WO2016174829A1 - 電動パワーステアリング制御装置 - Google Patents

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power steering
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雄一 南口
資章 片岡
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株式会社デンソー
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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 disclosure relates to an electric power steering control device that assists a steering operation by a driver with a motor.
  • the vibration when the detection period of the steering torque that can be acquired when the torque sensor is abnormal is greatly reduced, the vibration may not be sufficiently suppressed only by the damping torque set based on the steering angular velocity. In some cases, the control system may become unstable.
  • an object of the present disclosure is an electric power steering control device that assists a steering operation by a driver with a motor, and can further stabilize a control system when a torque sensor is abnormal.
  • An object of the present invention is to provide an electric power steering control device.
  • An assist torque calculation unit that calculates an assist torque for approaching the target torque, a motor drive unit that drives a motor acting on a steering system mechanism that displaces the steering angle of the vehicle according to the assist torque, and a torque that detects the steering torque
  • the followability change that lowers the followability when the assist torque calculation unit brings the steering torque closer to the target torque than when the abnormality of the torque sensor is not detected.
  • the follow-up performance when bringing the steering torque closer to the target torque is improved even if the detection period and detection accuracy of the steering torque are lower than when the torque sensor is normal.
  • the vibration can be suppressed and the control system can be stably operated.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of an electric power steering control device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of a control mechanism of the ECU.
  • FIG. 3 is a graph showing the difference between the actual steering torque and the sampled steering torque.
  • FIG. 4 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of the controller unit according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a graph showing a change example of the control gain in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a graph showing the effect of the present disclosure, FIG.
  • FIG. 7 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of a controller unit according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a characteristic diagram showing the frequency characteristics of the filter.
  • FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of a controller unit according to another embodiment.
  • FIG. 10 is a graph illustrating an example of changing the control gain according to another embodiment of the present disclosure.
  • the electric power steering control device 1 of this embodiment is mounted on a vehicle such as a passenger car, and assists the operation of the handle 2 by a driver with a motor 6 as shown in FIG.
  • the handle 2 is fixed to one end of the steering shaft 3, and a torque sensor 4 is connected to the other end of the steering shaft 3, and an intermediate shaft 5 is connected to the other end of the torque sensor 4.
  • the entire shaft body from the steering shaft 3 through the torque sensor 4 to the intermediate shaft 5 is also collectively referred to as a handle shaft.
  • the torque sensor 4 is a sensor for detecting the steering torque Ts. Specifically, a torsion bar that connects the steering shaft 3 and the intermediate shaft 5 is provided, and a torque applied to the torsion bar is detected based on a twist angle of the torsion bar.
  • the motor 6 assists the steering force of the handle 2 and its rotation is transmitted to the intermediate shaft 5 via the speed reduction mechanism 6a.
  • the speed reduction mechanism 6a is constituted by a worm gear provided at the tip of the rotating shaft of the motor 6 and a worm wheel provided coaxially with the intermediate shaft 5 in mesh with the worm gear.
  • the rotation of the motor 6 is transmitted to the intermediate shaft 5.
  • the intermediate shaft 5 is rotated by the operation of the handle 2 or the reaction force from the road surface (road surface reaction force)
  • the rotation is transmitted to the motor 6 via the speed reduction mechanism 6a, and the motor 6 is also rotated. It will be.
  • the motor 6 is configured as a brushless motor, for example, and includes a rotation sensor such as a resolver, and is configured to output the rotation state of the motor 6.
  • the motor 6 of the present embodiment is configured to be capable of outputting at least the motor speed ⁇ (information indicating the rotational angular speed) as the rotational state from the rotation sensor.
  • the other end of the intermediate shaft 5 opposite to the end to which the torque sensor 4 is connected is connected to the steering gear box 7.
  • the steering gear box 7 is configured by a gear mechanism including a rack and a pinion gear, and the rack teeth mesh with a pinion gear provided at the other end of the intermediate shaft 5. Therefore, when the driver turns the handle 2, the intermediate shaft 5 rotates (that is, the pinion gear rotates), thereby moving the rack to the left and right.
  • Tie rods 8 are attached to both ends of the rack, and the tie rods 8 reciprocate left and right together with the rack. Accordingly, the tie rod 8 pulls or pushes the knuckle arm 9 ahead, thereby changing the direction of each tire 10 that is a steered wheel.
  • the Electronic Control Unit (ECU) 15 is operated by electric power from a vehicle battery (not shown), the steering torque Ts detected by the torque sensor 4, the motor speed ⁇ of the motor 6, and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 11. Based on V, an assist torque command Ta is calculated. Then, by applying a driving voltage Vd corresponding to the calculation result to the motor 6, the assist amount of the force that the driver turns the steering wheel 2 (and the force that steers both the tires 10) is controlled.
  • the drive voltage Vd output (applied) from the ECU 15 to the motor 6 is specifically the three-phase (U, V, W) drive voltages Vdu, Vdv, Vdw. is there.
  • the rotation of the motor 6 is controlled by applying the drive voltages Vdu, Vdv, Vdw of each phase from the ECU 15 to the motor 6 (energizing the drive current of each phase). Since a method for driving a brushless motor with a three-phase drive voltage (for example, PWM drive) and a drive circuit for generating the three-phase drive voltage (for example, a three-phase bipolar drive circuit) are well known, the details are described here. Description is omitted.
  • the ECU 15 controls the motor 6 by directly controlling the drive voltage Vd applied to the motor 6, but the steering system mechanism 100 driven by the motor 6 as a result by controlling the motor 6. Therefore, the control target of the ECU 15 can be said to be the steering system mechanism 100.
  • the steering system mechanism 100 indicates the entire mechanism excluding the ECU 15 in the system configuration diagram shown in FIG. 1, that is, the entire mechanism that transmits the steering force of the handle 2 from the handle 2 to each tire 10.
  • FIG. 2 shows various functions realized by the CPU divided into functional blocks.
  • the control mechanisms shown in these figures are realized by software, and the whole or a part of the control mechanism shown in FIG. 2 or the like is realized by hardware such as a logic circuit. Needless to say, it may be.
  • the ECU 15 includes a base assist unit 20, a correction unit 30, an adder 41, a current FB unit 42, an abnormality determination unit 40, and a steering torque calculation unit 45.
  • the base assist unit 20 generates a base assist command Tb * .
  • the base assist unit 20 realizes the characteristic of the steering reaction force (steering torque) according to the road surface reaction force (road surface load), that is, the reaction (reaction force) corresponding to the road surface load is transmitted quasi-steadily to the driver. This is a block for realizing that the driver can easily grasp the state of the vehicle and the state of the road surface.
  • the base assist unit 20 includes a load estimator 21, a target generation unit 22, a deviation calculator 23, and a controller unit 24. That is, the base assist unit 20 is based on the steering torque Ts, and assists the operation of the steering wheel 2 so that the steering torque Ts changes according to the road load applied to each tire 10 from the road surface. Tb * is generated.
  • the load estimator 21 estimates the road load based on the base assist command Tb * and the steering torque Ts.
  • the target generator 22 generates a target steering torque Ts * , which is a target value of the steering torque, based on the road surface load (estimated load Tx) estimated by the load estimator 21.
  • the deviation calculator 23 calculates a torque deviation ⁇ Ts that is a difference between the steering torque Ts and the target steering torque Ts * . Then, based on the torque deviation ⁇ Ts, the controller unit 24 performs assist steering so that the torque deviation ⁇ Ts becomes zero, that is, generates assist steering force (also referred to as assist torque or assist amount) according to the road load.
  • assist steering force also referred to as assist torque or assist amount
  • the base assist command Tb * generated in this way is a torque command for generating an assist steering force according to the road load, even if the base assist command Tb * is input to the current FB unit 42, It is possible to realize a characteristic of the steering reaction force according to at least the road surface load.
  • the correction unit 30 generates a correction torque command Tr.
  • the correction unit 30 realizes operation stability (vehicle motion characteristics) as a whole vehicle, that is, suppresses unstable behavior (vibrational behavior, etc.) transmitted to the steering wheel when the behavior of the vehicle becomes unstable.
  • the torque correction unit 31 generates a correction torque command Tr for suppressing (converging) the above-described unstable behavior based on the steering torque Ts and the motor speed ⁇ .
  • the adder 41 generates an assist torque command Ta by adding the base assist command Tb * and the correction torque command Tr. That is, the assist torque command Ta is generated by the adder 41 adding the base assist command Tb * generated by the base assist unit 20 and the correction torque command Tr generated by the correction unit 30.
  • the current FB section 42 energizes and drives the motor 6 by applying a drive voltage Vd to the motor 6 based on the assist torque command Ta. That is, the current FB unit 42 applies the drive voltage Vd to the motor 6 so that a torque (assist steering force) corresponding to the assist torque command Ta is applied to the handle shaft (particularly on the tire 10 side with respect to the torque sensor 4). . Specifically, a target current (target current for each phase) to be energized to each phase of the motor 6 is set based on the assist torque command Ta.
  • the energization current value Im of each phase is detected and fed back, and the drive voltage Vd is controlled (the energization current is controlled) so that the detected value (the energization current Im of each phase) matches the target current.
  • the drive voltage Vd is controlled (the energization current is controlled) so that the detected value (the energization current Im of each phase) matches the target current.
  • the abnormality determination unit 40 detects an abnormality of the torque sensor 4 by monitoring a signal from the torque sensor 4.
  • the abnormality determination unit 40 determines that the torque sensor 4 is abnormal, for example, when a signal from the torque sensor 4 cannot be obtained within a preset reference time or when the signal value does not change.
  • the abnormality determination unit 40 inputs the steering torque Ts detected by the torque sensor 4 to the controller unit 24 when there is no abnormality in the torque sensor 4.
  • the steering torque calculation unit 45 performs steering using the signal of the torque sensor in which no abnormality has occurred in the case where a plurality of systems of torque sensors are mounted. Torque is detected. At this time, as shown in FIG. 3, since it takes time to monitor the torque sensor in which an abnormality has occurred, the detection cycle (sampling cycle) of the steering torque may be coarser than when it is normal. On the other hand, in a configuration in which only one torque sensor is mounted, the steering torque calculator 45 estimates the steering torque from a yaw rate signal that is another signal from the yaw rate sensor 12 and the like.
  • the steering torque detection period (sampling period) becomes coarser than in the normal case as in the previous example.
  • the assist torque calculated based on the steering torque is affected.
  • the vibration of the control system increases as compared with the normal time.
  • the torque detection period is greatly reduced, the control system becomes unstable, which may adversely affect the electric power steering.
  • the abnormality determination unit 40 has a followability when the controller unit 24 brings the steering torque closer to the target torque when the abnormality of the torque sensor 4 is detected than when the abnormality of the torque sensor 4 is not detected.
  • the change command CH for lowering is output. That is, when the sampling period of the steering torque Ts becomes rough, the control system is likely to become unstable, but the control system is prevented from becoming unstable by reducing the followability when the steering torque is brought close to the target torque. .
  • the controller unit 24 includes a characteristic determiner 25 as shown in FIG.
  • the characteristic determiner 25 determines the control characteristic by adding a PID gain to the torque deviation ⁇ Ts.
  • the characteristic determiner 25 is a well-known example that realizes a control structure based on a mathematical expression obtained by performing a bilinear transformation for discretization of a mathematical expression representing general Proportional-Integral-Differential (PID) control. belongs to.
  • the characteristic determiner 25 includes a proportional gain applier 251, an integral gain applier 252, and a differential gain applier 253.
  • the proportional gain adder 251 gives a gain Kp to the proportional value component proportional to the deviation ⁇ Ts.
  • the integral gain assigner 252 gives a gain Ki to the integral value component used for the integration of the deviation ⁇ Ts.
  • the differential gain adder 253 gives the gain Kd to the differential value component obtained by differentiating the deviation ⁇ Ts.
  • the gains of these gain applicators 251 to 253 are set according to the change command CH from the abnormality determination unit 40. Specifically, as shown in FIG. 5A, for example, the proportional gain Kpa set when the torque sensor 4 is abnormal is set to a smaller value than the proportional gain Kp set when the torque sensor 4 is normal. Is set. Similarly, the integral gain Kia set when the torque sensor 4 shown in FIG. 5B is abnormal and the differential gain Kda shown in FIG. 5C are similarly set to the integral gain set when the torque sensor 4 is normal. It is set to a small value with respect to Ki and the differential gain Kd.
  • the followability when bringing the steering torque close to the target torque increases as the gain applied by the gain appliers 251 to 323 increases, and decreases as the gain decreases. That is, when an abnormality of the torque sensor 4 is detected, the followability is reduced.
  • the load estimator 21 and the target generation unit 22 calculate a target torque based on a steering torque that is an axial torque applied to a handle shaft that rotates during steering in the vehicle. . Further, the controller unit 24 calculates an assist torque for bringing the steering torque close to the target torque according to the deviation between the target torque and the steering torque. Further, the current FB unit 42 drives the motor 6 acting on the control object 100 that displaces the steering angle of the vehicle according to the assist torque. Moreover, the abnormality determination part 40 detects abnormality of the torque sensor 4 which detects steering torque.
  • the abnormality determination unit 40 has more followability when the controller unit 24 brings the steering torque closer to the target torque when the abnormality of the torque sensor 4 is detected than when the abnormality of the torque sensor 4 is not detected. Reduce.
  • the abnormality determination unit 40 changes the control gain used when the controller unit 24 calculates the assist torque when the abnormality of the torque sensor 4 is detected, thereby following the tracking. Reduce.
  • the control system can be stably operated with a simple configuration for changing the control gain.
  • the configuration for changing the control gain in the electric power steering control device 1 is configured as a PID controller.
  • the controller since the controller is configured as a PID controller, the control gain can be easily changed.
  • the characteristics of the controller are changed using the filters 251F, 252F, and 253F.
  • the characteristic determiner 25 of the controller unit 24 includes filters 251F, 252F, and 253F and switches 251S, 252S, and 253S.
  • the wiring on the output side of the proportional gain applier 251 is branched into two systems, one system is directly connected to a certain terminal in the switch 251S, and the other system is connected to the switch 251S via the filter 251F. Connected to other terminals.
  • the filter 252F and the switch 252S are arranged on the output side of the integral gain applier 252 and the filter 253F and the switch 253S are arranged on the output side of the differential gain applier 253.
  • the abnormality determination part 40 switches the contact by each switch 251S, 252S, 253S by sending change command CH with respect to each switch 251S, 252S, 253S according to the presence or absence of abnormality of the torque sensor 4. That is, when no abnormality of the torque sensor 4 is detected, the switches 251F, 252F, and 253F are provided on the contact side where the filters 251F, 252F, and 253F do not exist so that the outputs from the applicators 251, 252, and 253 are not passed through the filters 251F, 252F, and 253F. The contact by 251S, 252S, 253S is switched. Further, when an abnormality of the torque sensor 4 is detected, the switches 251S, 252S, The contact by 253S is switched.
  • the filters 251F, 252F, and 253F are set to frequency characteristics as shown in FIG. 8, for example. That is, the filters 251F, 252F, and 253F are configured as secondary phase compensation filters. These filters 251F, 252F, and 253F are set to have the smallest gain at the resonance frequency of the controlled object (steering system mechanism) 100 and have a function of compensating for the phase delay at the same time.
  • the abnormality determination unit 40 uses the filter 251F for the controller used when the abnormality of the torque sensor 4 is not detected when the abnormality of the torque sensor 4 is detected. , 252F and 253F are inserted in series to change the characteristics of the controller.
  • the filters 251F, 252F, and 253F are configured as secondary phase compensation filters for phase compensation.
  • the secondary phase compensation filters 251F, 252F, and 253F are used as the filters 251F, 252F, and 253F for the controller, the attenuation at the resonance frequency is increased and the phase delay is compensated. can do.
  • the ECU 15 corresponds to the electric power steering control device referred to in the present disclosure.
  • generation part 22 are equivalent to the target torque calculating part said by this indication, and the controller part 24 is equivalent to the assist torque calculating part said by this indication.
  • the current FB unit 42 corresponds to a motor driving unit in the present disclosure
  • the abnormality determination unit 40 corresponds to a followability changing unit in the present disclosure
  • the abnormality determination unit 40 and the steering torque calculation unit 45 correspond to the steering torque calculation unit in the present disclosure.
  • the electric power steering control device includes a target torque calculation unit, an assist torque calculation unit, a motor drive unit, and a followability change unit.
  • the target torque calculation unit calculates a target torque based on the steering state of the steering, the vehicle, the driver, and the like.
  • the assist torque calculation unit calculates an assist torque for bringing the steering torque closer to the target torque according to the deviation between the target torque and the steering torque.
  • the motor drive unit drives a motor that acts on a steering system mechanism that displaces the steering angle of the vehicle according to the assist torque.
  • the steering torque calculation unit detects an abnormality of the torque sensor that detects the steering torque, and when the abnormality is detected, no abnormality has occurred in a configuration in which a plurality of torque sensors are mounted.
  • the steering torque is acquired from the signal of the torque sensor on the side, and the assist torque calculator is operated using the acquired steering torque.
  • the steering torque is estimated from another signal without using the torque sensor signal, and the assist torque is calculated using the estimated steering torque with respect to the calculation unit.
  • the followability changing unit reduces the followability when the assist torque calculation unit brings the steering torque closer to the target torque than when the torque sensor abnormality is not detected.
  • a system including the electric power steering control apparatus as a constituent element, a program for causing a computer to function as the electric power steering control apparatus, a medium storing the program, and an electric power steering control method can also be realized in various forms.
  • the abnormality determination unit 40 may switch and use controllers having different control gains depending on whether or not an abnormality of the torque sensor 4 is detected.
  • the characteristic determiner 25 of the controller unit 24 includes an abnormality gain applicator 251CH, 252CH, 253CH.
  • the abnormality gain applicators 251CH, 252CH, and 253CH are arranged in parallel with the gain applicators 251, 252, and 253, respectively, and the gain applicator is selected by the switches 251S, 252S, and 253S. It is configured to be able to.
  • the gain applicators 251CH, 252CH, and 253CH for abnormal times are set so that the gain is smaller than the gain applicators 251, 252, and 253 described above. Then, when there is no abnormality in the torque sensor 4, the abnormality determination unit 40 connects contacts to the above-described gain appliers 251, 252, and 253, and when the torque sensor is abnormal, the abnormality gain applicator 251CH, Contacts are connected to 252CH and 253CH.
  • control gain can be changed by changing the controller to be used.
  • the abnormality determination unit 40 instantaneously changes the control gain from the pre-change gain to the target gain when an abnormality of the torque sensor 4 is detected. It may be changed. Specifically, as shown in FIGS. 10A, 10B, and 10C, when the abnormality of the torque sensor 4 is detected, the control gain is changed so that the target gain is reached after ⁇ T seconds. Change gradually from gain.

Abstract

ドライバによるハンドル操作をモータ(6)によってアシストする電動パワーステアリング制御装置(15)は、操舵トルクの目標値を演算する目標トルク演算部(21、22)と、目標トルクと操舵トルクとの偏差に応じて操舵トルクを目標トルクに近づけるためのアシストトルクを演算するアシストトルク演算部(24)と、車両の操舵角を変位させる操舵系メカ(100)に作用するモータをアシストトルクに応じて駆動させるモータ駆動部(42)と、操舵トルクを検知するトルクセンサの異常を検知し、該異常を検知した際に、トルクセンサの異常が検知されていないときよりも、アシストトルク演算部が操舵トルクを目標トルクに近づける際の追従性を低下させる追従性変更部(40)と、を備える。

Description

電動パワーステアリング制御装置 関連出願の相互参照
 本出願は、2015年4月30日に出願された日本特許出願番号2015-092976号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、ドライバによるハンドル操作をモータによってアシストする電動パワーステアリング制御装置に関する。
 上記の電動パワーステアリング制御装置として、操舵トルクを検知するトルクセンサの検知結果に基づいて基本制御量を演算し、トルクセンサの異常時にトルクセンサを用いない構成で操舵トルクを推定するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この電動パワーステアリング制御装置では、トルクセンサの異常時に、別の信号から推定した推定操舵トルクに基づいて基本制御量を演算するが、取得できる推定操舵トルクの検出周期がトルクセンサの検出周期よりも粗い場合、検出周期の低下(検出周期が長くなること)によってトルク振動が増加する。このような課題に対して、特許文献1では基本制御量から操舵角に基づいて設定されるダンピングトルクを減算することで制御系を安定化させる。
特開2014-141173号公報
 上記電動パワーステアリング制御装置では、トルクセンサ異常時に取得できる操舵トルクの検出周期が大きく低下するような場合、操舵角速度に基づいて設定されるダンピングトルクだけでは、振動を十分に抑制できないことがある。また場合によっては制御系が不安定になることがある。
 本開示は、上記点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ドライバによるハンドル操作をモータによってアシストする電動パワーステアリング制御装置であって、トルクセンサの異常時に、より制御系を安定化できるようにする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。
 本開示の一態様によるドライバによるハンドル操作をモータによってアシストする電動パワーステアリング制御装置は、操舵トルクの目標値を演算する目標トルク演算部と、目標トルクと操舵トルクとの偏差に応じて操舵トルクを目標トルクに近づけるためのアシストトルクを演算するアシストトルク演算部と、車両の操舵角を変位させる操舵系メカに作用するモータをアシストトルクに応じて駆動させるモータ駆動部と、操舵トルクを検知するトルクセンサの異常を検知し、該異常を検知した際に、トルクセンサの異常が検知されていないときよりも、アシストトルク演算部が操舵トルクを目標トルクに近づける際の追従性を低下させる追従性変更部と、を備える。
 このような電動パワーステアリング制御装置によれば、トルクセンサの異常時において正常時と比較して操舵トルクの検出周期や検出精度が低下しても、操舵トルクを目標トルクに近づける際の追従性を低下させることで振動を抑制することができ、制御系を安定に動作させることができる。
 本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、本開示の一実施形態の電動パワーステアリング制御装置の概略構成を表す構成図であり、 図2は、ECUの制御機構の概略構成を表す構成図であり、 図3は、実際の操舵トルクとサンプリングされた操舵トルクとの相違を示すグラフであり、 図4は、本開示の第1実施形態のコントローラ部の概略構成を表す構成図であり、 図5は、第1実施形態における制御ゲインの変更例を示すグラフであり、 図6は、本開示の効果を示すグラフであり、 図7は、本開示の第2実施形態のコントローラ部の概略構成を表す構成図であり、 図8は、フィルタの周波数特性を表す特性図であり、 図9は、その他の実施形態のコントローラ部の概略構成を表す構成図であり、 図10は、本開示のその他実施形態における制御ゲインの変更例を示すグラフである。
以下に、本開示の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
 (第1実施形態)
 本実施形態の電動パワーステアリング制御装置1は、乗用車等の車両に搭載されており、図1に示すように、ドライバによるハンドル2の操作をモータ6によってアシストするものである。ハンドル2は、ステアリングシャフト3の一端に固定され、ステアリングシャフト3の他端にはトルクセンサ4が接続されており、このトルクセンサ4の他端には、インターミディエイトシャフト5が接続されている。なお、以下の説明では、ステアリングシャフト3からトルクセンサ4を経てインターミディエイトシャフト5に至る軸体全体を、まとめてハンドル軸ともいう。
 トルクセンサ4は、操舵トルクTsを検出するためのセンサである。具体的には、ステアリングシャフト3とインターミディエイトシャフト5とを連結するトーションバーを有し、このトーションバーのねじれ角に基づいてそのトーションバーに加えられているトルクを検出する。
 モータ6は、ハンドル2の操舵力をアシスト(補助)するものであり、減速機構6aを介してその回転がインターミディエイトシャフト5に伝達される。すなわち、減速機構6aは、モータ6の回転軸の先端に設けられたウォームギアと、このウォームギアと噛み合った状態でインターミディエイトシャフト5に同軸状に設けられたウォームホイールとにより構成されており、これにより、モータ6の回転がインターミディエイトシャフト5に伝達される。逆に、ハンドル2の操作や路面からの反力(路面反力)によってインターミディエイトシャフト5が回転されると、その回転が減速機構6aを介してモータ6に伝達され、モータ6も回転されることになる。
 また、モータ6は、例えばブラシレスモータとして構成されており、内部にレゾルバ等の回転センサを備え、モータ6の回転状態を出力可能に構成されている。本実施形態のモータ6は、回転センサからの回転状態として、少なくともモータ速度ω(回転角速度を示す情報)を出力可能に構成されている。
 インターミディエイトシャフト5における、トルクセンサ4が接続された一端とは反対側の他端は、ステアリングギアボックス7に接続されている。ステアリングギアボックス7は、ラックとピニオンギアからなるギア機構にて構成されており、インターミディエイトシャフト5の他端に設けられたピニオンギアに、ラックの歯が噛み合っている。そのため、ドライバがハンドル2を回すと、インターミディエイトシャフト5が回転(すなわちピニオンギアが回転)し、これによりラックが左右に移動する。ラックの両端にはそれぞれタイロッド8が取り付けられており、ラックとともにタイロッド8が左右の往復運動を行う。これにより、タイロッド8がその先のナックルアーム9を引っ張ったり押したりすることで、操舵輪である各タイヤ10の向きが変わる。
 このような構成により、ドライバがハンドル2を回転(操舵)させると、その回転がステアリングシャフト3、トルクセンサ4、およびインターミディエイトシャフト5を介してステアリングギアボックス7に伝達される。そして、ステアリングギアボックス7内で、インターミディエイトシャフト5の回転がタイロッド8の左右移動に変換され、タイロッド8が動くことによって、左右の両タイヤ10が操舵される。
 Electronic Control Unit(ECU)15は、図示しない車載バッテリからの電力によって動作し、トルクセンサ4にて検出された操舵トルクTs、モータ6のモータ速度ω、および車速センサ11にて検出された車両速度Vに基づいて、アシストトルク指令Taを演算する。そして、その演算結果に応じた駆動電圧Vdをモータ6へ印加することにより、ドライバがハンドル2を回す力(延いては両タイヤ10を操舵する力)のアシスト量を制御するものである。
 本実施形態ではモータ6がブラシレスモータであるため、ECU15からモータ6へ出力(印加)される駆動電圧Vdは、詳しくは、3相(U,V,W)の駆動電圧Vdu,Vdv,Vdwである。ECU15からモータ6へこれら各相の駆動電圧Vdu,Vdv,Vdwを印加(各相の駆動電流を通電)することで、モータ6の回転が制御される。ブラシレスモータを3相の駆動電圧で駆動(例えばPWM駆動)する方法やその3相の駆動電圧を生成する駆動回路(例えば3相バイポーラ駆動回路)についてはよく知られているため、ここではその詳細説明は省略する。
 ECU15は、直接的にはモータ6へ印加する駆動電圧Vdを制御することによりモータ6を制御するものであるが、モータ6を制御することで結果としてそのモータ6により駆動される操舵系メカ100を制御するものであるといえ、よってECU15の制御対象はこの操舵系メカ100であるといえる。なお、操舵系メカ100は、図1に示したシステム構成図のうちECU15を除く機構全体、すなわちハンドル2から各タイヤ10に至る、ハンドル2の操舵力が伝達される機構全体を示す。
 次に、ECU15の概略構成(制御機構)について、図2のブロック図を用いて説明する。なお、図2に示したECU15の制御機構のうち、電流フィードバック(FB)部42を除く各部、および電流FB部42の機能の一部は、実際には、ECU15が備える図示しないCPUが所定の制御プログラムを実行することによって実現されるものである。つまり、CPUによって実現される各種機能を機能ブロック毎に分けて図示したものが図2である。ただし、これら各図に示した制御機構がソフトウェアにて実現されることはあくまでも一例であり、図2等に示した制御機構全体または一部を例えばロジック回路等のハードウェアにて実現するようにしてもよいことはいうまでもない。
 ECU15は、図2に示すように、ベースアシスト部20と、補正部30と、加算器41と、電流FB部42と、異常判定部40と、操舵トルク演算部45とを備えている。ベースアシスト部20は、ベースアシスト指令Tbを生成する。ベースアシスト部20は、路面反力(路面負荷)に応じた操舵反力(操舵トルク)の特性の実現、すなわち路面負荷に対応した反応(反力)が準定常的にドライバへ伝達されるようにすることで車両の状態や路面の状態をドライバが把握しやすくなるようにすることを実現するためのブロックである。
 ベースアシスト部20は、負荷推定器21と、目標生成部22と、偏差演算器23と、コントローラ部24とを備えている。すなわち、このベースアシスト部20は、操舵トルクTsに基づき、その操舵トルクTsが路面から各タイヤ10に加えられる路面負荷に応じて変化するようにハンドル2の操作をアシストするための、ベースアシスト指令Tbを生成するものである。
 負荷推定器21は、ベースアシスト指令Tbと操舵トルクTsに基づいて路面負荷を推定する。目標生成部22は、負荷推定器21にて推定された路面負荷(推定負荷Tx)に基づいて、操舵トルクの目標値である目標操舵トルクTsを生成する。偏差演算器23は、操舵トルクTsと目標操舵トルクTsとの差であるトルク偏差ΔTsを演算する。そして、そのトルク偏差ΔTsに基づき、コントローラ部24が、トルク偏差ΔTsが0になるよう、すなわち路面負荷に応じたアシスト操舵力(アシストトルクまたはアシスト量ともいう)を発生させるための、そのアシスト操舵力を示すベースアシスト指令Tbを生成する。
 このようにして生成されたベースアシスト指令Tbは、路面負荷に応じたアシスト操舵力を発生させるためのトルク指令であるため、このベースアシスト指令Tbを電流FB部42に入力するだけでも、少なくとも路面負荷に応じた操舵反力の特性を実現することは可能である。
 補正部30は、補正トルク指令Trを生成する。補正部30は、車両全体としての操作安定性(車両運動特性)の実現、すなわち、車両の挙動が不安定となることによってハンドルに伝わる不安定な挙動(振動的な挙動等)を抑制して、車両の挙動(各タイヤ10の操舵時の挙動)が所望の挙動特性となるように(具体的には車両が適切に収斂するように)するためのブロックであり、トルク補正部31を備えている。このトルク補正部31は、操舵トルクTsとモータ速度ωに基づき、上述した不安定な挙動を抑制(収斂)するための補正トルク指令Trを生成する。
 加算器41は、ベースアシスト指令Tbと補正トルク指令Trを加算することによりアシストトルク指令Taを生成する。つまり、ベースアシスト部20で生成されたベースアシスト指令Tbと補正部30で生成された補正トルク指令Trとが加算器41で加算されることにより、アシストトルク指令Taが生成される。
 電流FB部42は、アシストトルク指令Taに基づいてモータ6へ駆動電圧Vdを印加することによりモータ6を通電駆動する。つまり、電流FB部42は、アシストトルク指令Taに対応したトルク(アシスト操舵力)がハンドル軸(特にトルクセンサ4よりもタイヤ10側)に付与されるようにモータ6へ駆動電圧Vdを印加する。具体的には、アシストトルク指令Taに基づいて、モータ6の各相へ通電すべき目標電流(相毎の目標電流)を設定する。そして、各相の通電電流値Imを検出し、フィードバックして、その検出値(各相の通電電流Im)がそれぞれ目標電流と一致するように駆動電圧Vdを制御(通電電流を制御)することで、ハンドル軸に対して所望のアシスト操舵力を発生させる。
 異常判定部40は、トルクセンサ4からの信号をモニタリングすることでトルクセンサ4の異常を検知する。異常判定部40は、例えば、予め設定された基準時間内にトルクセンサ4からの信号が得られない場合や、信号値が変化しない場合等に、トルクセンサ4に異常があるものと判定する。
 異常判定部40は、トルクセンサ4に異常がない場合には、トルクセンサ4によって検出された操舵トルクTsがコントローラ部24に入力される。
 ここで、トルクセンサに異常がある判定された場合、操舵トルク演算部45において、複数系統のトルクセンサを搭載するような構成の場合は、異常が発生していないトルクセンサの信号を用いて操舵トルクを検出する。このとき、図3に示すように、異常が発生しているトルクセンサの監視に時間を要するため、正常時と比較して操舵トルクの検出周期(サンプリング周期)が粗くなることがある。一方、トルクセンサが1系統しか搭載されない構成の場合、操舵トルク演算部45ではヨーレートセンサ12等の別の信号であるヨーレート信号から操舵トルクを推定する。このとき、トルクセンサのサンプリング周期より遅い信号を用いると、前例と同様に正常時と比較して操舵トルクの検出周期(サンプリング周期)が粗くなる。操舵トルクの検出周期が粗くなると、操舵トルクに基づいて演算されるアシストトルクに影響を与える。結果、正常時に比べて制御系の振動が増加する。またトルクの検出周期が大きく低下するような場合には制御系が不安定となり、電動パワーステアリングに悪影響を与えることもある。
 このため、異常判定部40は、トルクセンサ4の異常が検知された際に、トルクセンサ4の異常が検知されていないときよりも、コントローラ部24が操舵トルクを目標トルクに近づける際の追従性を低下させるための変更指令CHを出力する。すなわち、操舵トルクTsのサンプリング周期が粗くなると、制御系が不安定になりやすくなるが、操舵トルクを目標トルクに近づける際の追従性を低下させることで制御系が不安定になることを抑制する。
 詳細には、コントローラ部24は、図4に示すように、特性決定器25を備えている。特性決定器25は、トルク偏差ΔTsにPIDゲインを付与することで制御特性を決定づける。なお、特性決定器25は、一般的なProportional-Integral-Differential(PID)制御を表す数式を、離散化のために双一次変換し、その変換により得られた数式に基づく制御構造を実現する周知のものである。
 また、特性決定器25は、比例ゲイン付与器251、積分ゲイン付与器252、および微分ゲイン付与器253を備えている。比例ゲイン付与器251は、偏差ΔTsに比例した比例値成分にゲインKpを与える。
 また、積分ゲイン付与器252は、偏差ΔTsの積分に用いる積分値成分にゲインKiを与える。また、微分ゲイン付与器253は、偏差ΔTsを微分した微分値成分にゲインKdを与える。
 これらゲイン付与器251~253のゲインは、異常判定部40による変更指令CHに従って設定される。具体的には、図5の(a)に示すように、例えばトルクセンサ4の異常時に設定される比例ゲインKpaにおいては、トルクセンサ4の正常時に設定される比例ゲインKpに対して小さな値に設定される。また、図5の(b)に示すトルクセンサ4の異常時に設定される積分ゲインKia、図5の(c)に示す微分ゲインKdaについても同様に、トルクセンサ4の正常時に設定される積分ゲインKi、微分ゲインKdに対して小さな値に設定される。
 なお、操舵トルクを目標トルクに近づける際の追従性(応答性)は、ゲイン付与器251~323によって付与されるゲインが大きいほど向上し、ゲインが小さいほど低下する。すなわち、トルクセンサ4の異常が検知された際には追従性を低下させる。
 上記の電動パワーステアリング制御装置1において、負荷推定器21、目標生成部22は、車両における操舵の際に回転するハンドル軸に加えられる軸方向のトルクである操舵トルクに基づいて目標トルクを演算する。また、コントローラ部24は、目標トルクと操舵トルクとの偏差に応じて操舵トルクを目標トルクに近づけるためのアシストトルクを演算する。また、電流FB部42は、車両の操舵角を変位させる制御対象100に作用するモータ6をアシストトルクに応じて駆動させる。また、異常判定部40は、操舵トルクを検知するトルクセンサ4の異常を検知する。
 そして、異常判定部40は、トルクセンサ4の異常が検知された際に、トルクセンサ4の異常が検知されていないときよりも、コントローラ部24が操舵トルクを目標トルクに近づける際の追従性を低下させる。
 このような電動パワーステアリング制御装置1によれば、トルクセンサ4の異常時において、操舵トルクの検出周期が低下しても、適切にハンドル操作をアシストすることができる。特に、トルクセンサ4の異常時には、アシストトルクを演算する際に、操舵トルクを目標トルクに近づける際の追従性を低下させるので、操舵トルクの検出周期が低下しても振動を抑制することができ、制御系を安定に動作させることができる。
 例えば、トルクセンサ4の異常時においても追従性を変化させない場合には、図6の(a)に示すように、操舵角(StrAng)が変化に対して操舵トルク(StrTrq)が振動するように変化する。これに対して、本実施形態の構成では、図6の(b)に示すように、操舵角(StrAng)が変化に対して操舵トルク(StrTrq)が振動することなく滑らかに変化することが分かる。
 また、上記の電動パワーステアリング制御装置1において異常判定部40は、トルクセンサ4の異常が検知された際に、コントローラ部24がアシストトルクの演算の際に用いる制御ゲインを変更することによって追従性を低下させる。
 このような電動パワーステアリング制御装置1によれば、制御ゲインを変更する簡素な構成で制御系を安定に動作させることができる。
 また、上記の電動パワーステアリング制御装置1において制御ゲインを変更する構成は、PID制御器として構成されている。
 このような電動パワーステアリング制御装置1によれば、制御器がPID制御器として構成されるので、制御ゲインの変更を容易に行うことができる。
 (第2実施形態)
 次に、別形態の電動パワーステアリング制御装置について説明する。本実施形態(第2実施形態)では、第1実施形態の電動パワーステアリング制御装置1と異なる箇所のみを詳述し、第1実施形態の電動パワーステアリング制御装置1と同様の箇所については、同一の符号を付して説明を省略する。
 本実施形態の電動パワーステアリング制御装置においては、トルクセンサ4の異常が検知された際に、フィルタ251F,252F,253Fを用いて制御器の特性を変更する。詳細には、図7に示すように、コントローラ部24の特性決定器25において、フィルタ251F,252F,253Fおよびスイッチ251S,252S,253Sを備えている。
 比例ゲイン付与器251の出力側の配線においては、2つの系統に分岐されており、一方の系統はスイッチ251Sにおけるある端子に直接接続されており、他方の系統はフィルタ251Fを介してスイッチ251Sにおける他の端子に接続されている。
 また、同様に、フィルタ252Fおよびスイッチ252Sは、積分ゲイン付与器252の出力側に配置され、フィルタ253Fおよびスイッチ253Sは、微分ゲイン付与器253の出力側に配置されている。
 そして、異常判定部40は、トルクセンサ4の異常の有無に応じて、各スイッチ251S,252S,253Sに対して変更指令CHを送ることによって、各スイッチ251S,252S,253Sによる接点を切り替える。すなわち、トルクセンサ4の異常が検知されないときには各付与器251,252,253からフィルタ251F,252F,253Fを介することなく出力が成されるようフィルタ251F,252F,253Fが存在しない接点側に各スイッチ251S,252S,253Sによる接点を切り替える。また、トルクセンサ4の異常が検知されたときには各ゲイン付与器251,252,253からフィルタを介して出力が成されるようフィルタ251F,252F,253Fが存在する接点側に各スイッチ251S,252S,253Sによる接点を切り替える。
 なお、フィルタ251F,252F,253Fは、例えば図8に示すような周波数特性に設定される。すなわち、フィルタ251F,252F,253Fは、2次の位相補償フィルタとして構成される。これらのフィルタ251F,252F,253Fは、制御対象(操舵系メカ)100の共振周波数において最もゲインが小さくなるよう設定されており、同時に位相遅れを補償する機能を有する。
 上記第2実施形態の電動パワーステアリング制御装置において異常判定部40は、トルクセンサ4の異常が検知された際に、トルクセンサ4の異常が検知されていない場合に用いる制御器に対してフィルタ251F,252F,253Fを直列に挿入することによって制御器の特性を変更する。
 このような電動パワーステアリング制御装置によれば、トルクセンサ4の異常が検知された際にもトルクセンサ4の異常が検知されていない場合に用いる制御器を用いる構成とすることができる。
 また、上記の電動パワーステアリング制御装置においては、フィルタ251F,252F,253Fは、位相補償のための2次の位相補償フィルタとして構成されている。
 このような電動パワーステアリング制御装置1によれば、制御器に対するフィルタ251F,252F,253Fとして2次の位相補償フィルタ251F,252F,253Fを用いるので、共振周波数での減衰を高め、位相遅れを補償することができる。
 上記実施形態においてECU15は本開示でいう電動パワーステアリング制御装置に相当する。また、上記実施形態において負荷推定器21、目標生成部22は本開示でいう目標トルク演算部に相当し、上記実施形態においてコントローラ部24は本開示でいうアシストトルク演算部に相当する。
 また、上記実施形態において電流FB部42は本開示でいうモータ駆動部に相当し、上記実施形態において異常判定部40は本開示でいう追従性変更部に相当する。また、上記実施形態において異常判定部40、操舵トルク演算部45は本開示でいう操舵トルク演算部に相当する。
 本開示の上記実施形態による電動パワーステアリング制御装置は、目標トルク演算部、アシストトルク演算部、モータ駆動部、及び追従性変更部と、を備える。目標トルク演算部は、ステアリング、車両、ドライバの操舵状態等に基づいた目標トルクを演算する。また、アシストトルク演算部は、目標トルクと操舵トルクとの偏差に応じて操舵トルクを目標トルクに近づけるためのアシストトルクを演算する。また、モータ駆動部は、車両の操舵角を変位させる操舵系メカに作用するモータをアシストトルクに応じて駆動させる。
 また、操舵トルク演算部は、操舵トルクを検知するトルクセンサの異常を検知し、該異常を検知した際に、複数系統のトルクセンサを搭載している構成の場合は、異常が発生していない側のトルクセンサの信号から操舵トルクの取得し、アシストトルク演算部に対して取得した操舵トルクを用いて演算させる。また1系統のトルクセンサしか搭載していない構成の場合はトルクセンサの信号を用いることなく別の信号から操舵トルクを推定し、アシストトルクを演算部に対して推定した操舵トルクを用いて演算させる。そして、追従性変更部は、トルクセンサの異常が検知された際に、トルクセンサの異常が検知されていないときよりも、アシストトルク演算部が操舵トルクを目標トルクに近づける際の追従性を低下させる。
 (その他の実施形態)
 本開示は、上記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、上記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各請求項に係る開示の理解を容易にする目的で使用しており、各請求項に係る開示の技術的範囲を限定する意図ではない。上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。なお、各請求項の記載は、可能な限りにおいて任意に組み合わせることができる。この際、一部構成を除外してもよい。
 上述した電動パワーステアリング制御装置の他、当該電動パワーステアリング制御装置を構成要素とするシステム、当該電動パワーステアリング制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、電動パワーステアリング制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
 例えば、上記実施形態において、上記の電動パワーステアリング制御装置においては、トルクセンサ4の異常時に、各ゲイン付与器251,252,253によるゲインを変更したり、各ゲイン付与器251,252,253からの出力をフィルタ251F,252F,253Fによって変更したりすることによって操舵トルクTsの追従性を変更したが、他の手法によって操舵トルクTsの追従性を変更してもよい。例えば、異常判定部40は、トルクセンサ4の異常が検知された否かに応じて制御ゲインの異なる制御器を切り替えて利用させるようにしてもよい。
 具体的には、その他の実施形態におけるパワーステアリング装置においては、図9に示すように、コントローラ部24の特性決定器25において、異常時用ゲイン付与器251CH,252CH,253CHを備えている。この異常時用ゲイン付与器251CH,252CH,253CHは、前述のゲイン付与器251,252,253に対してそれぞれ並列に配置されており、スイッチ251S,252S,253Sによって何れのゲイン付与器かを選択できるよう構成されている。
 異常時用ゲイン付与器251CH,252CH,253CHは、前述のゲイン付与器251,252,253に対してゲインが小さくなるよう設定されている。そして、異常判定部40は、トルクセンサ4に異常がない場合には、前述のゲイン付与器251,252,253側に接点を接続させ、トルクセンサの異常時には、異常時用ゲイン付与器251CH,252CH,253CHに接点を接続させる。
 このような変形例の電動パワーステアリング制御装置によれば、利用する制御器を変更することで制御ゲインを変更することができる。
 また、上記の電動パワーステアリング制御装置において異常判定部40は、トルクセンサ4の異常が検知された際に、変更前ゲインから目標ゲインまで制御ゲインを瞬間的に変更したが、制御ゲインを徐々に変更してもよい。具体的には、図10の(a)、(b)、(c)に示すように、トルクセンサ4の異常が検知されると、ΔT秒後に目標ゲインに達するように、制御ゲインを変更前ゲインから徐々に変更する。
 このような電動パワーステアリング制御装置1によれば、制御ゲインを徐々に変更するので、制御ゲインを変更する際にステアリングに衝撃が発生することを抑制することができる。

 

Claims (7)

  1.  ドライバによるハンドル操作をモータ(6)によってアシストする電動パワーステアリング制御装置であって、
     操舵トルクの目標値を演算する目標トルク演算部(21、22)と、
     前記目標トルクと前記操舵トルクとの偏差に応じて前記操舵トルクを前記目標トルクに近づけるためのアシストトルクを演算するアシストトルク演算部(24)と、
     車両の操舵角を変位させる操舵系メカ(100)に作用するモータを前記アシストトルクに応じて駆動させるモータ駆動部(42)と、
     操舵トルクを検知するトルクセンサの異常を検知し、該異常を検知した際に、前記トルクセンサの異常が検知されていないときよりも、前記アシストトルク演算部が操舵トルクを目標トルクに近づける際の追従性を低下させる追従性変更部(40)と、
     を備えた電動パワーステアリング制御装置。
  2.  請求項1に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
     前記追従性変更部は、前記トルクセンサの異常が検知された際に、前記アシストトルク演算部がアシストトルクの演算の際に用いる制御ゲインを変更することによって前記追従性を低下させる
     電動パワーステアリング制御装置。
  3.  請求項2に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
     前記追従性変更部は、前記トルクセンサの異常が検知された際に、変更前ゲインから目標ゲインまで前記制御ゲインを徐々に変更する
     電動パワーステアリング制御装置。
  4.  請求項2に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
     前記追従性変更部は、前記トルクセンサの異常が検知された否かに応じて特性の異なる制御器を切り替えて利用する
     電動パワーステアリング制御装置。
  5.  請求項2に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
     前記追従性変更部は、前記トルクセンサの異常が検知された際に、前記トルクセンサの異常が検知されていない場合に用いる制御器に対してフィルタ(251F,252F,253F)を直列に挿入することによって制御器の特性を変更する
     電動パワーステアリング制御装置。
  6.  請求項5に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
     前記フィルタは、位相補償のための2次の位相補償フィルタとして構成されている
     電動パワーステアリング制御装置。
  7.  請求項2~請求項6の何れか1項に記載の電動パワーステアリング制御装置において、
     前記制御ゲインを変更する構成は、PID制御器(25)として構成されている
     電動パワーステアリング制御装置。

     
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