253に出力される(ステップS29)。操舵トルク感応ゲイン部253は、図11に示されるような特性を用いて、入力した操舵トルクTsに応じた操舵トルク感応ゲインを決定し、SAT情報TST1に乗算し、SAT情報TST2として車速感応ゲイン部254に出力する(ステップS30)。車速感応ゲイン部254は、図12に示されるような特性を用いて、入力した車速Vsに応じた車速感応ゲインを決定し、SAT情報TST2に乗算し、SAT情報TST3として舵角感応ゲイン部255に出力する(ステップS31)。舵角感応ゲイン部255は、図13に示されるような特性を用いて、入力した操舵角θhに応じた舵角感応ゲインを決定し、SAT情報TST3に乗算し、トルク信号Tref_d0として制限部256に出力する(ステップS32)。制限部256は、予め設定された上限値及び下限値によりトルク信号Tref_d0の上下限値を制限し、トルク信号Tref_dとして加算部263に出力する(ステップS33)。The SAT
そして、加算部263にてトルク信号Tref_c及びTref_dが加算され、その加算結果にトルク信号Tref_bが加算部262にて加算され、更にその加算結果にトルク信号Tref_aが加算部261にて加算され、目標操舵トルクTrefが演算される(ステップS34)。
Then, the torque signals Tref_c and Tref_d are added by the addition unit 263, the torque signal Tref_b is added to the addition result by the
目標操舵トルク生成部200で生成された目標操舵トルクTrefは変換部500に入力され、変換部500で目標捩れ角Δθrefに変換される(ステップS40)。目標捩れ角Δθrefは捩れ角制御部300に入力される。
The target steering torque Tref generated by the target steering
捩れ角制御部300は、目標捩れ角Δθrefと共に、捩れ角Δθ及びモータ角速度ωmを入力し、モータ電流指令値Imcを演算する(ステップS50)。捩れ角制御部300の動作例については、図18のフローチャートを参照して説明する。
The twist
捩れ角制御部300に入力された目標捩れ角Δθrefは減算部361に、捩れ角Δθは減算部361及び捩れ角速度演算部320に、モータ角速度ωmは安定化補償部340にそれぞれ入力される(ステップS51)。
The target torsion angle Δθref input to the torsion
減算部361では、目標捩れ角Δθrefから捩れ角Δθを減算することにより、偏差Δθ0が算出される(ステップS52)。偏差Δθ0は捩れ角FB補償部310に入力され、捩れ角FB補償部310は、偏差Δθ0に補償値CFBを乗算することにより偏差Δθ0を補償し(ステップS53)、目標捩れ角速度ωrefを速度制御部330に出力する。 In the subtraction unit 361, the deviation Δθ 0 is calculated by subtracting the torsion angle Δθ from the target torsion angle Δθref (step S52). Deviation [Delta] [theta] 0 is input to the helix angle
捩れ角Δθを入力した捩れ角速度演算部320は、捩れ角Δθに対する微分演算により捩れ角速度ωtを算出し(ステップS54)、速度制御部330に出力する。
The torsion angular
速度制御部330では、目標捩れ角速度ωrefと捩れ角速度ωtの差分が減算部333で算出され、その差分が積分部331で積分(Kvi/s)されて減算部334に加算入力される(ステップS55)。更に、捩れ角速度ωtは比例部332で比例処理(Kvp)され、比例結果が減算部334に減算入力され(ステップS55)、減算部334の減算結果であるモータ電流指令値Imca1が出力され、加算部362に入力される。
In the
安定化補償部340は、入力したモータ角速度ωmに対して、数9で表される伝達関数Csを用いて安定化補償を行い(ステップS56)、安定化補償部340からのモータ電流指令値Imca2は加算部362に入力される。
The
加算部362ではモータ電流指令値Imca1及びImca2の加算が行われ(ステップS57)、加算結果であるモータ電流指令値Imcbは出力制限部350に入力される。出力制限部350は、予め設定された上限値及び下限値によりモータ電流指令値Imcbの上下限値を制限し(ステップS58)、モータ電流指令値Imcとして出力する(ステップS59)。
The
捩れ角制御部300から出力されたモータ電流指令値Imcに基づいてモータを駆動し、電流制御が実施される(ステップS60)。
The motor is driven based on the motor current command value Imcc output from the torsion
なお、図16〜図18におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。 The order of data input and calculation in FIGS. 16 to 18 can be changed as appropriate.
本実施形態でのSAT情報補正部の効果について、シミュレーション結果を基に説明する。 The effect of the SAT information correction unit in this embodiment will be described based on the simulation results.
先ず、SAT情報補正部がない場合のシミュレーション結果を示す。図19(A)に示すように、SAT値を、1Hzから10Hzまでの周波数で、10sec間にわたり、振幅1Nmで正弦波状に加振した場合の目標操舵トルク及び実際の操舵トルクの変化の様子を図19(B)に示す。なお、図19において、横軸は時間[sec]、縦軸は、図19(A)ではSAT値[Nm]、図19(B)では操舵トルク[Nm]である。また、SAT値はコラム軸換算された値となっており、操舵角θhは0[deg]で一定とする。 First, the simulation result when there is no SAT information correction unit is shown. As shown in FIG. 19A, changes in the target steering torque and the actual steering torque when the SAT value is vibrated in a sinusoidal manner with an amplitude of 1 Nm for 10 seconds at a frequency from 1 Hz to 10 Hz are shown. It is shown in FIG. 19 (B). In FIG. 19, the horizontal axis is the time [sec], the vertical axis is the SAT value [Nm] in FIG. 19 (A), and the steering torque [Nm] in FIG. 19 (B). Further, the SAT value is a value converted to the column axis, and the steering angle θh is constant at 0 [deg].
図19(B)には、目標操舵トルクを細線、操舵トルクを太線で示しているが、両方はほぼ重なっている。SAT情報補正部による補正がない場合、目標操舵トルクはほぼ0Nmとなり、それに基づいて捩れ角制御部で追従制御が行われるので、結果的に操舵トルクもほぼ0Nmとなる。 In FIG. 19B, the target steering torque is shown by a thin line and the steering torque is shown by a thick line, but both are substantially overlapped. If there is no correction by the SAT information correction unit, the target steering torque is approximately 0 Nm, and the follow-up control is performed by the torsion angle control unit based on this, so that the steering torque is also approximately 0 Nm as a result.
次に、SAT情報補正部がある場合のシミュレーション結果を示す。フィルタ部のフィルタとして中心周波数が5Hzの2次のバンドパスフィルタを使用し、図19(A)の場合と同様の形態で加振されたSAT値をフィルタ処理し、フィルタ処理されたSAT情報に操舵トルク感応ゲイン、車速感応ゲイン及び舵角感応ゲインを乗算して求められたトルク信号Tref_dを、SAT値と共に図20(A)に示し(太線がトルク信号Tref_d、細線がSAT値である)、この場合の目標操舵トルク及び実際の操舵トルクの変化の様子を図20(B)に示す。なお、図20における横軸と縦軸のパラメータは、図19と同じである。 Next, the simulation result when there is a SAT information correction unit is shown. A second-order bandpass filter having a center frequency of 5 Hz is used as a filter in the filter section, and the SAT value excited in the same manner as in the case of FIG. 19A is filtered to obtain the filtered SAT information. The torque signal Tref_d obtained by multiplying the steering torque sensitive gain, the vehicle speed sensitive gain, and the steering angle sensitive gain is shown in FIG. 20 (A) together with the SAT value (the thick line is the torque signal Tref_d and the thin line is the SAT value). FIG. 20B shows changes in the target steering torque and the actual steering torque in this case. The parameters of the horizontal axis and the vertical axis in FIG. 20 are the same as those in FIG.
図20(B)においても目標操舵トルクを細線、操舵トルクを太線で示しているが、両方はほぼ重なっている。図20(A)でのSAT値(細線)と図20(B)での操舵トルクを比較すると、目標としているSAT値に操舵トルクが追従していることがわかる。つまり、5Hz付近(時間では4〜5秒近辺)のSAT値を操舵トルクとして実現できている。 Also in FIG. 20B, the target steering torque is shown by a thin line and the steering torque is shown by a thick line, but both are almost overlapped. Comparing the SAT value (thin line) in FIG. 20 (A) with the steering torque in FIG. 20 (B), it can be seen that the steering torque follows the target SAT value. That is, the SAT value near 5 Hz (around 4 to 5 seconds in time) can be realized as the steering torque.
なお、シミュレーションではフィルタ部のフィルタとして2次のバンドパスフィルタを使用したが、次数は2次に限らず、他の次数のフィルタを使用しても良い。 In the simulation, a second-order bandpass filter was used as the filter of the filter unit, but the order is not limited to the second order, and a filter of another order may be used.
第1実施形態でのSAT情報補正部250内のフィルタ部252では1つのフィルタでフィルタ処理を行っているが、運転者に伝えたい情報が複数あり、それらの情報が存在する帯域が異なる場合等では、各帯域を通過帯域とした複数のフィルタを並列に接続してフィルタ処理を行っても良い。例えば、伝えたい情報が3つある場合、図21に示される構成例(第2実施形態)のように、3つのフィルタを並列接続してフィルタ部を構成しても良い。この場合、フィルタ部652内のフィルタ652A、652B及び652CにSAT値TSATが入力され、各フィルタからの出力が加算部652Dにて加算され、SAT情報TST1として出力される。なお、接続するフィルタ数は、伝えたい情報の数等に合わせて任意に選択可能である。In the
第1実施形態での目標操舵トルク生成部200は基本マップ部210、ダンパ演算部(ダンパゲイン部230及び乗算部260)、ヒステリシス補正部240及びSAT情報補正部250を備えているが、SATに関連する処理のみに特化し、SAT情報補正部250のみを備える構成としても良い。この場合の目標操舵トルク生成部の構成例(第3実施形態)を図22に示す。目標操舵トルク生成部700では、SAT情報補正部250から出力されるトルク信号Tref_dが、目標操舵トルクTrefとして出力されることになる。なお、目標操舵トルク生成部を、基本マップ部210、ダンパ演算部及びヒステリシス補正部240の少なくとも1つとSAT情報補正部250を組み合わせた構成としても良い。
The target steering
第1〜第3実施形態での捩れ角制御部から出力されるモータ電流指令値Imcに、従来のEPSにおいて操舵トルクに基づいて演算される電流指令値(以下、「アシスト電流指令値」とする)を、例えば、図2に示される電流指令値演算部31から出力される電流指令値Iref1又は電流指令値Iref1に補償信号CMを加算した電流指令値Iref2等を加算しても良い。
The motor current command value Imc output from the torsion angle control unit in the first to third embodiments is referred to as a current command value calculated based on the steering torque in the conventional EPS (hereinafter, "assist current command value"). ) May be added, for example, to the current command value Iref1 output from the current command
第1実施形態に対して、上記の内容を適用した構成例(第4実施形態)を図23に示す。アシスト制御部800は、電流指令値演算部31、又は、電流指令値演算部31、補償信号生成部34及び加算部32Aから構成される。アシスト制御部800から出力されるアシスト電流指令値Iac(図2における電流指令値Iref1又はIref2に相当)と、捩れ角制御部300から出力されるモータ電流指令値Imcは、加算部810で加算され、加算結果である電流指令値Icは電流制限部820に入力され、最大電流を制限された電流指令値Icmに基づいてモータを駆動し、電流制御が実施される。目標操舵トルク生成部200には、モータ電流指令値Imcではなく、電流指令値Icmが入力され、SAT情報補正部250内のSAT推定部251におけるSAT値TSATの推定に使用される。なお、電流指令値Icmの代わりに、モータ電流検出値を用いても良い。FIG. 23 shows a configuration example (fourth embodiment) to which the above contents are applied to the first embodiment. The
第1〜第4実施形態のうち、基本マップ部210を備える目標操舵トルク生成部200において、基本マップ部210の前段又は後段に位相補償を行なう位相補償部270を挿入しても良い。つまり、図5中の破線で囲まれた領域Rの構成を、図24(A)又は(B)に示されるような構成にしても良い。位相補償部270において、位相補償として位相進み補償を設定し、例えば、分子のカットオフ周波数を1.0Hz、分母のカットオフ周波数を1.3Hzとした1次フィルタで位相進み補償を行う場合、スッキリしたフィールを実現することができる。目標操舵トルク生成部に関しては、操舵角に基づいた構成であるならば、上述の構成に限られない。
In the target steering
また、EPS制御システムが安定している場合は、安定化補償部を省略しても良い。出力制限部も省略可能である。 Further, if the EPS control system is stable, the stabilization compensation unit may be omitted. The output limiting unit can also be omitted.
図1及び図3では本発明をコラム型EPSに適用しているが、本発明はコラム型等の上流型に限られず、ラック&ピニオン等の下流型EPSにも適用可能である。更に、目標捩れ角に基づくフィードバック制御を行うということでは、トーションバー(バネ定数任意)及び捩れ角検出用のセンサを少なくとも備えるステアバイワイヤ(SBW)反力装置等にも適用可能である。本発明を、トーションバーを備えたSBW反力装置に適用した場合の実施形態(第5実施形態)について説明する。 Although the present invention is applied to the column type EPS in FIGS. 1 and 3, the present invention is not limited to the upstream type such as the column type, and can be applied to the downstream type EPS such as the rack and pinion. Further, by performing feedback control based on the target torsion angle, it can be applied to a steering bar (SBW) reaction force device having at least a torsion bar (arbitrary spring constant) and a sensor for detecting the torsion angle. An embodiment (fifth embodiment) when the present invention is applied to an SBW reaction force device provided with a torsion bar will be described.
まずは、SBW反力装置を含むSBWシステム全体について説明する。図25はSBWシステムの構成例を、図1に示される電動パワーステアリング装置の一般的な構成に対応させて示した図である。なお、同一構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。 First, the entire SBW system including the SBW reaction force device will be described. FIG. 25 is a diagram showing a configuration example of the SBW system corresponding to the general configuration of the electric power steering device shown in FIG. The same components are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
SBWシステムは、ユニバーサルジョイント4aにてコラム軸2と機械的に結合されるインターミディエイトシャフトがなく、ハンドル1の操作を電気信号によって操向車輪8L,8R等からなる転舵機構に伝えるシステムである。図25に示されるように、SBWシステムは反力装置60及び駆動装置70を備え、コントロールユニット(ECU)50が両装置の制御を行う。反力装置60は、舵角センサ14にて操舵角θhの検出を行うと同時に、操向車輪8L,8Rから伝わる車両の運動状態を反力トルクとして運転者に伝達する。反力トルクは、反力用モータ61により生成される。なお、SBWシステムの中には反力装置内にトーションバーを有さないタイプもあるが、本発明を適用するSBWシステムはトーションバーを有するタイプであり、トルクセンサ10にて操舵トルクTsを検出する。また、角度センサ74が、反力用モータ61のモータ角θmを検出する。駆動装置70は、運転者によるハンドル1の操舵に合わせて、駆動用モータ71を駆動し、その駆動力を、ギア72を介してピニオンラック機構5に付与し、タイロッド6a,6bを経て、操向車輪8L,8Rを転舵する。ピニオンラック機構5の近傍には角度センサ73が配置されており、操向車輪8L,8Rの転舵角θtを検出する。ECU50は、反力装置60及び駆動装置70を協調制御するために、両装置から出力される操舵角θhや転舵角θt等の情報に加え、車速センサ12からの車速Vs等を基に、反力用モータ61を駆動制御する電圧制御指令値Vref1及び駆動用モータ71を駆動制御する電圧制御指令値Vref2を生成する。
The SBW system is a system that does not have an intermediate shaft that is mechanically coupled to the
このようなSBWシステムに本発明を適用した第5実施形態の構成について説明する。 The configuration of the fifth embodiment to which the present invention is applied to such an SBW system will be described.
図26は第5実施形態の構成を示すブロック図である。第5実施形態は、捩れ角Δθに対する制御(以下、「捩れ角制御」とする)と、転舵角θtに対する制御(以下、「転舵角制御」とする)を行い、反力装置を捩れ角制御で制御し、駆動装置を転舵角制御で制御する。なお、駆動装置は他の制御方法で制御しても良い。 FIG. 26 is a block diagram showing the configuration of the fifth embodiment. In the fifth embodiment, the reaction force device is twisted by controlling the twist angle Δθ (hereinafter referred to as “twist angle control”) and controlling the steering angle θt (hereinafter referred to as “turning angle control”). It is controlled by angle control, and the drive unit is controlled by steering angle control. The drive device may be controlled by another control method.
捩れ角制御では、第1実施形態と同様の構成及び動作により、捩れ角Δθが、操舵角θh等を用いて目標操舵トルク生成部200及び変換部500を経て算出される目標捩れ角Δθrefに追従するような制御を行うが、目標操舵トルク生成部200には、捩れ角制御部300で算出されるモータ電流指令値Imcではなく、転舵角制御部920で算出されるモータ電流指令値Imctが入力され、モータ角θmではなく、転舵角θtが入力される。モータ角θmは角度センサ74で検出され、モータ角速度ωmは、角速度演算部951にてモータ角θmを微分することにより算出される。転舵角θtは角度センサ73で検出される。目標操舵トルク生成部200内のSAT情報補正部250は、駆動装置を1つの慣性(又は質量)と見做すことにより、SATを推定することができる。即ち、モータ角θmの代わりに転舵角θtを使用し、コラム軸換算慣性J、静摩擦Fr及びダンパ係数DMを駆動装置に合わせたパラメータとし、駆動装置にはトーションバーが存在していないので、操舵トルクTsを0とすることにより、SATを推定する。また、第1実施形態ではEPS操舵系/車両系100内の処理として詳細な説明は行われていないが、電流制御部130は、図2に示される減算部32B、PI制御部35、PWM制御部36及びインバータ37と同様の構成及び動作により、捩れ角制御部300から出力されるモータ電流指令値Imc及びモータ電流検出器140で検出される反力用モータ61の電流値Imrに基づいて、反力用モータ61を駆動して、電流制御を行う。In the twist angle control, the twist angle Δθ follows the target twist angle Δθref calculated through the target steering
転舵角制御では、目標転舵角生成部910にて操舵角θhに基づいて目標転舵角θtrefが生成され、目標転舵角θtrefは転舵角θtと共に転舵角制御部920に入力され、転舵角制御部920にて、転舵角θtが目標転舵角θtrefとなるようなモータ電流指令値Imctが演算される。そして、モータ電流指令値Imct及びモータ電流検出器940で検出される駆動用モータ71の電流値Imdに基づいて、電流制御部930が、電流制御部130と同様の構成及び動作により、駆動用モータ71を駆動して、電流制御を行う。
In the steering angle control, the target steering
目標転舵角生成部910の構成例を図27に示す。目標転舵角生成部910は、制限部931、レート制限部932及び補正部933を備える。
FIG. 27 shows a configuration example of the target steering
制限部931は、操舵角θhの上下限値を制限して、操舵角θh1を出力する。SAT情報補正部250内の制限部256及び捩れ角制御部300内の出力制限部350と同様に、操舵角θhに対する上限値及び下限値を予め設定して制限をかける。
The limiting
レート制限部932は、操舵角の急変を回避するために、操舵角θh1の変化量に対して制限値を設定して制限をかけ、操舵角θh2を出力する。例えば、1サンプル前の操舵角θh1からの差分を変化量とし、その変化量の絶対値が所定の値(制限値)より大きい場合、変化量の絶対値が制限値となるように、操舵角θh1を加減算し、操舵角θh2として出力し、制限値以下の場合は、操舵角θh1をそのまま操舵角θh2として出力する。なお、変化量の絶対値に対して制限値を設定するのではなく、変化量に対して上限値及び下限値を設定して制限をかけるようにしても良く、変化量ではなく変化率や差分率に対して制限をかけるようにしても良い。
The
補正部933は、操舵角θh2を補正して、目標転舵角θtrefを出力する。例えば、目標操舵トルク生成部200内の基本マップ部210のように、操舵角θh2の大きさ|θh2|に対する目標転舵角θtrefの特性を定義したマップを用いて、操舵角θh2より目標転舵角θtrefを求める。或いは、単純に、操舵角θh2に所定のゲインを乗算することにより、目標転舵角θtrefを求めるようにしても良い。
The
転舵角制御部920の構成例を図28に示す。転舵角制御部920は、図15に示される捩れ角制御部300の構成例において安定化補償部340及び加算部362を除いた構成と同様の構成をしており、目標捩れ角Δθref及び捩れ角Δθの代わりに目標転舵角θtref及び転舵角θtを入力し、転舵角フィードバック(FB)補償部921、転舵角速度演算部922、速度制御部923、出力制限部926及び減算部927が、それぞれ捩れ角FB補償部310、捩れ角速度演算部320、速度制御部330、出力制限部350及び減算部361と同様の構成で同様の動作を行う。
FIG. 28 shows a configuration example of the steering
このような構成において、第5実施形態の動作例を図29のフローチャートを参照して説明する。 In such a configuration, an operation example of the fifth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
動作を開始すると、角度センサ73は転舵角θtを検出し、角度センサ74はモータ角θmを検出し(ステップS110)、転舵角θtは目標操舵トルク生成部200及び転舵角制御部920に、モータ角θmは角速度演算部951にそれぞれ入力される。
When the operation is started, the
角速度演算部951は、モータ角θmを微分してモータ角速度ωmを算出し、右切り/左切り判定部400及び捩れ角制御部300に出力する(ステップS120)。
The angular
その後、目標操舵トルク生成部200においてモータ電流指令値Imcの代わりにモータ電流指令値Imctを用い、モータ角θmの代わりに転舵角θtを用いて、図16に示されるステップS10〜S60と同様の動作を実行し、反力用モータ61を駆動し、電流制御を実施する(ステップS130〜S170)。
After that, in the target
一方、転舵角制御においては、目標転舵角生成部910が操舵角θhを入力し、操舵角θhは制限部931に入力される。制限部931は、予め設定された上限値及び下限値により操舵角θhの上下限値を制限し(ステップS180)、操舵角θh1としてレート制限部932に出力する。レート制限部932は、予め設定された制限値により操舵角θh1の変化量に対して制限をかけ(ステップS190)、操舵角θh2として補正部933に出力する。補正部933は、操舵角θh2を補正して目標転舵角θtrefを求め(ステップS200)、転舵角制御部920に出力する。
On the other hand, in the steering angle control, the target steering
転舵角θt及び目標転舵角θtrefを入力した転舵角制御部920は、減算部927にて目標転舵角θtrefから転舵角θtを減算することにより、偏差Δθt0を算出する(ステップS210)。偏差Δθt0は転舵角FB補償部921に入力され、転舵角FB補償部921は、偏差Δθt0に補償値を乗算することにより偏差Δθt0を補償し(ステップS220)、目標転舵角速度ωtrefを速度制御部923に出力する。転舵角速度演算部922は転舵角θtを入力し、転舵角θtに対する微分演算により転舵角速度ωttを算出し(ステップS230)、速度制御部923に出力する。速度制御部923は、速度制御部330と同様にI−P制御によりモータ電流指令値Imctaを算出し(ステップS240)、出力制限部926に出力する。出力制限部926は、予め設定された上限値及び下限値によりモータ電流指令値Imctaの上下限値を制限し(ステップS250)、モータ電流指令値Imctとして出力する(ステップS260)。The steering
モータ電流指令値Imctは目標操舵トルク生成部200に入力されると共に、電流制御部930に入力され、電流制御部930は、モータ電流指令値Imct及びモータ電流検出器940で検出された駆動用モータ71の電流値Imdに基づいて、駆動用モータ71を駆動し、電流制御を実施する(ステップS270)。
The motor current command value Imct is input to the target steering
なお、図29におけるデータ入力及び演算等の順番は適宜変更可能である。また、転舵角制御部920内の速度制御部923は、捩れ角制御部300内の速度制御部330と同様に、I−P制御ではなく、PI制御、P制御、PID制御、PI−D制御等、実現可能で、P、I及びDのいずれかの制御を用いていれば良く、更に、転舵角制御部920及び捩れ角制御部300での追従制御は、一般的に用いられている制御構造で行っても良い。
The order of data input and calculation in FIG. 29 can be changed as appropriate. Further, the
第5実施形態では、図25に示されるように、1つのECU50で反力装置60及び駆動装置70の制御を行っているが、反力装置60用のECUと駆動装置70用のECUをそれぞれ設けても良い。この場合、ECU同士は通信によりデータの送受信を行うことになる。また、図25に示されるSBWシステムは反力装置60と駆動装置70の間には機械的な結合を持たないが、システムに異常が発生した場合に、コラム軸2と転舵機構をクラッチ等で機械的に結合する機械的トルク伝達機構を備えるSBWシステムにも、本発明は適用可能である。このようなSBWシステムでは、システム正常時はクラッチをオフにして機械的トルク伝達を開放状態とし、システム異常時はクラッチをオンにして機械的トルク伝達を可能状態とする。
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 25, one
上述の第1〜第5実施形態での捩れ角制御部300及び第4実施形態でのアシスト制御部800は、直接的にモータ電流指令値Imc及びアシスト電流指令値Iacを演算しているが、それらを演算する前に、先ず出力したいモータトルク(目標トルク)を演算してから、モータ電流指令値及びアシスト電流指令値を演算するようにしても良い。この場合、モータトルクからモータ電流指令値及びアシスト電流指令値を求めるには、一般的に用いられている、モータ電流とモータトルクの関係を使用する。
The twist
1 ハンドル
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
2A トーションバー
3 減速機構
10 トルクセンサ
12 車速センサ
14 舵角センサ
20 モータ
30、50 コントロールユニット(ECU)
31 電流指令値演算部
33、820 電流制限部
34 補償信号生成部
38、140、940 モータ電流検出器
60 反力装置
61 反力用モータ
70 駆動装置
71 駆動用モータ
72 ギア
73、74 角度センサ
100 EPS操舵系/車両系
130、930 電流制御部
200、700 目標操舵トルク生成部
210 基本マップ部
211 符号部
230 ダンパゲイン部
240 ヒステリシス補正部
250 SAT情報補正部
251 SAT推定部
251A 換算部
251B、951 角速度演算部
251C 角加速度演算部
252、652 フィルタ部
253 操舵トルク感応ゲイン部
254 車速感応ゲイン部
255 舵角感応ゲイン部
256、931 制限部
270 位相補償部
300 捩れ角制御部
310 捩れ角フィードバック(FB)補償部
320 捩れ角速度演算部
330、923 速度制御部
340 安定化補償部
350、926 出力制限部
400 右切り/左切り判定部
500 変換部
800 アシスト制御部
910 目標転舵角生成部
920 転舵角制御部
921 転舵角フィードバック(FB)補償部
922 転舵角速度演算部
932 レート制限部
933 補正部
1
31 Current command
Claims (11)
目標操舵トルクを生成する目標操舵トルク生成部と、
前記目標操舵トルクを目標捩れ角に変換する変換部と、
前記目標捩れ角に対して前記捩れ角を追従させるようなモータ電流指令値を演算する捩れ角制御部とを備え、
前記目標操舵トルク生成部が、
セルフアライニングトルク値に基づいて第1トルク信号を演算するSAT情報補正部を具備し、前記第1トルク信号を前記目標操舵トルクとして出力し、
前記SAT情報補正部が、
操舵トルク、角度情報及び前記モータ電流指令値に基づいて前記セルフアライニングトルク値を推定するSAT推定部と、
前記セルフアライニングトルク値に対してフィルタ処理を行って前記第1トルク信号を算出するフィルタ部とを具備し、
前記モータ電流指令値に基づいて前記モータを駆動制御することを特徴とする車両用操向装置。In a vehicle steering device that includes at least a torsion bar having an arbitrary spring constant and a sensor that detects the torsion angle of the torsion bar, and assists and controls the steering system by driving and controlling the motor.
A target steering torque generator that generates a target steering torque, and a target steering torque generator
A conversion unit that converts the target steering torque into a target torsion angle, and
It is provided with a twist angle control unit that calculates a motor current command value that causes the twist angle to follow the target twist angle.
The target steering torque generator
A SAT information correction unit that calculates a first torque signal based on a self-aligning torque value is provided, and the first torque signal is output as the target steering torque.
The SAT information correction unit
A SAT estimation unit that estimates the self-aligning torque value based on the steering torque, angle information, and the motor current command value.
It is provided with a filter unit that performs a filter process on the self-aligning torque value and calculates the first torque signal.
A vehicle steering device characterized in that the motor is driven and controlled based on the motor current command value.
前記第1トルク信号に操舵トルク感応ゲインを乗算する操舵トルク感応ゲイン部を更に具備する請求項1又は2に記載の車両用操向装置。The SAT information correction unit
The vehicle steering device according to claim 1 or 2, further comprising a steering torque-sensitive gain unit that multiplies the first torque signal by the steering torque-sensitive gain.
前記第1トルク信号に車速感応ゲインを乗算する車速感応ゲイン部を更に具備する請求項1乃至4のいずれかに記載の車両用操向装置。The SAT information correction unit
The vehicle steering device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a vehicle speed-sensitive gain unit that multiplies the first torque signal by the vehicle speed-sensitive gain.
前記第1トルク信号に舵角感応ゲインを乗算する舵角感応ゲイン部を更に具備する請求項1乃至6のいずれかに記載の車両用操向装置。The SAT information correction unit
The vehicle steering device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a steering angle sensitive gain unit that multiplies the first torque signal by the steering angle sensitive gain.
前記第1トルク信号の上下限値を制限する制限部を更に具備する請求項1乃至7のいずれかに記載の車両用操向装置。The SAT information correction unit
The vehicle steering device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a limiting unit that limits the upper and lower limits of the first torque signal.
基本マップを用いて操舵角及び車速より第2トルク信号を求める基本マップ部と、
車速感応であるダンパゲインマップを用いて角速度情報に基づいて第3トルク信号を求めるダンパ演算部と、
操舵状態及び前記操舵角を用いてヒステリシス補正を行って第4トルク信号を求めるヒステリシス補正部とを更に具備し、
前記第2トルク信号、前記第3トルク信号及び前記第4トルク信号の内の少なくとも1つの信号並びに前記第1トルク信号より前記目標操舵トルクを算出する請求項1乃至8のいずれかに記載の車両用操向装置。The target steering torque generator
The basic map section that obtains the second torque signal from the steering angle and vehicle speed using the basic map,
A damper calculation unit that obtains a third torque signal based on angular velocity information using a damper gain map that is sensitive to vehicle speed,
A hysteresis correction unit for obtaining a fourth torque signal by performing hysteresis correction using the steering state and the steering angle is further provided.
The vehicle according to any one of claims 1 to 8, wherein the target steering torque is calculated from the second torque signal, the third torque signal, at least one of the fourth torque signals, and the first torque signal. Steering device.
前記基本マップ部の前段又は後段に、位相補償を行なう位相補償部を更に具備し、
前記基本マップ部及び前記位相補償部を介して、前記操舵角及び前記車速より前記第2トルク信号を求める請求項9又は10に記載の車両用操向装置。
The target steering torque generator
A phase compensation unit that performs phase compensation is further provided in the front stage or the rear stage of the basic map unit.
The vehicle steering device according to claim 9 or 10, wherein the second torque signal is obtained from the steering angle and the vehicle speed via the basic map unit and the phase compensation unit.
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