WO2015005222A1 - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

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WO2015005222A1
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unit
signal
gain
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貴弘 椿
徹也 北爪
聡 下川邊
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日本精工株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • 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
    • B62D5/0472Controlling the motor for damping vibrations

Definitions

  • the present invention relates to an electric power steering control device that PI-controls a current command value calculated based on at least a steering torque and applies an assist force by a motor to a steering system of a vehicle, in particular, a steering wheel, a current command value
  • the present invention relates to an electric power steering control device that suppresses vibration when a vibration to be suppressed such as a motor speed continues for a predetermined time or more within a predetermined frequency range and improves steering feeling.
  • An electric power steering device that applies a steering assist force (assist force) to a steering mechanism of a vehicle by a rotational force of a motor, a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reducer.
  • a steering assist force is applied to the vehicle.
  • Such a conventional electric power steering device (EPS) performs feedback control of the motor current in order to accurately generate the torque of the steering assist force.
  • the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value is small.
  • the adjustment of the motor applied voltage is generally performed by PWM (pulse width). This is done by adjusting the duty of modulation) control.
  • a column shaft (steering shaft, handle shaft) 2 of a handle 1 is a reduction gear 3, universal joints 4a and 4b, a pinion rack mechanism 5, a tie rod 6a, 6b is further connected to the steering wheels 8L and 8R via hub units 7a and 7b.
  • the column shaft 2 is provided with a torque sensor 10 that detects the steering torque of the handle 1, and a motor 20 that assists the steering force of the handle 1 is connected to the column shaft 2 via the reduction gear 3.
  • the control unit (ECU) 30 that controls the electric power steering apparatus is supplied with electric power from the battery 13 and also receives an ignition key signal via the ignition key 11.
  • the control unit 30 calculates a current command value of an assist (steering assistance) command based on the steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vel detected by the vehicle speed sensor 12, and compensates the current command value.
  • the current supplied to the motor 20 is controlled by the current control value E subjected to.
  • the vehicle speed Vel can also be received from CAN (Controller Area Network) or the like.
  • the control unit 30 is mainly composed of a CPU (including an MPU, MCU, etc.).
  • FIG. 2 shows general functions executed by a program inside the CPU.
  • the steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vel detected by the vehicle speed sensor 12 are calculated as a current command value that calculates a current command value Iref1.
  • the current command value calculation unit 31 calculates a current command value Iref1, which is a control target value of the current supplied to the motor 20, using an assist map or the like based on the input steering torque Th and vehicle speed Vel.
  • the current command value Iref1 is input to the current limiting unit 33 through the adding unit 32A, and the current command value Iref3 with the maximum current limited is input to the subtracting unit 32B, and the deviation I (Iref3) from the fed back motor current value Im.
  • the voltage control command value Vref whose characteristics are improved by the PI control unit 35 is input to the PWM control unit 36, and the motor 20 is PWM driven via an inverter circuit 37 as a drive unit.
  • the current value Im of the motor 20 is detected by the motor current detector 38 and fed back to the subtraction unit 32B.
  • the compensation signal CM from the compensation signal generation unit 34 is added to the addition unit 32A, and the compensation of the steering system system is performed by the addition of the compensation signal CM, thereby improving the convergence and inertia characteristics.
  • the compensation signal generation unit 34 adds the self-aligning torque (SAT) 343 and the inertia 342 by the addition unit 344, and further adds the convergence 341 to the addition result by the addition unit 345, and compensates the addition result of the addition unit 345.
  • the signal CM is used.
  • the PI control unit 35 includes a proportional unit 351 that proportionally controls the current command value Iref4 with the proportional gain Gp, an integration unit 352 that integrates the current command value Iref4 with the integral gain Gi, and a proportional unit.
  • the CPU microcomputer or the like of such an electric power steering apparatus generates a voltage control command value for controlling the motor by PI control as described above.
  • the gain of PI control is adjusted to an appropriate value for each type of vehicle.
  • Patent Document 1 an electric power steering apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-188183 (Patent Document 1) has been proposed. That is, the electric power steering apparatus of Patent Document 1 includes vibration detection means for detecting vibration of the operation member, and when the vibration of the operation member is detected by the vibration detection means, of the proportional gain and integral gain of PI control. Gain changing means for reducing at least one of the above is provided.
  • vibration components there are vibrations such as a current command value and a motor speed in addition to the torque of the handle, but Patent Document 1 does not take any countermeasures against such vibrations.
  • the present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is to detect a vibration component of a vibration suppression target such as a handle or a current command value based on a Fourier series expression having a small calculation capacity, An object of the present invention is to provide an electric power steering control device that improves the steering feeling by changing the gain of the PI control unit only when vibration at a predetermined frequency continues for a predetermined time or longer, thereby suppressing the vibration.
  • the present invention relates to an electric power steering control device that performs PI control on a current command value calculated based on at least a steering torque, and drives and assists steering by a PI-controlled control command value.
  • the purpose is based on a vibration detection unit that detects a vibration to be suppressed and outputs a vibration signal, a duration determination unit that outputs a continuation signal when the vibration signal continues for a predetermined time or more, and the continuation signal And a gain setting unit that changes the gain of the PI control, and is achieved by performing vibration suppression of the vibration suppression target while the vibration signal continues for a predetermined frequency and for a predetermined time or longer.
  • the object of the present invention is that the vibration detection unit extracts a predetermined frequency of the vibration suppression target, a BPF that generates a sine wave, a cosine wave generation unit that generates a cosine wave, and the BPF.
  • a first multiplication unit that multiplies the vibration suppression target signal processed in step S by the sine wave, a second multiplication unit that multiplies the vibration suppression target signal by the cosine wave, and a first multiplication signal from the first multiplication unit.
  • a first integration unit that integrates the second multiplication signal from the second multiplication unit, and a first square unit that squares the first integration signal from the first integration unit.
  • a second squaring unit that squares the second integration signal from the second integration unit, a first multiplication signal from the first squaring unit, and a second from the second squaring unit. Or an adder that adds the multiplication signal and outputs the vibration signal, or the first integration And the second integration unit is initialized at a predetermined period, or the BPF extracts a vibration frequency of 5 to 20 Hz, or the vibration suppression target is the steering torque,
  • the gain of the PI control that is changed by the current command value, the motor speed of the motor, or changed is more effectively achieved by a proportional gain or an integral gain, or a proportional gain and an integral gain.
  • the BPF band pass filter
  • the BPF band pass filter
  • a minimum value and a maximum value are determined from a predetermined number of past value and current value sampling data, a first condition is set such that a plurality of output values fall within a certain range, and then a predetermined time continues. Since the second condition for comparing whether or not to be compared with the threshold value is determined, the calculation can be simplified.
  • the vibration suppression target can be efficiently and economically suppressed with a small calculation capacity. Can be achieved.
  • handle vibration is described as a vibration suppression target.
  • vibrations such as current command values and motor speeds can be similarly applied as vibration suppression targets.
  • a frequency component for which steering wheel vibration is desired to be extracted is extracted from the steering torque, and is based on the Fourier series shown in the following formula 1.
  • the angular frequency ⁇ [rad / s] is set as an angular frequency to be extracted, and a predetermined period is set as T.
  • Equation 2 Equation 2
  • Equation 3 is obtained, and An 2 can be used as an amplitude component.
  • FIG. 4 shows an example of the configuration of the present invention corresponding to FIG. 2.
  • a vibration detection unit 200 that detects the vibration of the steering wheel in a predetermined frequency range based on the steering torque Th to be suppressed
  • a gain setting unit 230 that outputs a gain setting signal GS for changing the gain (Gp, Gi) of the PI control unit 35 is newly added.
  • the gain change of the PI control unit 35 may be either the proportional gain Gp or the integral Gi, or both the proportional gain Gp and the integral gain Gi may be changed.
  • compensation by the compensation signal CM by the compensation signal generator 34 is not essential.
  • the steering torque Th includes a continuous vibration of 10 Hz.
  • the vibration detection unit 200 has a configuration as shown in FIG. 5, for example, and the calculation cycle is, for example, 1 ms.
  • the steering torque Th is input to the bandpass filter (BPF) 201, and the vibration steering torque Tha as a vibration suppression target signal such as a low frequency and high frequency noise component of the offset component is input to the multipliers 204s and 204c.
  • the frequency signal FS is input to a sine wave (sin) generation unit 203 s and a cosine wave (cos) generation unit 203 c, which are respectively sine waves.
  • sin ( ⁇ t) and cosine wave cos ( ⁇ t) are generated.
  • f is a predetermined frequency of 10 Hz.
  • the sine wave sin ( ⁇ t) is input to the multiplication unit 204s
  • the cosine wave cos ( ⁇ t) is input to the multiplication unit 204c.
  • the vibration signal VS from the vibration detection unit 200 is input to the duration determination unit 220, and the duration determination unit 220 outputs a continuation signal CT when the vibration signal VS continues for a predetermined time (for example, 1.5 seconds).
  • the continuation signal CT is input to the gain setting unit 230, and the gain setting unit 230 outputs a gain setting signal GS for changing the proportional gain Gp and the integral gain Gi of the PI control unit 35.
  • the PI control unit 35 performs PI control with the changed new proportional gain Gp and integral gain Gi.
  • the vibration detection unit 200 inputs the steering torque Th (step S1), and the BPF 201 in the vibration detection unit 200 extracts a vibration component having a predetermined frequency (for example, 5 to 20 Hz) (step S2).
  • the cosine wave generator 203c generates a cosine wave cos ( ⁇ t) (step S4).
  • the sine wave sin ( ⁇ t) is input to the multiplication unit 204s, and the cosine wave cos ( ⁇ t) is input to the multiplication unit 204c.
  • the generation order of the sine wave sin ( ⁇ t) and the cosine wave cos ( ⁇ t) is arbitrary, and the cosine wave may be generated first.
  • the multiplication unit 204s multiplies the vibration steering torque Tha subjected to the BPF processing and the sine wave sin ( ⁇ t) (step S10), and the integration unit 205s integrates the multiplication signal Ths (step S11).
  • the integration signal ITs integrated by the integration unit 205s is input to the squaring unit 206s and squared by the squaring unit 206s (step S12).
  • the multiplication unit 204c multiplies the BPF-processed vibration steering torque Tha and the cosine wave cos ( ⁇ t) (step S20), and the integration unit 205c integrates the multiplication signal Thc (step S21).
  • the integration signal ITc integrated by the integration unit 205c is input to the square unit 206c and squared by the square unit 206c (step S22).
  • the order of integration is arbitrary for sine waves and cosine waves, and the cosine wave processing may be performed first.
  • FIG. 9 shows an example of the waveform of the multiplication signal THs of the sine wave sin ( ⁇ t), and the thick line is the cosine wave cos ( ⁇ t).
  • 2 shows an example of the waveform of the multiplication signal THc.
  • FIG. 10 shows an example of a waveform of an integration signal ITs that is an integration result of the multiplication signal THs of the sine wave sin ( ⁇ t) and the multiplication signal THs.
  • the initialization time is 500 ms, and is initialized to 0 every 500 ms. The same applies to the cosine wave cos ( ⁇ t).
  • the square value Ms squared by the square unit 206c and the square value mc squared by the square unit 206c are input to the addition unit 207 and added (step S23), and the integration unit 205c is initialized at the initialization time. It is determined whether or not there is (step S24), and if it is an initialization time, initialization is performed (step S25). Thereafter, if it is not the initialization time, the vibration that is an added value is not initialized.
  • the signal VS is input to the duration determination unit 220, and it is determined whether or not the vibration is continuous (step S30).
  • the continuation signal CT is output, and the gain setting unit 230 outputs the gain setting signal GS based on the continuation signal to change the proportional gain Gp and the integral gain Gi of the PI control unit 35 ( Step S40).
  • Both the change of the proportional gain Gp and the integral gain Gi are changed in the direction of decreasing the gain, and the change may be linear or non-linear, or may be changed gradually.
  • step S30 determines whether the vibration has no continuity and is temporary. If it is determined in step S30 that the vibration has no continuity and is temporary, the process returns to step S1 to repeat the above operation.
  • step S30 is performed according to the flow shown in FIG. 11 in detail.
  • the vibration signal VS which is an added value, is input as the first sampling (y [k]) (step S31) and stored in a memory (not shown) (step S32). Thereafter, the vibration signal VS is input until y [k-2] at the third sampling (step S33), and the three sampling data y [k], y [k-1], y [k-2] are input.
  • the maximum value ymax and the minimum value ymin are determined from the two past values and the current value (step S34), the setting coefficient is set to “a”, and “ymin ⁇ a ⁇ ymax” is determined. Determination is made (step S35).
  • the determination of the first condition is determination of whether or not the three output values are relatively within a certain range.
  • each output value y [k], y [k ⁇ 1], y [k ⁇ 2] is set to a predetermined threshold value yth.
  • a second condition for determining whether the output value is greater than the threshold value yth is determined (step S36), and when each output value y [k], y [k-1], y [k-2] is greater than the threshold value yth, It outputs (step S37) and is complete
  • step S35 if the first condition is not satisfied and “ymin ⁇ a ⁇ ymax”, a return is made.
  • FIG. 12 shows an example of the operation of the integration unit, which is also initialized every 500 ms in this example.
  • the value immediately before the update of the output value y is y [k]
  • the setting coefficient “a” 0.8.
  • the first condition is satisfied.
  • the second condition is also satisfied. For this reason, the 1st condition and the 2nd condition as judgment conditions of continuous vibration are satisfied. Therefore, after 1.5 sec, processing for suppressing vibration is performed, and the vibration of the steering torque converges.
  • the vibration suppression target is described as the steering torque Th.
  • the current command value Iref1 or Iref2 is input to the vibration detection unit 200 and the same control is performed.
  • a similar control may be performed by inputting a motor speed signal based on a rotation sensor (for example, a resolver) connected to the motor 20 to the vibration detection unit 200. It is also possible to simultaneously control the steering torque Th, the current command value Iref1 or Iref2, and the motor speed as vibration suppression targets.
  • the update cycle may be three cycles or more of a certain extraction frequency.
  • a plurality of vibration detection units set to different values may be provided, and when any one of them detects continuous vibration, a continuous vibration detection state may be set.
  • the latest output value may be compared with a value calculated from a past output value by the least square method or the like, and if it is larger than a certain ratio, a continuous vibration detection state may be set. .

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Abstract

計算容量の小さいフーリエ級数の式に基づいてハンドル等の振動抑制対象の振動成分を検出すると共に、所定周波数の振動が所定時間以上継続した場合にのみ、PI制御部のゲインを変更して振動を抑制し、操舵フィーリングを向上した電動パワーステアリング制御装置を提供するために、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値をPI制御し、PI制御された制御指令値によりモータを駆動して操舵をアシスト制御する電動パワーステアリング制御装置において、振動抑制対象の振動を検出して振動信号を出力する振動検出部と、振動信号が所定時間以上継続したときに継続信号を出力する継続時間判定部と、継続信号に基づいてPI制御のゲインを変更するゲイン設定部とを具備し、振動信号の所定周波数及び所定時間以上の継続において、振動抑制対象の振動抑制を行う。

Description

電動パワーステアリング制御装置
 本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値をPI制御し、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制御装置に関し、特にハンドル、電流指令値、モータ速度等の振動抑制対象の振動が所定周波数の範囲内で所定時間以上継続する場合の抑制を図り、操舵フィーリングを向上した電動パワーステアリング制御装置に関する。
 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、ハンドル軸)2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、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)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。
 コントロールユニット30は主としてCPU(MPUやMCU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。
 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Th及び車速センサ12で検出された車速Velは、電流指令値Iref1を演算する電流指令値演算部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Th及び車速Vel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Iref3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(Iref3-Im)が演算され、その偏差Iref4が操舵動作の特性改善のためのPI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回路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。
 また、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。
 更に、PI制御部35は例えば図3に示すように、電流指令値Iref4を比例ゲインGpで比例制御する比例部351と、電流指令値Iref4を積分ゲインGiで積分する積分部352と、比例部351の出力Irefp及び積分部352の出力Irefiを加算して電圧制御指令値Vref(=Irefp+Irefi)を出力する加算部353とで構成されている。
 このような電動パワーステアリング装置のCPU(マイクロコンピュータ等)は、上述のようにPI制御によって、モータを制御するための電圧制御指令値を生成する。PI制御のゲインは、車両の種類毎に適切な値に調整される。
 PI制御のゲインを大きくすると、ノイズ等に起因する異音や振動が発生する。そのため、PI制御のゲインは、振動や異音が発生しないように制限しておく必要があるが、このようにPI制御のゲインを制限すると、電流制御の周波数特性が低下し、操舵補助の応答性を高めるのが困難である。また、PI制御のゲインを十分に低くした場合であってもなお、操舵系の共振周波数付近での振動を完全には回避することができず、必ずしも良好な操舵フィーリングが得られていなかった。
 このような問題を解決するものとして、例えば特開2006-188183号公報(特許文献1)に示される電動パワーステアリング装置が提案されている。即ち、特許文献1の電動パワーステアリング装置は、操作部材の振動を検出する振動検出手段を設け、振動検出手段によって操作部材の振動が検出されたときに、PI制御の比例ゲイン及び積分ゲインのうちの少なくともいずれか一方を低下させるゲイン変更手段を備えている。
特開2006-188183号公報
 しかしながら、特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置では、ハンドル振動抑制のために振動波形の抽出を行っていないため、全周波数範囲に亘って演算処理しなければならないため、処理容量が大きくなってしまう問題がある。また、ハンドル振動波形の抽出を、差分ピークホールド処理等で行っており、ピーク間値が所定の閾値を超えたときに、振動が継続したとしてゲインを変更しているため、ピーク間の計測を正確に行う必要があり、計算容量が大きくなってしまう問題がある。
 また、振動成分としてはハンドルのトルクの他に、電流指令値やモータ速度等の振動もあるが、特許文献1ではこのような振動に対する対策を一切施していない。
 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、計算容量の小さいフーリエ級数の式に基づいてハンドルや電流指令値等の振動抑制対象の振動成分を検出すると共に、所定周波数の振動が所定時間以上継続した場合にのみ、PI制御部のゲインを変更して振動を抑制し、操舵フィーリングを向上した電動パワーステアリング制御装置を提供することにある。
 本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値をPI制御し、PI制御された制御指令値によりモータを駆動して操舵をアシスト制御する電動パワーステアリング制御装置に関し、本発明の上記目的は、振動抑制対象の振動を検出して振動信号を出力する振動検出部と、前記振動信号が所定時間以上継続したときに継続信号を出力する継続時間判定部と、前記継続信号に基づいて前記PI制御のゲインを変更するゲイン設定部とを具備し、前記振動信号の所定周波数及び所定時間以上の継続において、前記振動抑制対象の振動抑制を行うことにより達成される。
 本発明の上記目的は、前記振動検出部が、前記振動抑制対象の所定周波数を抽出するBPFと、正弦波を生成する正弦波生成部と、余弦波を生成する余弦波生成部と、前記BPFで処理された振動抑制対象信号に前記正弦波を乗算する第1乗算部と、前記振動抑制対象信号に前記余弦波を乗算する第2乗算部と、前記第1乗算部からの第1乗算信号を積分する第1積分部と、前記第2乗算部からの第2乗算信号を積分する第2積分部と、前記第1積分部からの第1積分信号を2乗する第1の2乗部と、前記第2積分部からの第2積分信号を2乗する第2の2乗部と、前記第1の2乗部からの第1乗算信号と前記第2の2乗部からの第2乗算信号を加算して前記振動信号を出力する加算部とで構成されていることにより、或いは前記第1積分部及び前記第2積分部が所定周期で初期化されるようになっていることにより、或いは前記BPFが、5~20Hzの振動周波数を抽出することにより、或いは前記振動抑制対象が、前記操舵トルク、前記電流指令値、前記モータのモータ速度であることにより、或いは変更される前記PI制御のゲインが、比例ゲイン又は積分ゲイン、或いは比例ゲイン及び積分ゲインことにより、より効果的に達成される。
 本発明に係る電動パワーステアリング制御装置によれば、BPF(バンドパスフィルタ)を用いて操舵トルク、電流指令値、モータ速度等の振動抑制対象の所定周波数成分のみを抽出し、抽出された周波数成分のみを処理しているので、演算処理の容量を小さくすることが可能である。また、振動継続の判定にフーリエ級数の式をベースにし、ピーク間計測を用いていないため、計算容量が小さくて安価なCPUを利用することができる。
 更に本発明では、所定数の過去値と現在値のサンプリングデータから最小値と最大値を決定し、複数の出力値がある範囲内に収まる第1条件を設定し、その後に、所定時間が継続するか否かを閾値と比較する第2条件を判定しているので、演算を簡易化することができる。
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。 PI制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の構成例を示すブロック図である。 振動検出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一部である。 本発明の動作例を示すフローチャート一部である。 操舵トルクとBPF処理後の操舵トルクの一例を示す波形図である。 三角関数を乗算した後の波形例を示す波形図である。 積分部の出力である積部波形の一例を示す波形図である。 振動の継続性を判定する動作例を示すフローチャートである。 振動の継続性を判定する動作を説明するための図である。
 本発明では、計算容量が小さくて済むフーリエ級数の式をベースにして、ハンドル、電流指令値等の振動抑制対象の振動信号から抑制に必要な振動成分のみを抽出し、振動継続時間が所定時間を超えたときにPI制御のゲイン(比例ゲイン、積分ゲイン)を変更する。本発明によれば、抽出した周波数成分について、振動が所定時間継続したときにのみPI制御のゲインを変更しているので、小さな計算容量で、効率的で経済的に振動抑制対象の振動の抑制を図ることができる。
 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。本実施の形態では、振動抑制対象としてハンドル振動について説明するが、電流指令値やモータ速度等の振動についても同様に振動抑制対象として適用することができる。
 本発明では、ハンドル振動を抑制したい周波数成分を操舵トルクから抽出するが、下記数1に示すフーリエ級数をベースにしている。角周波数ω[rad/s]を抽出したい角周波数とし、所定周期をTとしている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
そして、数1の2/Tを考慮しないと、振幅成分Anを下記数2から求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
また、演算を簡略化するために、数2の平方根を外すと下記数3となり、このAnを振幅成分とすることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 以上を前提にして、本発明を説明する。
図4は本発明の構成例を図2に対応させて示しており、本発明では、振動抑制対象の操舵トルクThに基づいて、ハンドルの振動を所定周波数範囲で検出する振動検出部200と、振動検出部200で検出された振動信号VSに基づいて、振動が所定時間以上継続しているか否かを判定する継続時間判定部220と、継続時間判定部220からの継続信号CTに基づいて、PI制御部35のゲイン(Gp,Gi)を変更するゲイン設定信号GSを出力するゲイン設定部230とが新たに付加されている。PI制御部35のゲイン変更は比例ゲインGp又は積分Giのいずれか一方でも良く、或いは比例ゲインGp及び積分ゲインGiの両方を変更するようにしても良い。
 なお、本発明では、補償信号生成部34による補償信号CMによる補償は、必須のものではない。
 例えば操舵トルクThに10Hzの継続的な振動が含まれているとする。今回、10Hzの継続振動状態を判定する場合を考える。振動検出部200は例えば図5に示すような構成となっており、演算周期は例えば1msである。操舵トルクThはバンドパスフィルタ(BPF)201に入力され、オフセット成分の低周波数と高周波のノイズ成分等の振動抑制対象信号としての振動操舵トルクThaは、乗算部204s及び204cに入力される。発振部202は時間tに従って角周波数ω(=2πf)の周波数信号FSを出力し、周波数信号FSは正弦波(sin)生成部203s及び余弦波(cos)生成部203cに入力され、それぞれ正弦波sin(ωt)及び余弦波cos(ωt)を生成する。なお、fは所定周波数10Hzとする。
 正弦波sin(ωt)は乗算部204sに入力され、振動操舵トルクThaとの乗算値Ths(=Tha・sin(ωt))は積分部205sに入力され、余弦波cos(ωt)は乗算部204cに入力され、振動操舵トルクThaとの乗算値Thc(=Tha・cos(ωt))は積分部205cに入力される。積分部205s及び205cは所定周期(例えば500ms)で積分値=0にリセットされるようになっている。積分部205sからの積分値ITsは2乗部206sに入力されて2乗され、積分部205cからの積分値ITcは2乗部206cに入力されて2乗され、各2乗値Ms及びMcは加算部207に入力されて加算され、加算値(=Ms+Mc)が振動信号VSとして出力される。
 振動検出部200からの振動信号VSは継続時間判定部220に入力され、継続時間判定部220は、振動信号VSが所定時間(例えば1.5秒)継続したときに継続信号CTを出力する。継続信号CTはゲイン設定部230に入力され、ゲイン設定部230は、PI制御部35の比例ゲインGp、積分ゲインGiを変更するゲイン設定信号GSを出力する。PI制御部35は変更された新たな比例ゲインGp、積分ゲインGiでPI制御を実施する。
 振動検出部200、継続時間判定部220、ゲイン設定部230以外の動作は図2と同様であり、その説明は省略する。
 このような構成において、その動作例を図6及び図7のフローチャートを参照して説明する。
 振動検出部200は操舵トルクThを入力し(ステップS1)、振動検出部200内のBPF201は所定周波数(例えば5~20Hz)の振動成分を抽出する(ステップS2)。図8は操舵トルクTh[Nm]と、BPF201でBPF処理された振動抑制対象信号としての振動操舵トルクTha[Nm]との関係を示しており、BPF処理されていることが分かる。ただし、本例では、10Hzの振幅1Nmの振動とし、抽出したい周波数はf=10Hz、BPFは1次LPFが10Hz、1次HPFが10Hzとしている。
 一方、発振部202は角周波数ω(=2πf)の周波数信号FSを発振して正弦波生成部203s及び余弦波生成部203cに入力し、正弦波生成部203sは正弦波sin(ωt)を生成し(ステップS3)、余弦波生成部203cは余弦波cos(ωt)を生成する(ステップS4)。正弦波sin(ωt)は乗算部204sに入力され、余弦波cos(ωt)は乗算部204cに入力される。なお、正弦波sin(ωt)及び余弦波cos(ωt)の生成順序は任意であり、先に余弦波の生成をしても良い。
 乗算部204sはBPF処理された振動操舵トルクThaと正弦波sin(ωt)の乗算を行い(ステップS10)、積分部205sは乗算信号Thsを積分する(ステップS11)。積分部205sで積分された積分信号ITsは2乗部206sに入力され、2乗部206sで2乗される(ステップS12)。同様に、乗算部204cはBPF処理された振動操舵トルクThaと余弦波cos(ωt)の乗算を行い(ステップS20)、積分部205cは乗算信号Thcを積分する(ステップS21)。積分部205cで積分された積分信号ITcは2乗部206cに入力され、2乗部206cで2乗される(ステップS22)。なお、積分の順序は正弦波、余弦波について任意であり、先に余弦波の処理を実施しても良い。
 乗算部204s及び204cでの乗算後の各波形は図9に示すようになり、図9の細線が正弦波sin(ωt)の乗算信号THsの波形例を示し、太線が余弦波cos(ωt)の乗算信号THcの波形例を示している。図10は、正弦波sin(ωt)の乗算信号THsと乗算信号THsの積分結果である積分信号ITsの波形例を示している。本例では初期化時間を500msとしており、500ms毎に0に初期化されている。余弦波cos(ωt)についても同様である。
 2乗部206cで2乗された2乗値Ms及び2乗部206cで2乗された2乗値mcは加算部207に入力されて加算され(ステップS23)、積分部205cが初期化時間であるか否かを判定し(ステップS24)、初期化時間であれば初期化を行い(ステップS25)、その後に、また、初期化時間でない場合には初期化することなく、加算値である振動信号VSが継続時間判定部220に入力され、振動が継続性あるものか否かが判定される(ステップS30)。振動が継続性ある場合には継続信号CTを出力し、ゲイン設定部230は継続信号に基づいてゲイン設定信号GSを出力して、PI制御部35の比例ゲインGp、積分ゲインGiを変更する(ステップS40)。比例ゲインGp、積分ゲインGiの変更はいずれもゲインを下げる方向に変更し、変更は線形であっても非線形であっても良く、徐変で変更しても良い。
 一方、上記ステップS30において、振動に継続性がなく一時的と判定された場合には、上記ステップS1にリターンして上記動作を繰り返す。
 上記ステップS30の判定動作は、詳細には図11に示すフローに従って実施される。
 先ず加算値である振動信号VSを1サンプリング目(y[k])として入力し(ステップS31)、メモリ(図示せず)に記憶する(ステップS32)。その後、3サンプリング目のy[k-2]となるまで振動信号VSを入力し(ステップS33)、3サンプリングデータy[k]、y[k-1]、y[k-2]が入力された段階で、2つの過去値と現在値の中から最大値ymax及び最小値yminを決定し(ステップS34)、設定係数を“a”とし、“ymin≧a・ymax”であるか否かを判定する(ステップS35)。この第1条件の判定は、3つの出力値が相対的に、ある範囲内にあるかどうかの判別である。
 上記ステップS35の第1条件の判定において、“ymin≧a・ymax”である場合には、各出力値y[k]、y[k-1]、y[k-2]が所定の閾値ythより大きいか否かの第2条件を判定し(ステップS36)、各出力値y[k]、y[k-1]、y[k-2]が閾値ythより大きいときに、継続信号CTを出力して(ステップS37)終了となる。
 上記ステップS35の第1条件の判定において、第1条件が成立せず“ymin<a・ymax”である場合にはリターンとなり、また、上記ステップS36の第2条件の判定において、出力値y[k]、y[k-1]、y[k-2]のいずれか1つでも閾値yth以下である場合にはリターンとなる。なお、本例では3サンプリングデータに基づいて処理しているが、過去値のサンプリング数は任意である。
 図12は積分部の動作例を示しており、本例でも500ms毎に初期化されている。出力値yの更新直前の値をy[k]、閾値をyth=0.01とし、設定係数“a”=0.8である。そして、1.5sec時のy[k]=y[3]=0.0159、y[k-1]=y[2]=0.0159、y[k-2]=y[1]=0.0149である。そして、本例ではymax=0.0159、ymin=0.0149であるため、第1条件を満たしている。更に各値はいずれも閾値ythよりも大きいため、第2条件も満たしている。このため、継続振動の判定条件としての第1条件及び第2条件が満たされる。よって、1.5sec以降において、振動を抑制するための処理を行い、操舵トルクの振動が収束している。
 上述の実施形態では振動抑制対象を操舵トルクThとして説明したが、電流指令値の振動を抑制する場合には、電流指令値Iref1若しくはIref2を振動検出部200に入力して同様の制御を行えば良く、モータ速度の振動を抑制する場合には、モータ20に接続された回転センサ(例えばレゾルバ)等に基づくモータ速度信号を振動検出部200に入力して同様の制御を行えば良い。また、操舵トルクTh、電流指令値Iref1若しくはIref2、モータ速度を振動抑制対象として同時に制御することも可能である。
 なお、更新周期は、ある抽出周波数の3周期以上でも良い。また、振動検出部は、異なる値に設定したものを複数設け、いずれか1つが継続振動を検出した場合に、継続振動検出状態となるようにしても良い。更に、継続振動の検出においては、最新の出力値が過去の出力値から最小二乗法などで算出した値と比較し、ある割合よりも大きい場合には継続振動検出状態となるようにしても良い。
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)
10         トルクセンサ
12         車速センサ
20         モータ
30         コントロールユニット(ECU)
31         電流指令値演算部
33         電流制限部
35         PI制御部
36         PWM制御部
37         インバータ回路
200        振動検出部
201        バンドパスフィルタ(BPF)
202        発振部 
203s       正弦波生成部
203c       余弦波生成部
204s、204c  乗算部
205s、205c  積分部
206s、206c  2乗部
220        継続時間判定部
230        ゲイン設定部

Claims (7)

  1. 少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値をPI制御し、PI制御された制御指令値によりモータを駆動して操舵をアシスト制御する電動パワーステアリング制御装置において、
    振動抑制対象の振動を検出して振動信号を出力する振動検出部と、
    前記振動信号が所定時間以上継続したときに継続信号を出力する継続時間判定部と、
    前記継続信号に基づいて前記PI制御のゲインを変更するゲイン設定部と、
    を具備し、
    前記振動信号の所定周波数及び所定時間以上の継続において、前記振動抑制対象の振動抑制を行うことを特徴とする電動パワーステアリング制御装置。
  2. 前記振動検出部が、
    前記振動抑制対象の所定周波数を抽出するBPFと、
    正弦波を生成する正弦波生成部と、
    余弦波を生成する余弦波生成部と、
    前記BPFで処理された振動抑制対象信号に前記正弦波を乗算する第1乗算部と、
    前記振動抑制対象信号に前記余弦波を乗算する第2乗算部と、
    前記第1乗算部からの第1乗算信号を積分する第1積分部と、
    前記第2乗算部からの第2乗算信号を積分する第2積分部と、
    前記第1積分部からの第1積分信号を2乗する第1の2乗部と、
    前記第2積分部からの第2積分信号を2乗する第2の2乗部と、
    前記第1の2乗部からの第1乗算信号と前記第2の2乗部からの第2乗算信号を加算して前記振動信号を出力する加算部と、
    で構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング制御装置。
  3. 前記第1積分部及び前記第2積分部が所定周期で初期化され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ステアリング制御装置。
  4. 前記BPFが、5~20Hzの振動周波数を抽出する請求項2又は3に記載の電動パワーステアリング制御装置。
  5. 前記振動抑制対象が、前記操舵トルク、前記電流指令値、前記モータのモータ速度である請求項1乃至4のいずれかに記載の電動パワーステアリング制御装置。
  6. 変更される前記PI制御のゲインが、比例ゲイン又は積分ゲインである請求項1乃至5のいずれかに記載の電動パワーステアリング制御装置。
  7. 変更される前記PI制御のゲインが、比例ゲイン及び積分ゲインである請求項1乃至5のいずれかに記載の電動パワーステアリング制御装置。
     
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