WO2014162769A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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WO2014162769A1
WO2014162769A1 PCT/JP2014/052495 JP2014052495W WO2014162769A1 WO 2014162769 A1 WO2014162769 A1 WO 2014162769A1 JP 2014052495 W JP2014052495 W JP 2014052495W WO 2014162769 A1 WO2014162769 A1 WO 2014162769A1
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WO
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unit
steering
control
steering angle
motor
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/052495
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English (en)
French (fr)
Inventor
貴弘 椿
徹也 北爪
吉田 圭太
Original Assignee
日本精工株式会社
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Publication date
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Priority to US14/418,372 priority patent/US9637166B2/en
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Priority to JP2015509935A priority patent/JP6245258B2/ja
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    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046Controlling the motor
    • B62D5/0463Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
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    • B62D6/10Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque

Definitions

  • the present invention relates to an electric power steering apparatus that has functions of automatic steering control (parking support mode) and manual steering control and applies an assist force by a motor to a steering system of a vehicle, and in particular, driving during automatic steering control.
  • automatic steering control parking support mode
  • manual steering control applies an assist force by a motor to a steering system of a vehicle, and in particular, driving during automatic steering control.
  • the present invention relates to an electric power steering apparatus in which steering performance is improved by providing a limiter capable of changing (changing) a limit value while giving a gradual change gain to a speed command value.
  • An electric power steering apparatus which applies a steering assist force (assist force) to a steering mechanism of a vehicle by a rotational force of a motor is a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a reduction gear.
  • the steering assist power is given to the Such a conventional electric power steering apparatus (EPS) performs feedback control of motor current in order to generate torque of steering assist force accurately.
  • the feedback control is to adjust the motor applied voltage so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value becomes smaller, and the motor applied voltage is generally adjusted by PWM (pulse width It is performed by adjusting the duty of modulation) control.
  • the column shaft (steering shaft) 2 of the steering wheel 1 passes through the reduction gear 3, the universal joints 4a and 4b, the pinion rack mechanism 5, and the tie rods 6a and 6b. Further, they are connected to steering wheels 8L and 8R via hub units 7a and 7b.
  • the column shaft 2 is provided with a torque sensor 10 for detecting the steering torque of the steering wheel 1, and a motor 20 for assisting the steering force of the steering wheel 1 is connected to the column shaft 2 via the reduction gear 3.
  • Electric power is supplied from the battery 13 to the control unit (ECU) 100 that controls the electric power steering apparatus, and an ignition key signal is input through the ignition key 11.
  • ECU control unit
  • the control unit 100 calculates the steering assist command value of the assist (steering assist) command on the basis of the steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vel detected by the vehicle speed sensor 12 to obtain a steering assist command value.
  • the current supplied to the motor 20 is controlled by the current control value E subjected to the compensation or the like.
  • the vehicle speed Vel can also be received from a CAN (Controller Area Network) or the like.
  • control unit 100 is configured as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-369565.
  • the motor 20 for generating the auxiliary steering force of the steering apparatus is driven by the motor drive unit 21, the motor drive unit 21 is controlled by the control unit 100 shown by a two-dot chain line, and the control unit 100 is controlled by a torque sensor.
  • the steering torque Th and the vehicle speed Vel from the vehicle speed detection system are input.
  • a voltage Vm between motor terminals and a motor current value i are measured and output.
  • the control unit 100 includes a torque system control unit 110 shown by a broken line which performs control using a steering torque Th, and a motor system control unit 120 shown by a dot-and-dash line which performs control related to driving of the motor 20.
  • the torque system control unit 110 includes an assist amount calculation unit 111, a differentiation control unit 112, a yaw rate convergence control unit 113, a robust stabilization compensation unit 114, and a self aligning torque (SAT) estimation feedback unit 115.
  • a subtraction unit 116C is provided.
  • motor system control unit 120 includes compensation unit 121, disturbance estimation unit 122, motor angular velocity calculation unit 123, motor angular acceleration calculation unit 124, and motor characteristic compensation unit 125, and includes addition units 126A and 126B.
  • the steering torque Th is input to the assist amount calculation unit 111, the differential control unit 112, the yaw rate convergence control unit 113, and the SAT estimation feedback unit 115, and all use the vehicle speed Vel as a parameter input.
  • the assist amount calculation unit 111 calculates the assist torque amount based on the steering torque Th, and the yaw rate convergence control unit 113 receives the steering torque Th and the motor angular velocity ⁇ as input to improve the yaw convergence of the vehicle.
  • the brakes are applied to the swinging motion.
  • the differential control unit 112 improves the response of control near the neutral point of steering to realize smooth and smooth steering
  • the SAT estimation feedback unit 115 calculates the steering torque Th and the assist amount calculation unit 111.
  • a signal obtained by adding the output of the differential control unit 112 to the output of the differential control unit 112 by the addition unit 116A, the angular velocity ⁇ calculated by the motor angular velocity calculation unit 123, and the angular acceleration ⁇ from the motor angular acceleration calculation unit 124 are input
  • the estimated and estimated SAT is subjected to signal processing using a feedback filter, and appropriate road surface information is given as a reaction force to the steering wheel.
  • the signal obtained by adding the output of the yaw rate convergence control unit 113 by the addition unit 116B7 to the signal obtained by adding the output of the differentiation control unit 112 by the addition unit 116A to the output of the assist amount calculation unit 111 is robust stabilization as the assist amount AQ. It is input to the compensation unit 114.
  • the robust stabilization compensation unit 114 is a compensation unit disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-290778, and removes a peak value at a resonant frequency of a resonant system including an inertial element and a spring element included in a detected torque to perform control. It compensates for the phase shift of the resonance frequency which impairs the responsiveness and stability of the system.
  • an assist amount Ia can be obtained which can transmit road surface information as a reaction force to the steering wheel.
  • the motor angular velocity calculation unit 123 calculates the motor angular velocity ⁇ based on the voltage Vm between the motor terminals and the motor current value i.
  • the motor angular velocity ⁇ corresponds to the motor angular acceleration calculation unit 124, the yaw rate convergence control unit 113 and SAT.
  • the information is input to the estimation feedback unit 115.
  • the motor angular acceleration calculation unit 124 calculates the motor angular acceleration ⁇ based on the input motor angular velocity ⁇ , and the calculated motor angular acceleration ⁇ is input to the motor characteristic compensation unit 125.
  • the assist amount Ia obtained by subtracting the output of the SAT estimation feedback unit 115 from the output of the robust stabilization compensation unit 114 is added by the adding unit 126A to the output Ic of the motor characteristic compensation unit 125, and the added signal is differentiated as the current command value Ir.
  • the signal is input to a compensation unit 121 including a compensation unit and the like.
  • a signal obtained by adding the output of the disturbance estimation unit 122 by the addition unit 126 B to the current command value Ira compensated by the compensation unit 121 is input to the motor drive unit 21 and the disturbance estimation unit 122.
  • the disturbance estimation unit 122 is a device as disclosed in JP-A-8-310417 and is a signal obtained by adding the output of the disturbance estimation unit 122 to the current command value Ira compensated by the compensation unit 121 which is a control target of the motor output. Based on the motor current value i, the desired motor control characteristic in the output reference of the control system can be maintained, and the stability of the control system is not lost.
  • the target steering angle is set based on data of a camera (image), a distance sensor, etc., and the actual steering angle is made to follow the target steering angle.
  • an actuator (motor) is controlled based on a relationship between a moving distance of a vehicle and a steering angle stored in advance. Therefore, back parking and parallel parking are performed automatically.
  • the conventional steering control device calculates the motor current command value so as to make the actual steering angle coincide with the target steering angle set according to the vehicle, thereby realizing automatic steering control.
  • the automatic steering apparatus disclosed in Japanese Patent No. 4057955 Patent Document 1
  • control switching is performed by changing the fade transition time according to the assist torque amount. It is reducing the discomfort at the time.
  • the target steering angle target steering angle
  • Patent Document 2 the target steering angle (target steering angle) is corrected so that the target position can be reached when the steering torque is large.
  • Patent 4057955 gazette Patent No. 4110040 Patent No. 3912279 gazette
  • Automatic steering control performs control so that the actual steering angle matches the target steering angle, but when the driver operates the steering mechanism to apply the steering torque, the actual steering angle is separated from the target steering angle . Therefore, the automatic steering control outputs a motor current command value in the opposite direction to the steering torque so as to oppose the steering torque so that the actual steering angle coincides with the target steering angle.
  • the assist control outputs the steering torque in an auxiliary manner, so that the motor current command value in the same direction as the steering torque is output. Therefore, when switching from automatic steering control to manual steering control when steering torque is applied, the respective outputs are in opposite directions, so that the driver temporarily applies steering torque after the steering torque is applied. After the assist in the direction opposite to the steering torque is made, the manual steering control is gradually switched by fade processing. That is, assistance in the same direction as the steering torque is performed. This gives the driver a sense of getting stuck when switching from automatic steering control to manual steering control, which makes the driver feel uncomfortable.
  • the steering angle control command value is limited by the gradual change gain during switching, and is output to the current command value, so the output becomes smaller by the amount that the current command value is limited relative to the steering angle control command value. turn into.
  • the actual motor speed is lower than the motor speed command value, so that a deviation occurs between the motor speed command value and the actual speed, and the integrated value of I control in the speed control is accumulated. From the speed control, a larger steering angle control command value is output.
  • Patent Document 3 As a technique for multiplying the gradual change gain, for example, there is a steering control device shown in Japanese Patent No. 3912279 (Patent Document 3). In the device of Patent Document 3, there is proposed a method of performing control to gradually increase the steering angular velocity at the start of steering angle control, and to reduce a sense of discomfort to the driver due to a sudden change in steering wheel at the start.
  • the present invention has been made under the circumstances as described above, and a first object of the present invention is to enable the driver to switch steering smoothly when the driver steers the steering wheel during automatic steering control.
  • An object of the present invention is to provide a high-performance electric power steering device which does not give a sense of discomfort.
  • a second object of the present invention is to suppress the steering behavior and vehicle behavior accompanied by a rapid change when starting steering of automatic steering control in a vehicle having automatic steering control (parking assistance mode) and manual steering control.
  • An object of the present invention is to provide a high-performance electric power steering device capable of automatic control such that a driver or a passenger does not feel surprise or discomfort.
  • the present invention calculates the motor current command value 1 based on the steering torque and the vehicle speed, drives the motor based on the motor current command value 1 to assist control of the steering system, and performs automatic steering control and manual steering control
  • the object of the present invention is to provide a target steering angle correction unit that outputs a target steering angle correction value with respect to the steering torque, and a target steering angle according to the target steering angle correction value.
  • a correction output unit for correcting and outputting, a steering angle control unit for calculating a motor current command value 2 based on a correction target steering angle from the correction output unit, an actual steering angle and a motor angular velocity of the motor, and the motor current
  • a switching unit configured to receive a command value 1 and a motor current command value 2 and switch the switching unit, and the switching unit is switched according to a switching command of the automatic steering control and the manual steering control; On the basis of the motor current command value 2 during serial automatic steering control is achieved by controlling the driving of the said motor.
  • the present invention relates to an electric power steering apparatus having a function of driving a motor based on a motor current command value to assist control of a steering system and performing automatic steering control and manual steering control.
  • a torque control unit that calculates the current command value 1 in the manual steering control based on the steering torque and the vehicle speed, and an actual steering angle to the target steering angle set based on the movement target position of the vehicle during the automatic steering control.
  • a steering angle control unit that calculates a current command value 2 so as to be close to each other, a gain adjustment unit that generates a steering angle control gradual change gain and an assist control gradual change gain during automatic steering control, and the current command value 1
  • the assist control gradual change gain is multiplied, the current command value 2 is multiplied by the steering angle control gradual change gain, and the multiplication results are added to obtain the motor current command value. It is achieved by and a that output section.
  • steering angle control of the steering wheel is performed at the time of automatic steering control such as parking assistance and automatic traveling, but the target is obtained when steering torque is applied by the driver.
  • the steering angle is corrected in the same direction as the direction in which the steering torque is applied, and steering angle control is performed so as to match the target steering angle.
  • the rapid target steering angle is controlled to be smooth, the driver does not feel uneasy even in automatic driving.
  • the motor speed command value calculated in the steering angle control unit is multiplied by the gradual change gain and gradually changed, and the output upper and lower limit values While limiting with the limiter, the limit value of the limiter is changed (variable) according to the gradual change gain. Therefore, the steering angle control command value is limited at the time of switching between manual steering control (assist control) and automatic steering control (steering angle control), and excessive integration of I control in speed control can be prevented. it can. As a result, it is possible to suppress unintended steering wheel behavior and to reduce the discomfort of the driver.
  • FIG. 8 is a block diagram showing another configuration of the target steering angle correction unit or a configuration example in which a phase compensation unit is provided at a stage subsequent to the target steering angle correction unit. It is a block diagram which shows the structural example (2nd Example) of this invention. It is a block diagram showing an example of composition of a steering angle control part. It is a characteristic view showing the characteristic of a limiter. It is a flowchart which shows the operation example of this invention. It is a flowchart which shows the operation example of the gradual change process in the steering angle control part. It is a time chart which shows an example of gradual change processing. It is a time chart which shows another example of gradual change processing.
  • the steering angle control of the steering wheel is performed at the time of automatic steering control such as parking assistance and automatic traveling, but when the steering torque is applied by the driver's steering wheel operation, the target steering angle is corrected in the same direction as the steering torque is applied.
  • the steering angle control is performed to match the target steering angle.
  • FIG. 3 shows a configuration example (first embodiment) of the present invention.
  • a rotation sensor 151 such as a resolver for detecting a motor rotation angle ⁇ s is connected to the motor 150, and the motor 150 is on the vehicle side.
  • the driving is controlled via the ECU 130 and the ECU 140 on the side of the EPS (electric power steering apparatus).
  • the ECU 130 on the vehicle side outputs a switching command unit 131 for outputting a switching command SW of automatic steering control or manual steering control based on a button, switch or the like indicating the driver's intention, and a signal from a camera (image) or distance sensor And a target steering angle generation unit 132 that generates a target steering angle ⁇ t based on Further, the actual steering angle ⁇ r detected by the steering angle sensor 152 provided on the column shaft (steering shaft) passes through the ECU 130 and is input to the steering angle control unit 200 in the ECU 140 on the EPS side.
  • the steering angle sensor 152 may be a column axis (including intermediate and pinion shafts), rack displacement of a rack and pinion, and a steering angle estimated value by wheel speed.
  • the switching command unit 131 is based on a signal identifying that automatic steering control is to be entered, for example, a signal of a vehicle state by a button or switch provided around the dashboard or steering wheel or a parking mode provided at a shift.
  • the switching command SW is output to the switching unit 142 in the ECU 140 on the EPS side.
  • the target steering angle generation unit 132 generates a target steering angle ⁇ t by a known method based on data of a camera (image), a distance sensor, etc., and generates the target steering angle ⁇ t as a rudder in the ECU 140 on the EPS side. Input to the angle control unit 200.
  • the ECU 140 on the EPS side outputs a torque control unit 141 that outputs the motor current command value Itref calculated as described above based on the steering torque Th and the vehicle speed Vel, and a dead zone for inputting the steering torque Th and performing target steering angle correction.
  • a correction output unit 145 that corrects and outputs the target steering angle ⁇ t with the target steering angle correction value ⁇ ha from the target steering angle correction unit 230, and a corrected output unit 145
  • a steering angle control unit 200 that calculates and outputs a motor current command value Imref for automatic steering angle control based on a target steering angle ⁇ t0, an actual steering angle ⁇ r, and a motor angular velocity ⁇ , and a motor current command value Itref according to a switching command SW.
  • the switching unit 142 switches the torque control mode (manual steering control) by the torque control unit 141 and the automatic steering control by the steering angle control unit 200 based on the switching command SW from the switching command unit 131 of the ECU 130 to perform manual steering.
  • the motor current command value Itref is output in the control mode, and the motor current command value Imref is output in the automatic steering control.
  • the current control / drive unit 143 is configured by a PI current control unit, a PWM control unit, an inverter, and the like.
  • the target steering angle correction unit 230 outputs the target steering angle correction value ⁇ ha at the time of sudden steering such as when an abnormality occurs, particularly when the steering torque is large, but has a dead zone (-Th1 to + Th1) as shown in FIG.
  • a target steering angle correction value ⁇ ha corresponding to a steering torque Th of ⁇ Th1 or more is output.
  • the target steering angle correction value ⁇ ha is input to the adding unit 145 and added to the target steering angle ⁇ t to be corrected, and the corrected target steering angle ⁇ ta is input to the steering angle control unit 200.
  • the characteristics in FIG. 4 do not necessarily have to be straight, and may be smooth curves, or a map may be used.
  • the configuration of the steering angle control unit 200 is configured as shown in FIG. 5, and smoothing is performed when the corrected target steering angle ⁇ t0 from the adding unit 145 changes rapidly, that is, smooth within a predetermined time change rate range.
  • the correction target steering angle ⁇ t0 is input to the rate limiter 211 which changes to the above, and the target steering angle ⁇ ta that has passed through the LPF 212 that removes high frequency disturbance is added to the subtraction unit 213A.
  • the actual steering angle ⁇ r is subtracted and input to the subtracting unit 213A, the angular deviation from the smoothed target steering angle ⁇ ta is multiplied by the gain Kpp by the proportional gain (Kpp) unit 214, and added to the subtracting unit 213B as the motor speed command value ⁇ e. It is input.
  • the motor angular velocity ⁇ is subtracted from the motor angular velocity calculation unit 144 into the subtraction unit 213B, and the calculated speed deviation Df is passed through the integration unit 216A, multiplied by the gain Kvi by the integration gain (Kvi) unit 216B, and added to the subtraction unit 213C.
  • the speed deviation Df is multiplied by the gain Kvp by the proportional gain (Kvp) unit 216C and subtracted and input to the subtraction unit 213C.
  • the motor current command value Ib which is the subtraction result of the subtracting unit 213C, is output as the motor current command value Imref through the limiter 217 that limits the upper and lower limit values.
  • the rate limiter 211 smooths and outputs the correction target steering angle ⁇ t0 when the correction target steering angle ⁇ t0 changes rapidly, and has a configuration as shown in FIG. 6, for example. That is, the correction target steering angle ⁇ t0 is additionally input to the subtraction unit 211-1, and the steering angle ⁇ t1 which is the subtraction result with the past value is set by the change setting unit 211-2 as the change amount setting unit 211-2.
  • the change setting unit 211-2 sets the difference ⁇ t1 between the past value from the holding unit (Z -1 ) 211-4 and the input ( ⁇ t0), and the change unit ⁇ t2 in the addition unit 211-3 and the past value
  • the addition result is output as a new target steering angle ⁇ t3.
  • the change amount setting unit 211-2 is for making the change amount not exceed the set upper limit and lower limit, and its characteristic is to obtain the difference with the input (target steering angle) ⁇ t0 every operation cycle T, and change If the difference is out of the range between the upper limit and the lower limit of the minute setting unit 211-2, the output ⁇ t3 is changed stepwise as shown in FIG. 7 by repeatedly adding the difference to the past value. The output ⁇ t3 is made equal to the target steering angle ⁇ t0.
  • step S1 When the operation of the steering system starts, the torque control by the torque control unit 141 is performed (step S1), and the motor 150 is driven by the current control / drive unit 143 using the motor current command value Itref (step S2). The above operation is repeated until the switching command SW is output from the switching command unit 131 (step S3).
  • Automatic steering control is performed, and when the switching command SW is output from the switching command unit 131, the target steering angle ⁇ t is input from the target steering angle generation unit 132 (step S4), and the actual steering angle ⁇ r is input from the steering angle sensor 152 (Step S5)
  • the steering torque Th is input from the torque sensor 154 (Step S6), and the adding unit 145 as the correction output unit corrects the target steering angle ⁇ t with the steering torque Th (Step S7).
  • the steering angle ⁇ t0 is input (step S8).
  • the motor angular velocity ⁇ is input from the motor angular velocity calculation unit 144 (step S9), and the motor current command value Imref is generated by the steering angle control unit 200 (step S100).
  • the input order of the target steering angle ⁇ t, the actual steering angle ⁇ r, the steering torque Th, and the motor angular velocity ⁇ can be changed as appropriate.
  • switching unit 142 is switched by switching command SW from switching command unit 131 (step S10), and motor 150 is driven by current control / drive unit 143 using motor current command value Imref from steering angle control unit 200. (Step S11) The process returns to step S3. The drive control based on the motor current command value Imref is repeated until the switching command SW is changed from the switching command unit 131.
  • the corrected target steering angle ⁇ t0 from the adding unit 145 is input to the rate limiter 211 (step S110), the rate limiting operation as described above is performed by the rate limiter 211 (step S111), and the LPF processing is performed by the LPF 212 (step In step S112, the target steering angle ⁇ ta that has undergone these processes is input to the subtraction unit 213A. Further, the actual steering angle ⁇ r is input from the steering angle sensor 152 (step S113), and subtraction of “ ⁇ ta ⁇ r” is performed by the subtraction unit 213A (step S114). The gain is multiplied by Kpp and added to the subtraction unit 213B (step S115).
  • the motor angular velocity ⁇ is subtracted and input to the subtracting unit 213B (step S116), and the velocity deviation Df between the angular velocity ⁇ e multiplied by the gain Kpp and the motor angular velocity ⁇ is obtained (step S117).
  • the speed deviation Df obtained by the subtracting unit 213B is integrated and multiplied by the gain Kvi by the integrating unit 216A and the integral gain unit 216B and added to the subtracting unit 213C (step S120), and the proportional gain Kvp is calculated by the proportional gain unit 216C.
  • the result is multiplied and input to the subtraction unit 213C (step S121), and is subtracted by the subtraction unit 213C to output the motor current command value Ib (step S122).
  • the motor current command value Ib has its upper and lower limits limited by the limiter 217 (step S123), and is output as the motor current command value Ifref (step S124).
  • phase compensation is performed on the target steering angle correction value ⁇ ta.
  • FIG. 10 shows an example of the configuration, and a phase compensation unit 230A is provided downstream of the target steering angle correction unit 230. That is, the target steering angle correction value ⁇ ha obtained by subjecting the target steering angle correction value ⁇ ha ′ from the target steering angle correction unit 230 to phase lead compensation by the phase compensation unit 230A is output.
  • a phase compensation unit that performs phase lead compensation may be provided in the target steering angle correction unit 230, and the target steering angle correction value ⁇ ha that is phase compensated may be output from the target steering angle correction unit 230.
  • the target steering angle correction value may be compensated with an LPF, a derivative, an integral, a proportional term or the like.
  • the motor speed command value in the steering angle control unit is multiplied by the steering angle control deviation gain, and a limiter is provided for limiting the upper and lower limit values to the motor speed command value after the gradual change gain multiplication.
  • This limiter is capable of changing the limit value according to the steering angle control variation gain, and reduces the limit value when the steering angle control gradual change gain is less than the threshold, and increases the motor speed command value by exceeding the threshold.
  • the steering angle control is limited according to the gradual change gain. Since the change of the limiter's limit value is also performed gradually, the driver does not feel uncomfortable.
  • FIG. 11 shows a configuration example (second embodiment) of the present invention in correspondence with FIG. 3 of the first embodiment, and from the first embodiment, the torque sensor 154, the speed control unit 230, the switching unit 142 and the addition Part 145 has been deleted. Instead, the configuration of the steering angle control unit 200A is changed, and a gain adjusting unit 148, multiplying units 145 and 146, and an adding unit 147 are newly added.
  • the ECU 140 on the EPS side calculates and outputs a current command value Imref1 for automatic steering control based on the torque control unit 141 described above, the target steering angle ⁇ t, the actual steering angle ⁇ r, and the motor angular velocity ⁇ .
  • the assist control gradual change gain GC1 in which the current control value Iterf1 for assist control is gradually changed by the multiplication unit 145 when the automatic steering control (ON) is made by the control switching command SW and the current from the steering angle control unit 200A.
  • Gain adjustment unit 148 that outputs steering angle control gradual change gain GC2 that gradually changes command value Imref1 in multiplication unit 146, current command value Itref2 that is gradually changed from multiplication unit 145, and gradual change from multiplication unit 146
  • the adder 147 adds the current command value Imref2 and outputs the motor current command value Iref, the aforementioned current control / drive unit 143, and It has and a motor angular velocity calculating unit 144.
  • the assist control gradual change gain GC1 and the steering angle control gradual change gain GC2 have a correlation, and when the steering angle control gradual change gain GC2 changes in the increasing direction, the assist control gradual change gain GC1 changes in the decreasing direction ing. Further, an output unit is configured by the multiplication units 145 and 146 and the addition unit 147.
  • the steering angle control unit 200A is configured as shown in FIG. 12, and the subtraction unit 242 in the position control unit 240 determines the target steering angle ⁇ t and the deviation angle ⁇ e of the actual steering angle ⁇ r, and the deviation angle ⁇ e is a gain
  • the gain is multiplied by the gain Kpp in the unit 241, is input to the multiplication unit 251 as the motor speed command value ⁇ m, and is gradually changed by the steering angle control gradual change gain GC2 from the gain adjustment unit 148.
  • the gradually changed motor speed command value ⁇ ma is input to a limiter 252 having positive and negative limit values 1 and 2 as shown in FIG.
  • the subtraction unit 261 in the speed control unit 260 additionally inputs.
  • the motor angular velocity ⁇ from the motor angular velocity calculation unit 144 is subtracted and input to the subtraction unit 261, and the calculated velocity deviation Df is integrated with the gain Kv times in the integration unit 262 and added to the subtraction unit 264 as the current command value Ir1.
  • Ru The motor angular velocity ⁇ is input to the gain unit 263 in the speed control unit 260, and the current command value Ir2 multiplied by the gain Kvp is subtracted and input to the subtraction unit 264.
  • the result of subtraction of current command values Ir1 and Ir2 in subtraction unit 264 is output from speed control unit 260 as current command value Imref1 and is input to multiplication unit 146.
  • the steering angle control gradual change gain GC2 is input to the multiplication unit 146, and the gradually changed current command value Imref2 is input to the addition unit 147.
  • the target steering angle ⁇ t is input from the target steering angle generation unit 132 (step S23)
  • the actual steering angle ⁇ r is input from the steering angle sensor 152 (step S24)
  • the motor angular velocity ⁇ is input from the motor angular velocity calculation unit 144 (step S25)
  • the assist control gradual change gain GC1 and the steering angle control are corrected by the gain adjustment unit 148.
  • the variable gain GC2 is set (step S26). The input order of the target steering angle ⁇ t, the actual steering angle ⁇ r, and the motor angular velocity ⁇ can be changed as appropriate.
  • the steering angle control unit 200A calculates and outputs the current command value Imref1, and the torque control unit 141 calculates and outputs the current command value Itref1 (step S27), and the set steering angle control gradual change gain GC2 And the gradual change is performed with the assist control gradual change gain GC1 (step S200). That is, in the multiplication unit 145, the current control value Itref1 is multiplied by the assist control gradual change gain GC1, and the current control value Itref2 is output. In the multiplication unit 146, the current command value Imref1 is multiplied by the steering angle control gradual change gain GC2. As a result, the current command value Imref2 is output.
  • step S30 The current command values Imref2 and Itref2 thus subjected to gradual change processing are added by the adding unit 147 to generate a motor current command value Iref (step S30), and the motor 150 is driven by the current control / drive unit 143 (step S31). ), Return to the above step S22.
  • the current command value Ir1 that has been multiplied by Kvi and calculated is added to the subtraction unit 264 and input.
  • the motor angular velocity ⁇ is input to the gain unit 263, and a current command value Ir2 multiplied by the gain Kvp is subtracted and input to the subtraction unit 264.
  • step S201 When automatic steering control (ON) is performed by the control switching command SW, first, the motor speed command value ⁇ m for steering angle control is gradually increased by the steering angle control gradual change gain GC2 (step S201). Is limited by the limit value 1 (step S202). The above operation is repeated until the steering angle control gradual change gain GC2 becomes a threshold 1 or more (step S203), and when the steering angle control gradual change gain GC2 becomes a threshold 1 or more, the limit value 1 of the limiter 252 is set to the limit value 2 (> limit) The value is gradually changed to the value 1) (step S204), and thereafter, the motor speed command value ⁇ mb is limited by the limit value 2 (step S205).
  • FIG. 16 is a time chart showing an example of the relationship between motor speed command value ⁇ mb, steering angle control gradual change gain GC2, assist control gradual change gain GC1, limit value of limiter 202 and automatic steering ON / OFF (SW) in time course is there.
  • the threshold 1 of the steering angle control gradual change gain GC2 is described as 100%, but in the example of FIG. 17, the threshold 1 is x%.
  • threshold 1 x% (for example, 50%)
  • the limit value of limiter 252 starts from limit value 1 at time t11. It gradually increases and shifts to limit value 2 at time t13. According to this example, the responsiveness can be improved while preventing excessive accumulation of the integral term.
  • the gradual change of the gradual change gain and the limit value is performed linearly, it may be non-linear.
  • the steering angle control gradual change gain and the gradual change gain used for the motor speed command value are the same as described above, they may be independent and different characteristics.
  • the steering angle control gradual change gain and the assist control gradual change gain may be able to arbitrarily change the gradual change time and the gradual change timing.
  • the target is speed control in the above description, it is effective for a control method having a structure that stores inputs such as a required steering angle and uses it for output such as a current command value. As long as the structure is incorporated, any other structure is effective.

Abstract

【課題】自動操舵制御中に運転者がハンドルを操舵した時に、自動制御の操舵方向とハンドル操舵の方向が異なったときに円滑に操舵を切り換え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。 【解決手段】操舵トルクに対して目標操舵角補正値を出力する目標操舵角補正部と、目標操舵角を目標操舵角補正値で補正して出力する補正出力部と、補正出力部からの補正目標操舵角、実操舵角及びモータ角速度に基づいてモータ電流指令値2を算出する舵角制御部と、モータ電流指令値1及び2を入力して切り換える切換部とを具備し、自動操舵制御及び手動操舵制御の切換指令に応じて切換部が切り換えられ、自動操舵制御時にモータ電流指令値2に基づいてモータを駆動制御する。

Description

電動パワーステアリング装置
 本発明は、自動操舵制御(駐車支援モード)と手動操舵制御の機能を有し、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、特に自動操舵制御中に運転者がハンドルを操舵した時に、自動制御の操舵方向とハンドル操舵の方向が異なったときに、運転者の操舵を優先して切り換えることによって、安全性を一層向上すると共に、自動操舵制御時のモータ速度指令値に対して徐変ゲインを与えると共に、制限値を変更(可変)できるリミッタを設け、操舵性能を向上した電動パワーステアリング装置に関する。
 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。
 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)2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、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が減速ギア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)100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100は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTh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る。
 このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット100は、例えば特開2002-369565号公報に開示されているような構成となっている。
 図2では、ステアリング装置の補助操舵力を発生するモータ20はモータ駆動部21によって駆動され、モータ駆動部21は二点鎖線で示すコントロールユニット100で制御され、コントロールユニット100にはトルクセンサからの操舵トルクTh及び車速検出系からの車速Velが入力される。モータ20では、モータ端子間電圧Vm及びモータ電流値iが計測されて出力される。
 コントロールユニット100は操舵トルクThを用いて制御を行う破線で示すトルク系制御部110と、モータ20の駆動に関連した制御を行う一点鎖線で示すモータ系制御部120とで構成されている。トルク系制御部110はアシスト量演算部111、微分制御部112、ヨーレート収れん性制御部113、ロバスト安定化補償部114及びセルフアライニングトルク(SAT)推定フィードバック部115によって構成され、加算部116A及び116B、減算部116Cを具備している。また、モータ系制御部120は補償部121、外乱推定部122、モータ角速度演算部123、モータ角加速度演算部124及びモータ特性補償部125で構成され、加算部126A及び126Bを具備している。
 操舵トルクThはアシスト量演算部111、微分制御部112、ヨーレート収れん性制御部113及びSAT推定フィードバック部115に入力され、いずれも車速Velをパラメータ入力としている。アシスト量演算部111は操舵トルクThに基づいてアシストトルク量を演算し、ヨーレート収れん性制御部113は操舵トルクTh及びモータ角速度ωを入力とし、車両のヨーの収れん性を改善するために、ハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるようになっている。また、微分制御部112はステアリングの中立点付近の制御の応答性を高め、滑らかでスムーズな操舵を実現するようになっており、SAT推定フィードバック部115は操舵トルクThと、アシスト量演算部111の出力に微分制御部112の出力を加算部116Aで加算した信号と、モータ角速度演算部123で演算された角速度ωと、モータ角加速度演算部124からの角加速度αとを入力してSATを推定し、推定したSATをフィードバックフィルタを用いて信号処理し、ハンドルに適切な路面情報を反力として与えるようになっている。
 また、アシスト量演算部111の出力に微分制御部112の出力を加算部116Aで加算した信号に、ヨーレート収れん性制御部113の出力を加算部116B7で加算した信号をアシスト量AQとしてロバスト安定化補償部114に入力している。ロバスト安定化補償部114は例えば特開平8-290778号公報に示されている補償部であり、検出トルクに含まれる慣性要素とばね要素で成る共振系の共振周波数におけるピーク値を除去し、制御系の応答性と安定性を阻害する共振周波数の位相のズレを補償するものである。ロバスト安定化補償部114の出力からSAT推定フィードバック部115の出力を減算部116Cで減算することで、路面情報を反力としてハンドルに伝えることができるアシスト量Iaが得られる。
 更に、モータ角速度演算部123はモータ端子間電圧Vm及びモータ電流値iに基づいてモータ角速度ωを演算するものであり、モータ角速度ωはモータ角加速度演算部124、ヨーレート収れん性制御部113及びSAT推定フィードバック部115に入力される。モータ角加速度演算部124では、入力されたモータ角速度ωに基づいてモータ角加速度αを演算し、演算したモータ角加速度αはモータ特性補償部125に入力される。モータ特性補償部125の出力Icに、ロバスト安定化補償部114の出力からSAT推定フィードバック部115の出力を減算したアシスト量Iaが加算部126Aで加算され、その加算信号が電流指令値Irとして微分補償部等で成る補償部121に入力される。補償部121で補償された電流指令値Iraに外乱推定部122の出力を加算部126Bで加算した信号がモータ駆動部21及び外乱推定部122に入力される。外乱推定部122は特開平8-310417号公報で示されるような装置であり、モータ出力の制御目標である補償部121で補償された電流指令値Iraに外乱推定部122の出力を加算した信号と、モータ電流値iとに基づいて、制御系の出力基準における希望するモータ制御特性を維持することができ、制御系の安定性を失うことがないようにしている。
 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、自動操舵制御と手動操舵制御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、目標操舵角に実操舵角を追従させる自動操舵制御が行われる。
 従来周知の自動操舵制御(駐車支援モード)と手動操舵制御の機能を有する電動パワーステアリング装置では、予め記憶した車両の移動距離と転舵角との関係に基づいてアクチュエータ(モータ)を制御することにより、バック駐車や縦列駐車を自動で行うようになっている。
 そして、従来の操舵制御装置は、実操舵角を車両に応じて設定される目標操舵角に一致するように、モータ電流指令値を演算し、自動操舵制御を実現している。例えば特許第4057955号公報(特許文献1)に示される自動操舵装置では、舵角制御からトルクアシスト制御への切り換えの際に、フェード移行時間をアシストトルク量に応じて変更することにより、制御切り換え時の違和感を減少させている。また、特許第4110040号公報(特許文献2)に示される自動操舵装置では、操舵トルクが大きいときには目標位置に到達可能なように、目標舵角(目標操舵角)を補正している。
特許第4057955号公報 特許第4110040号公報 特許第3912279号公報
 目標操舵角に実操舵角を追従させる自動操舵を行う電動パワーステアリング装置の自動操舵制御中に、運転者がハンドルを操舵したと判定した場合には自動制御を中止し、手動操舵制御のアシスト制御に円滑に切り換わることが望ましい。
 自動操舵制御は目標操舵角に対して実操舵角が一致するように制御を行うが、運転者がステアリング機構を操作して操舵トルクを加えた場合、実操舵角が目標操舵角から離れてしまう。そのため、自動操舵制御は実操舵角が目標操舵角に一致するように、操舵トルクに対して対抗するように、操舵トルクとは逆方向のモータ電流指令値を出力する。
 一方で、アシスト制御は操舵トルクを補助するように出力するため、操舵トルクとは同方向のモータ電流指令値を出力する。従って、操舵トルクが加えられた場合の自動操舵制御から手動操舵制御への切り換え時には、それぞれの出力が逆方向となるため、運転者としては操舵トルクが加えられてから、自動操舵制御により一時的に操舵トルクとは逆方向のアシストがなされた後に、フェード処理により徐々に手動操舵制御に切り換わる。つまり、操舵トルクと同方向のアシストがなされることになる。これは、運転者としては、自動操舵制御から手動操舵制御に切り換わる際に引っ掛かった感覚となり、違和感となる。
 電動パワーステアリング装置(EPS)において自動操舵を実現する場合、自動操舵制御の舵角制御と手動操舵制御のアシスト制御(トルク制御)を独立して保有し、これらの出力を切り換える構成が一般的である。舵角制御には、応答性や外乱抑圧性で優れた性能を持つ位置速度制御が用いられており、位置制御はP制御、速度制御はPI制御等で構成される。出力の切り換え時にスイッチなどにより急に切り換えてしまうと電流指令値が急変動し、ハンドル挙動が不自然になるため、運転者に違和感を与える。このため、舵角制御指令値とアシスト制御指令値に徐変ゲインを乗じ、徐々に切り換えることによって、電流指令値の急変動を抑制する手法が用いられる。
 しかしこの手法では、切り換え中は舵角制御指令値が徐変ゲインで制限され、電流指令値へ出力されるため、舵角制御指令値に対し電流指令値が、制限された分だけ出力が小さくなってしまう。この制限により、モータ速度指令値に対し、モータの実速度が遅くなるため、モータ速度指令値と実速度に偏差が発生し、速度制御内のI制御の積分値が蓄積してしまうことで、速度制御から更に大きな舵角制御指令値が出力されてしまう。この結果、徐変ゲインが徐々に大きくなっていく状態では、徐変ゲインによる制限が緩和されていくため、徐変ゲインが大きくなるに従って舵角制御指令値が過剰な値となり、ハンドルがモータ速度指令値に対して過剰に応答し、運転者へ違和感を与えてしまう。
 徐変ゲインを乗じる技術としては、例えば特許第3912279号公報(特許文献3)に示される操舵制御装置がある。特許文献3の装置では、舵角制御開始時に徐々に舵角速度を増加させるよう制御し、開始時のハンドル急変動による運転者への違和感を低減する手法が提案されている。
 しかしながら、特許文献3の手法では、徐変が始まると上限値に達するまで増加し続けるため、I制御の積分値が過剰に蓄積してしまう問題がある。
 本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の第1の目的は、自動操舵制御中に運転者がハンドルを操舵した時に、円滑に操舵を切り換えることができ、運転者に違和感を与えないようにした高性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。本発明の第2の目的は、自動操舵制御(駐車支援モード)と手動操舵制御を有する車両において、自動操舵制御の操舵を開始するときに急激な変化を伴う操舵挙動や車両挙動を抑制して、運転者や同乗者が驚きや不快感を覚えないような自動制御を可能とした高性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。
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、自動操舵制御と手動操舵制御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関し、本発明の上記目的は、前記操舵トルクに対して目標操舵角補正値を出力する目標操舵角補正部と、目標操舵角を前記目標操舵角補正値で補正して出力する補正出力部と、前記補正出力部からの補正目標操舵角、実操舵角及び前記モータのモータ角速度に基づいてモータ電流指令値2を算出する舵角制御部と、前記モータ電流指令値1及びモータ電流指令値2を入力して切り換える切換部とを具備し、前記自動操舵制御及び手動操舵制御の切換指令に応じて前記切換部が切り換えられ、前記自動操舵制御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することにより達成される。
 また、本発明は、モータ電流指令値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、自動操舵制御と手動操舵制御を行う機能を有する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、操舵トルク及び車速に基づいて前記手動操舵制御における電流指令値1を算出するトルク制御部と、前記自動操舵制御時に、車両の移動目標位置に基づいて設定される目標操舵角に実操舵角を近づけるように電流指令値2を算出する舵角制御部と、前記自動操舵制御時に、舵角制御徐変ゲイン及びアシスト制御徐変ゲインを生成するゲイン調整部と、前記電流指令値1に対して前記アシスト制御徐変ゲインを乗算し、前記電流指令値2に対して前記舵角制御徐変ゲインを乗算し、前記各乗算結果を加算して前記モータ電流指令値とする出力部とを具備することにより達成される。
本発明に係る電動パワーステアリング装置(第1実施例)によれば、駐車支援、自動走行等の自動操舵制御時にはハンドルの舵角制御を行うが、運転者により操舵トルクが加わった際に、目標操舵角を操舵トルクが加わった方向と同方向に補正し、その目標操舵角に一致するように舵角制御を実施する。これにより、補正した目標操舵角に対しての舵角制御と操舵トルクによるアシスト制御の出力を互いにある割合で足し合わせて制御する場合、自動操舵制御と手動操舵制御の出力の方向を一致させることができ、互いの制御出力が干渉し難くなるため、切り換え時に発生する運転者への違和感を減少させることができる。運転者に対する安全性の向上にも繋がる。
 また、本発明では、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。
 本発明に係る電動パワーステアリング装置(第2実施例)によれば、舵角制御部内で算出されるモータ速度指令値に対して徐変ゲインを乗じて徐変し、その出力の上下限値をリミッタで制限すると共に、リミッタの制限値を徐変ゲインに応じて変更(可変)するようにしている。そのため、手動操舵制御(アシスト制御)と自動操舵制御(舵角制御)の切り換え時に舵角制御指令値が制限され、速度制御内のI制御の積分値が過剰に蓄積することを防止することができる。これにより、意図しないハンドル挙動を抑制することができると共に、運転者への違和感を低減することができる。
電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 本発明の構成例(第1実施例)を示すブロック図である。 目標操舵角補正部の構成例を示すブロック図である。 舵角制御部の構成例を示すブロック図である。 レートリミッタの一例を示すブロック構成図である。 変化分設定部の構成例を示すブロック図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 舵角制御部の動作例を示すフローチャートである。 目標操舵角補正部の他の構成若しくは目標操舵角補正部の後段に位相補償部を設けた構成例を示すブロック図である。 本発明の構成例(第2実施例)を示すブロック図である。 舵角制御部の構成例を示すブロック図である。 リミッタの特性を示す特性図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 舵角制御部での徐変処理の動作例を示すフローチャートである。 徐変処理の一例を示すタイムチャートである。 徐変処理の他の例を示すタイムチャートである。
 駐車支援、自動走行等の自動操舵制御時にはハンドルの舵角制御を行うが、運転者によるハンドル操作で操舵トルクが加わった際に、目標操舵角を操舵トルクが加わった方向と同方向に補正し、その目標操舵角に一致するように舵角制御を実施する。これにより、補正した目標操舵角に対しての舵角制御と操舵トルクによるアシスト制御の出力を互いにある割合で足し合わせて制御する場合、自動操舵制御と手動操舵制御の出力方向を一致させることができ、互いの制御出力が干渉し難くなる。このため、操舵モード切り換え時に発生する運転者への違和感を減少させることができる。
 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。
 図3は本発明の構成例(第1実施例)を示しており、モータ150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151が接続されており、モータ150は車両側のECU130及びEPS(電動パワーステアリング装置)側のECU140を介して駆動制御される。
 車両側のECU130は、運転者の意思を示すボタン、スイッチ等に基づいて、自動操舵制御又は手動操舵制御の切換指令SWを出力する切換指令部131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132とを具備している。また、コラム軸(ステアリングシャフト)に設けられた舵角センサ152で検出された実操舵角θrは、ECU130を経てEPS側のECU140内の舵角制御部200に入力される。舵角センサ152はコラム軸(インターミディエイト、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。
 切換指令部131は、自動操舵制御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モード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ECU140内の切換部142に入力する。また、目標操舵角生成部132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ECU140内の舵角制御部200に入力する。
 EPS側のECU140は、操舵トルクTh及び車速Vel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141と、操舵トルクThを入力して目標操舵角補正を行う不感帯を有する目標操舵角補正部230と、目標操舵角θtを目標操舵角補正部230からの目標操舵角補正値θhaで補正して出力する補正出力部145と、補正出力部145からの補正された目標操舵角θt0、実操舵角θr、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200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142と、切換部142からのモータ電流指令値(Itref又はImref)に基づいてモータ150を駆動制御する電流制御/駆動部143と、回転センサ151からのモータ回転角θsに基づいてモータ角速度ωを演算するモータ角速度演算部144とを具備している。切換部142は、ECU130の切換指令部131からの切換指令SWに基づいて、トルク制御部141によるトルク制御モード(手動操舵制御)と、舵角制御部200による自動操舵制御とを切り換え、手動操舵制御モードではモータ電流指令値Itrefを出力し、自動操舵制御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143は、PI電流制御部、PWM制御部、インバータ等で構成されている。
 目標操舵角補正部230は、異常発生時などの急操舵、特に操舵トルクの大きい時に、目標操舵角補正値θhaを出力するが、図4に示すように不感帯(-Th1~+Th1)を有し、±Th1以上の操舵トルクThに応じた目標操舵角補正値θhaを出力するようになっている。目標操舵角補正値θhaは加算部145に入力され、目標操舵角θtと加算されて補正され、補正された目標操舵角θtaが舵角制御部200に入力される。
 なお、図4の特性は必ずしも直線である必要はなく、滑らかな曲線であっても良く、また、マップを用いても良い。
 舵角制御部200の構成は図5に示すような構成となっており、加算部145からの補正目標操舵角θt0が急激に変化した場合の平滑化、つまり所定時間変化率の範囲内で円滑に変化するようにするレートリミッタ211に補正目標操舵角θt0が入力され、高周波の外乱を除去するLPF212を経た目標操舵角θtaが減算部213Aに加算入力される。実操舵角θrは減算部213Aに減算入力され、平滑化された目標操舵角θtaとの角度偏差が比例ゲイン(Kpp)部214でゲインKpp倍され、モータ速度指令値ωeとして減算部213Bに加算入力される。減算部213Bにはモータ角速度演算部144からモータ角速度ωが減算入力され、演算された速度偏差Dfが積分部216Aを経て積分ゲイン(Kvi)部216BでゲインKvi倍されて減算部213Cに加算入力されると共に、速度偏差Dfは比例ゲイン(Kvp)部216CでゲインKvp倍されて減算部213Cに減算入力される。減算部213Cでの減算結果であるモータ電流指令値Ibは、上下限値を制限するリミッタ217を経てモータ電流指令値Imrefとして出力される。
 レートリミッタ211は、補正目標操舵角θt0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6に示すような構成となっている。即ち、補正目標操舵角θt0は減算部211-1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211-2で変化分θt2の設定をされる。変化分設定部211-2は、保持部(Z-1)211-4からの過去値と入力(θt0)の差分θt1を設定し、加算部211-3での変化分θt2と過去値との加算結果を新たな目標操舵角θt3として出力する。変化分設定部211-2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)θt0との差分を求め、変化分設定部211-2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7に示すような階段状に出力θt3を変化させて、最終的に出力θt3を目標操舵角θt0に一致させる。また、入力(目標操舵角)θt0との差分が変化分設定部211-2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θt3と入力(目標操舵角)θt0は一致する。これらの結果、目標操舵角θt0が急激に変化しても、急激に変化する目標操舵角θt0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。
 このような構成において、全体の動作例を図8のフローチャートを参照して説明する。
 操舵系の動作がスタートすると、トルク制御部141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143によりモータ150が駆動される(ステップS2)。上記動作は切換指令部131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)。
 自動操舵制御となり、切換指令部131より切換指令SWが出力されると、目標操舵角生成部132から目標操舵角θtが入力され(ステップS4)、舵角センサ152から実操舵角θrが入力され(ステップS5)、トルクセンサ154から操舵トルクThが入力され(ステップS6)、補正出力部としての加算部145で目標操舵角θtに対して操舵トルクThによる補正がされ(ステップS7)、補正目標操舵角θt0が入力される(ステップS8)。更に、モータ角速度演算部144からモータ角速度ωが入力され(ステップS9)、舵角制御部200でモータ電流指令値Imrefが生成される(ステップS100)。なお、目標操舵角θt、実操舵角θr、操舵トルクTh、モータ角速度ωの入力順番は適宜変更可能である。
 その後、切換部142が切換指令部131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200からのモータ電流指令値Imrefを用いて電流制御/駆動部143によりモータ150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131から切換指令SWが変更されるまで繰り返される。
 次に、舵角制御部200の動作例を、図9のフローチャートを参照して説明する。
 加算部145からの補正目標操舵角θt0がレートリミッタ211に入力され(ステップS110)、レートリミッタ211で前述したようなレート制限動作が実行され(ステップS111)、更にLPF212でLPF処理をされ(ステップS112)、これら処理を経た目標操舵角θtaが減算部213Aに入力される。また、舵角センサ152から実操舵角θrが入力され(ステップS113)、減算部213Aで“θta-θr”の減算が行われ(ステップS114)、減算値である角度偏差θdが比例ゲイン部214でゲインKpp倍されて減算部213Bに加算入力される(ステップS115)。モータ角速度ωが減算部213Bに減算入力され(ステップS116)、ゲインKpp倍された角速度ωeとモータ角速度ωとの速度偏差Dfが求められる(ステップS117)。
 減算部213Bで得られた速度偏差Dfは、積分部216A及び積分ゲイン部216Bで積分とゲインKvi倍されて減算部213Cに加算入力されると共に(ステップS120)、比例ゲイン部216Cで比例ゲインKvp倍されて減算部213Cに減算入力され(ステップS121)、減算部213Cで減算されてモータ電流指令値Ibが出力される(ステップS122)。モータ電流指令値Ibはリミッタ217で上下限値を制限され(ステップS123)、モータ電流指令値Ifrefとして出力される(ステップS124)。
 自動操舵制御から手動操舵制御に切り換わる際、自動操舵制御は、手動操舵制御による舵角の差を修正しようとする。これが引っ掛かり感としてハンドルに現れる。これを軽減するために、目標操舵角補正値θtaに対して位相補償(位相進み補償)を行う。図10はその構成例を示しており、目標操舵角補正部230の後段に位相補償部230Aを設けている。即ち、目標操舵角補正部230からの目標操舵角補正値θha’を位相補償部230Aで位相進み補償した目標操舵角補正値θhaを出力する。また、目標操舵角補正部230内に位相進み補償を行う位相補償部を設け、目標操舵角補正部230から位相補償された目標操舵角補正値θhaを出力するようにしても良い。
 なお、目標操舵角補正値に、位相補償以外にLPF、微分、積分、比例項などの補償を加えても良い。
 自動操舵制御の操舵を開始するときに、急激な変化を伴う操舵挙動や車両挙動を抑制して、運転者や同乗者が驚きや不快感を覚えないような自動制御を可能にするため、本発明では、舵角制御部内のモータ速度指令値に対し、舵角制御除変ゲインを乗算し、徐変ゲイン乗算後のモータ速度指令値に対し、上下限値を制限するリミッタを設けている。このリミッタは、制限値を舵角制御除変ゲインに応じて変更可能であり、舵角制御徐変ゲインが閾値未満では制限値を小さくし、閾値以上で大きくすることにより、モータ速度指令値が舵角制御徐変ゲインに応じて制限される。リミッタの制限値の変更も徐変で行うようになっているので、運転者に不快感を与えることもない。
 図11は本発明の構成例(第2実施例)を、第1実施例の図3と対応させて示しており、第1実施例よりトルクセンサ154、速度制御部230、切換部142及び加算部145が削除されている。その代わり、舵角制御部200Aの構成が変わり、ゲイン調整部148、乗算部145及び146、加算部147が新しく付加されている。
 EPS側のECU140は、前述のトルク制御部141と、目標操舵角θt、実操舵角θr、モータ角速度ωに基づいて自動操舵制御のための電流指令値Imref1を演算して出力する舵角制御部200Aと、制御切換指令SWによって自動操舵制御(ON)となったときに、アシスト制御の電流指令値Iterf1を乗算部145で徐変するアシスト制御徐変ゲインGC1及び舵角制御部200Aからの電流指令値Imref1を乗算部146で徐変する舵角制御徐変ゲインGC2を出力するゲイン調整部148と、乗算部145からの徐変された電流指令値Itref2及び乗算部146からの徐変された電流指令値Imref2を加算してモータ電流指令値Irefを出力する加算部147と、前述の電流制御/駆動部143と、前述のモータ角速度演算部144とを具備している。
 アシスト制御徐変ゲインGC1と舵角制御徐変ゲインGC2とは相関関係にあり、舵角制御徐変ゲインGC2が増加方向に変化すると、アシスト制御徐変ゲインGC1は減少方向に変化するようになっている。また、乗算部145及び146と、加算部147とで出力部を構成している。
 舵角制御部200Aは図12に示すような構成となっており、位置制御部240内の減算部242で目標操舵角θt及び実操舵角θrの偏差角θeが求められ、偏差角θeがゲイン部241でゲインKpp倍され、モータ速度指令値ωmとして乗算部251に入力され、ゲイン調整部148からの舵角制御徐変ゲインGC2で徐変される。徐変されたモータ速度指令値ωmaは、図13に示すような正負の制限値1及び制限値2を有するリミッタ252に入力され、リミッタ252で上下限値を制限されたモータ速度指令値ωmbが速度制御部260内の減算部261に加算入力される。減算部261にはモータ角速度演算部144からのモータ角速度ωが減算入力され、演算された速度偏差Dfが積分部262でゲインKv倍と積分され、電流指令値Ir1として減算部264に加算入力される。また、モータ角速度ωは速度制御部260内のゲイン部263に入力され、ゲインKvp倍された電流指令値Ir2が減算部264に減算入力される。減算部264における電流指令値Ir1及びIr2の減算結果が、電流指令値Imref1として速度制御部260から出力され、乗算部146に入力される。乗算部146には舵角制御徐変ゲインGC2が入力されており、徐変された電流指令値Imref2が加算部147に入力されている。
 このような構成において、全体の動作例を図14のフローチャートを参照して説明する。
 操舵系の動作(自動操舵制御OFF)がスタートすると、トルク制御部141によるトルク制御が実施され(ステップS20)、電流指令値Itref1(=Itref2)を用いて電流制御/駆動部143によりモータ150が駆動される(ステップS21)。上記動作は制御切換部131より制御切換指令SWが出力され、自動操舵制御(ON)となるまで繰り返される(ステップS22)。
 制御切換指令SWが出力されて自動操舵制御(ON)となり、切換指令部131より制御切換指令SWが出力されると、目標操舵角生成部132から目標操舵角θtが入力され(ステップS23)、舵角センサ152から実操舵角θrが入力され(ステップS24)、モータ角速度演算部144からモータ角速度ωが入力され(ステップS25)、ゲイン調整部148によりアシスト制御徐変ゲインGC1及び舵角制御徐変ゲインGC2が設定される(ステップS26)。なお、目標操舵角θt、実操舵角θr、モータ角速度ωの入力順番は適宜変更可能である。
 その後、舵角制御部200Aからは電流指令値Imref1が演算されて出力され、トルク制御部141では電流指令値Itref1が演算されて出力され(ステップS27)、設定された舵角制御徐変ゲインGC2及びアシスト制御徐変ゲインGC1で徐変を行う(ステップS200)。即ち、乗算部145では、電流指令値Itref1にアシスト制御徐変ゲインGC1が乗算されて電流指令値Itref2が出力され、乗算部146では、電流指令値Imref1に舵角制御徐変ゲインGC2が乗算されて電流指令値Imref2が出力される。このように徐変処理された電流指令値Imref2及びItref2が加算部147で加算され、モータ電流指令値Irefが生成され(ステップS30)、電流制御/駆動部143によりモータ150が駆動され(ステップS31)、上記ステップS22にリターンする。
 なお、速度制御部260では、減算部261でモータ速度指令値ωmbとモータ角速度ωとの速度偏差Df(=ωmb-ω)が演算され、速度偏差Dfは積分部262に入力されて積分とゲインKvi倍され、演算された電流指令値Ir1が減算部264に加算入力される。モータ角速度ωはゲイン部263に入力され、ゲインKvp倍された電流指令値Ir2が減算部264に減算入力される。減算部264では電流指令値Ir1及びIr2の偏差(=Ir1-Ir2)が演算され、電流指令値Imref1として速度制御部260から出力される。
 次に、舵角制御部200Aの徐変処理例を、図15のフローチャートを参照して説明する。
 制御切換指令SWにより自動操舵制御(ON)になると、先ず舵角制御のモータ速度指令値ωmを舵角制御徐変ゲインGC2により徐々に増加し(ステップS201)、リミッタ252においてモータ速度指令値ωmbを制限値1で制限する(ステップS202)。舵角制御徐変ゲインGC2が閾値1以上となるまで上記動作を繰り返し(ステップS203)、舵角制御徐変ゲインGC2が閾値1以上になると、リミッタ252の制限値1を制限値2(>制限値1)に徐々に変更し(ステップS204)、その後は、モータ速度指令値ωmbを制限値2で制限する(ステップS205)。
 図16は、モータ速度指令値ωmb、舵角制御徐変ゲインGC2、アシスト制御徐変ゲインGC1、リミッタ202の制限値及び自動操舵ON/OFF(SW)の関係例を時間経過で示すタイムチャートである。
 時点t1に自動操舵制御となり、ゲイン調整部148から、図16(B)に示すような増加する舵角制御徐変ゲインGC2が出力されると共に、図16(C)に示すような減少するアシスト制御徐変ゲインGC1が出力される。舵角制御徐変ゲインGC2が閾値1(本例では100%)に達するまでは、制限値1で制限処理を行う。そのため、モータ速度指令値ωmbは図16(A)に示すように、制限値1で制限された値となっている。そして、舵角制御徐変ゲインGC2が閾値1の100%に達すると(時点t2)、リミッタ252の制限値を制限値1から徐々に増加して時点t3に制限値2に移行し、以後は制限値2で制限処理を行う。図16(D)に示すリミッタ252の制限値の増加、変更に伴い、リミッタ252の出力であるモータ速度指令値ωmbは、時点t2以降図16(A)に示すように変動する。
 そして、時点t4において自動操舵がOFFになると、ゲイン調整部148から、図16(B)に示すような減少する舵角制御徐変ゲインGC2が出力されると共に、図16(C)に示すような増加するアシスト制御徐変ゲインGC1が出力される。以後は、制限値1で制限処理を行う。
 図16の例では、舵角制御徐変ゲインGC2の閾値1を100%で説明しているが、図17の例では閾値1をx%としている。時点t10に自動操舵制御がONとなり、舵角制御徐変ゲインGC2が時点t11に閾値1(x%(例えば50%))に達すると、この時点t11よりリミッタ252の制限値は制限値1から徐々に増加して行き、時点t13において制限値2に移行する。本例によれば、積分項の過剰な蓄積を防ぎながらも即応性を向上させることができる。
 なお、上述では徐変ゲイン及び制限値の徐変を線形で行っているが、非線形であっても良い。また、上述では舵角制御徐変ゲインとモータ速度指令値に用いる徐変ゲインを同一としているが、独立にして異なる特性であっても良い。舵角制御徐変ゲインとアシスト制御徐変ゲインは徐変時間や徐変タイミングを任意に変更可能にしても良い。
 更に、上述では対象を速度制御としているが、要求舵角などの入力を蓄積し、電流指令値などの出力に利用する構造を持つ制御方式に対して有効であり、位置制御及び速度制御にその構造が組み込まれていれば、その他の構造がどのようなものであっても有効である。
1          ハンドル
2          コラム軸(ステアリングシャフト)
10、154     トルクセンサ
12、153     車速センサ
13         バッテリ
20,150     モータ
21         モータ駆動部
100        コントロールユニット(ECU)
110        トルク系制御部
120        モータ系制御部
151        回転センサ
152        舵角センサ
130        車両側のECU
131        切換指令部
132        目標操舵角生成部
140        EPS側のECU
141        トルク制御部
142        切換部
143        電流制御/駆動部
144        モータ角速度演算部
200、200A   舵角制御部
211        レートリミッタ
211-2      変化分設定部
211-4      保持部
214        比例ゲイン部
216A       積分部
216B       積分ゲイン(Kvi)部
216C       比例ゲイン(Kvp)部
217、252    リミッタ
230        目標操舵角補正部
240        位置制御部
260        速度制御部
 

Claims (10)

  1. 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、自動操舵制御と手動操舵制御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、
    前記操舵トルクに対して目標操舵角補正値を出力する目標操舵角補正部と、目標操舵角を前記目標操舵角補正値で補正して出力する補正出力部と、前記補正出力部からの補正目標操舵角、実操舵角及び前記モータのモータ角速度に基づいてモータ電流指令値2を算出する舵角制御部と、前記モータ電流指令値1及びモータ電流指令値2を入力して切り換える切換部とを具備し、
    前記自動操舵制御及び手動操舵制御の切換指令に応じて前記切換部が切り換えられ、前記自動操舵制御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することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 前記目標操舵角補正部が、前記操舵トルクが小さい領域で不感帯を有すると共に、前記操舵トルクの増加方向と同じ方向に増加するように前記目標操舵角補正値を出力し、前記補正出力部が加算部である請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記舵角制御部が、
    前記補正目標操舵角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角度偏差を比例ゲイン倍する第1比例ゲイン部と、前記第1比例ゲイン部からのモータ速度指令値と前記モータ角速度との速度偏差を積分して積分ゲイン倍する積分ゲイン部と、前記速度偏差を比例ゲイン倍する第2比例ゲイン部と、前記積分ゲイン部の出力及び前記第2比例ゲイン部の出力の偏差を求める減算部とで構成され、前記減算部が前記モータ電流指令値2を出力するようになっている請求項1又は2に記載の電動パワーテアリング装置。
  4. 前記レートリミッタの後段にLPFが設けられている請求項3に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 前記目標操舵角補正部が位相補償部を含むか、若しくは前記目標操舵角補正部の後段に位相補償部が設けられ、位相進み補償された前記目標操舵角補正値を出力するようになっている請求項1乃至4のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  6. モータ電流指令値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、自動操舵制御と手動操舵制御を行う機能を有する電動パワーステアリング装置において、
    操舵トルク及び車速に基づいて前記手動操舵制御における電流指令値1を算出するトルク制御部と、
    前記自動操舵制御時に、車両の移動目標位置に基づいて設定される目標操舵角に実操舵角を近づけるように電流指令値2を算出する舵角制御部と、
    前記自動操舵制御時に、舵角制御徐変ゲイン及びアシスト制御徐変ゲインを生成するゲイン調整部と、
    前記電流指令値1に対して前記アシスト制御徐変ゲインを乗算し、前記電流指令値2に対して前記舵角制御徐変ゲインを乗算し、前記各乗算結果を加算して前記モータ電流指令値とする出力部と、
    を具備したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  7. 前記舵角制御部が、
    前記目標操舵角及び前記実操舵角の偏差1に基づいてモータ速度指令値1を演算する位置制御部と、
    前記位置制御部からのモータ速度指令値1と前記舵角制御徐変ゲインを乗算する乗算部と、
    前記乗算部からのモータ速度指令値2を上下限値で制限するリミッタと、
    前記リミッタからのモータ速度指令値3及びモータ角速度に基づいて前記電流指令値2を演算する速度制御部とで構成されている請求項6に記載の電動パワーステアリング装置。
  8. 前記リミッタが複数の制限値を有し、閾値に対する前記舵角制御徐変ゲインの大きさに応じて前記制限値を変更する請求項7に記載の電動パワーテアリング装置。
  9. 前記制限値の変更を徐変で行うようになっている請求項8に記載の電動パワーステアリング装置。
  10. 前記舵角制御徐変ゲインと前記アシスト制御徐変ゲインとが相関の関係を有している請求項6乃至9のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
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