JP2002154452A - Motor-driven power steering device - Google Patents
Motor-driven power steering deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、電動モータを駆
動源として車両のステアリング機構に操舵補助力を与え
る電動パワーステアリング装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric power steering device for applying a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle using an electric motor as a drive source.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電動モータが発生する駆動力を車両のス
テアリング機構に伝達し、これによりステアリング操作
の補助を行う電動パワーステアリング装置が知られてい
る。たとえば、ステアリングホイールに加えられる操舵
トルクがトルクセンサによって検出され、その検出され
た操舵トルクに応じた目標電流値が設定される。この目
標電流値に基づいて、電動モータがＰＩ（比例積分）制
御によってフィードバック制御される。これにより、ス
テアリング機構には、操舵トルクに応じた適切な補助力
が与えられるので、運転者は適度な操舵反力を感じなが
ら、ステアリング操作を快適に行える。2. Description of the Related Art There is known an electric power steering apparatus that transmits a driving force generated by an electric motor to a steering mechanism of a vehicle, thereby assisting a steering operation. For example, a steering torque applied to the steering wheel is detected by a torque sensor, and a target current value corresponding to the detected steering torque is set. The electric motor is feedback-controlled by PI (proportional-integral) control based on the target current value. As a result, an appropriate assisting force according to the steering torque is given to the steering mechanism, so that the driver can perform the steering operation comfortably while feeling an appropriate steering reaction force.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、電動モータに
電力を供給しているバッテリの電圧変動が生じると、Ｐ
Ｉ制御ループの応答遅れのために、操舵補助力が一時的
に大きく変動することになり、運転者はステアリングホ
イールを通じて操舵違和感を感じることになる。そこ
で、この発明の目的は、電源電圧の変動に伴う操舵違和
感を改善または解消することができる電動パワーステア
リング装置を提供することである。However, when the voltage of the battery supplying the electric motor fluctuates, P
Due to the response delay of the I control loop, the steering assist force temporarily fluctuates greatly, and the driver feels a sense of strangeness in steering through the steering wheel. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electric power steering device that can improve or eliminate a feeling of steering discomfort due to a change in power supply voltage.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、電源
（５）からの給電を受ける電動モータ（Ｍ）を駆動源と
してステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワー
ステアリング装置であって、運転者のステアリング操作
に応じて駆動目標値を定め、この駆動目標値に基づい
て、上記電源から電動モータへの給電を制御するための
駆動制御信号を発生するモータ駆動制御手段（１，１
１，２３，１６，１７，１８）と、電源の電圧変化分を
検出する電圧変化分検出手段（１２，１３）と、この電
圧変化分検出手段によって検出された電圧変化分に相当
する値を上記駆動目標値および上記駆動制御信号の少な
くとも一方に加算する電源電圧変動補償手段（１４，１
５，２１，２２）とを含むことを特徴とする電動パワー
ステアリング装置である。なお、括弧内の英数字は、後
述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、こ
の項において同じ。According to the first aspect of the present invention, there is provided a steering mechanism having an electric motor (M) which is supplied with power from a power supply (5) as a drive source. An electric power steering apparatus for providing a steering assist force, wherein a drive target value is determined in accordance with a driver's steering operation, and drive control for controlling power supply from the power supply to the electric motor based on the drive target value is provided. Motor drive control means (1, 1
1, 23, 16, 17, 18), voltage change detecting means (12, 13) for detecting a voltage change of the power supply, and a value corresponding to the voltage change detected by the voltage change detecting means. Power supply voltage fluctuation compensating means (14, 1) added to at least one of the drive target value and the drive control signal
5, 21 and 22). It should be noted that the alphanumeric characters in parentheses indicate corresponding components and the like in the embodiments described later. Hereinafter, the same applies in this section.
【０００５】上記の構成によれば、電源の電圧変化分が
検出され、この電圧変化分に相当する値が駆動目標値お
よび／または駆動制御信号に加算されるから、電圧変化
分を速やかに補償できる。すなわち、たとえば、電源電
圧が低下したときに、それに応じて電動モータに流れる
電流が減少して操舵トルクが大きくなり、それを補償す
るために駆動目標値を増加させるという過程を経ること
なく、駆動目標値を一時的に増加させることができる。
また、たとえば、ＰＩ（比例積分）制御により電動モー
タをフィードバック制御している場合に、ＰＩ制御ルー
プによる応答を待つことなく、駆動制御信号に対して電
圧変動分相当値が加算され、電源電圧変動を補償するよ
うに駆動制御信号が一時的に変化する。According to the above configuration, a voltage change of the power supply is detected and a value corresponding to the voltage change is added to the drive target value and / or the drive control signal, so that the voltage change is quickly compensated. it can. That is, for example, when the power supply voltage is reduced, the current flowing through the electric motor is reduced correspondingly to increase the steering torque, and the drive is performed without going through a process of increasing the drive target value to compensate for it. The target value can be temporarily increased.
Further, for example, when feedback control of the electric motor is performed by PI (proportional integration) control, a value corresponding to a voltage variation is added to a drive control signal without waiting for a response by a PI control loop, and power supply voltage variation is performed. Is temporarily changed so as to compensate for.
【０００６】このようにして、電源電圧に変動が生じる
と、電圧変動分相当値を駆動目標値および／または駆動
制御信号に加算することによって、電源電圧変動直後に
おける補償が即座に行われる。その後は、駆動制御信号
が変動後の電源電圧に追従していくことになる。こうし
て、この発明によれば、電源電圧の変動を即座に補償す
ることができるので、電源電圧変動に伴う操舵違和感を
改善または解消することができる。When the power supply voltage fluctuates in this way, compensation immediately after the power supply voltage fluctuation is immediately performed by adding a value corresponding to the voltage fluctuation to the drive target value and / or the drive control signal. Thereafter, the drive control signal follows the changed power supply voltage. Thus, according to the present invention, the fluctuation of the power supply voltage can be immediately compensated, so that the feeling of strange steering caused by the fluctuation of the power supply voltage can be improved or eliminated.
【０００７】なお、モータ駆動制御手段は、たとえば、
運転者のステアリング操作に応じて駆動目標値（目標電
流値または目標電圧値）を定める目標値設定手段（１
１）と、この目標値設定手段によって設定された目標値
を達成するための駆動制御信号を発生して電動モータを
フィードバック制御する駆動制御信号発生手段（１６，
１７，１８，２３）とを含むものであってもよい。この
場合に、駆動制御信号発生手段は、電動モータをＰＩ
（比例積分）制御するものであってもよい。また、駆動
制御信号発生手段は、電動モータに駆動電流を供給する
ドライバ回路（３）に与えるＰＷＭ（パルス幅変調）制
御信号のデューティを定めるデューティ設定手段（１
７）を含むものであってもよい。The motor drive control means includes, for example,
Target value setting means (1) for determining a drive target value (a target current value or a target voltage value) in accordance with a driver's steering operation.
1) and drive control signal generating means (16, 16) for generating a drive control signal for achieving the target value set by the target value setting means and performing feedback control of the electric motor.
17, 18, 23). In this case, the drive control signal generation means switches the electric motor to PI
(Proportional integration) may be controlled. The drive control signal generating means includes a duty setting means (1) for determining a duty of a PWM (pulse width modulation) control signal applied to a driver circuit (3) for supplying a drive current to the electric motor.
7) may be included.
【０００８】また、電圧変化分検出手段は、電源の電圧
を検出する電源電圧検出手段（１２）と、この電源電圧
検出手段の検出結果の微分値を電圧変化分として検出す
る微分手段（１３）とを含むものであってもよい。この
場合、微分手段の出力を適宜増幅して、駆動目標値およ
び／または駆動制御信号に加算するようにすればよい。The voltage change detecting means includes a power supply voltage detecting means (12) for detecting a power supply voltage, and a differentiating means (13) for detecting a differential value of a detection result of the power supply voltage detecting means as a voltage change. May be included. In this case, the output of the differentiating means may be appropriately amplified and added to the drive target value and / or the drive control signal.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の
電気的構成を示すブロック図である。この電動パワース
テアリング装置は、車両に搭載されて用いられるもので
あって、電動モータＭが発生する駆動力を車両のステア
リング機構に伝達することによって、ステアリング操作
の補助を行う装置である。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an electric configuration of an electric power steering apparatus according to one embodiment of the present invention. This electric power steering device is mounted on a vehicle and used to transmit a driving force generated by an electric motor M to a steering mechanism of the vehicle, thereby assisting a steering operation.
【００１０】電動モータＭは、電子制御ユニット（ＥＣ
Ｕ）１によって制御されるドライバ回路３から駆動電流
を与えられて作動する。ドライバ回路３は、車両に搭載
されたバッテリ５に接続されており、このバッテリ５か
らの電力を電動モータＭに供給する。電子制御ユニット
１には、車速センサ６、トルクセンサ７および電流検出
回路８が接続されている。トルクセンサ７は、運転者に
よって操作される操作部材としてのステアリングホイー
ルに加えられた操舵トルクを検出し、その操舵トルクの
方向および大きさを表すトルク信号を電子制御ユニット
１に入力する。たとえば、ステアリングホイールとステ
アリング機構とを連結するステアリング軸が入力軸と出
力軸とに分割されていて、これらの入力軸と出力軸との
間がトーションバーによって連結されている構成を採用
すれば、トーションバーの捻れの方向および大きさを検
出することによって、操舵トルクを検出できる。The electric motor M is an electronic control unit (EC
U) It operates by receiving a drive current from the driver circuit 3 controlled by 1. The driver circuit 3 is connected to a battery 5 mounted on the vehicle, and supplies electric power from the battery 5 to the electric motor M. A vehicle speed sensor 6, a torque sensor 7, and a current detection circuit 8 are connected to the electronic control unit 1. The torque sensor 7 detects a steering torque applied to a steering wheel as an operation member operated by the driver, and inputs a torque signal indicating the direction and magnitude of the steering torque to the electronic control unit 1. For example, if a steering shaft connecting the steering wheel and the steering mechanism is divided into an input shaft and an output shaft, and a configuration is adopted in which the input shaft and the output shaft are connected by a torsion bar, The steering torque can be detected by detecting the direction and magnitude of the torsion bar torsion.
【００１１】電流検出回路８は、電動モータＭまたはド
ライバ回路３に関連して設けられ、電動モータＭに実際
に流れているモータ電流を検出し、その大きさに対応し
た信号を電子制御ユニット１に入力する。電子制御ユニ
ット１は、トルクセンサ７からのトルク信号および車速
センサ６からの車速信号に基づいて、電動モータＭに供
給すべき電流の目標値である目標電流値を設定する目標
電流設定部１１を備えている。この目標電流設定部１１
は、たとえば、微小なトルク範囲を不感帯とするととも
に、一定のトルク範囲において零から所定の上限値まで
リニアに変化する目標電流値を出力する。上記一定のト
ルク範囲の上限値を超える操舵トルクに対しては、操舵
トルクによらずに上限の目標電流値が出力される。この
ように目標電流値を設定することによって、操舵トルク
が大きいほど大きな操舵補助力が電動モータＭから発生
されることになる。目標電流値の上限を定めているか
ら、操舵補助力が過大になることはない。The current detection circuit 8 is provided in association with the electric motor M or the driver circuit 3, detects a motor current actually flowing through the electric motor M, and outputs a signal corresponding to the magnitude of the current to the electronic control unit 1. To enter. The electronic control unit 1 includes a target current setting unit 11 that sets a target current value that is a target value of a current to be supplied to the electric motor M based on the torque signal from the torque sensor 7 and the vehicle speed signal from the vehicle speed sensor 6. Have. This target current setting unit 11
Outputs, for example, a target current value that linearly changes from zero to a predetermined upper limit value in a constant torque range while setting a minute torque range as a dead zone. For a steering torque exceeding the upper limit of the above-mentioned constant torque range, an upper target current value is output irrespective of the steering torque. By setting the target current value in this manner, a larger steering assist force is generated from the electric motor M as the steering torque is larger. Since the upper limit of the target current value is set, the steering assist force does not become excessive.
【００１２】操舵トルクに対する目標電流値のリニアな
変動の傾きや目標電流値の上限値は、車速に応じて変更
されるようになっていて、いわゆる車速感応制御が行わ
れるようになっている。すなわち、低速走行時（車速が
零の場合を含む）には、大きな目標電流値が設定されて
大きな操舵補助力が電動モータＭから発生される。これ
に対して、高速走行時には、小さな目標電流値が設定さ
れ、操舵補助力は比較的小さくなる。これにより、いず
れの車速範囲でも適度な操舵反力を残しつつ、良好な操
舵補助を行える。The gradient of the linear variation of the target current value with respect to the steering torque and the upper limit of the target current value are changed in accordance with the vehicle speed, so that so-called vehicle speed sensitive control is performed. That is, during low-speed running (including when the vehicle speed is zero), a large target current value is set and a large steering assist force is generated from the electric motor M. On the other hand, during high-speed running, a small target current value is set, and the steering assist force is relatively small. As a result, excellent steering assistance can be performed while maintaining an appropriate steering reaction force in any vehicle speed range.
【００１３】電子制御ユニット１には、さらに、バッテ
リ５の電圧（バッテリ電圧）ＶＢを検出するバッテリ電
圧検出回路１２と、このバッテリ電圧検出回路１２によ
って検出されたバッテリ電圧ＶＢの時間微分信号ＶＢ′
を求める微分回路１３と、この微分回路１３が出力する
時間微分信号ＶＢ′を増幅率−Ｋ１，−Ｋ２（Ｋ１，Ｋ
２は正の値）でそれぞれ増幅（反転増幅）する増幅回路
１４，１５とを備えている。さらに、電子制御ユニット
１は、目標電流設定部１１によって設定された目標電流
値に増幅回路１４の出力を加算する第１加算部２１と、
この第１加算部２１の出力から電流検出回路８の出力を
減算する減算部２３と、この減算部２３の出力に基づい
てＰＩ（比例積分）制御演算を行うＰＩ制御部１６と、
このＰＩ制御部１６の出力に基づいて、ドライバ回路３
をパルス幅制御する際のＰＷＭデューティを設定するデ
ューティ設定部１７と、このデューティ設定部１７の出
力に増幅回路１５の出力を加算する第２加算部２２と、
この第２加算部２２から与えられるデューティ比でドラ
イバ回路３をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部１８とを備え
ている。The electronic control unit 1 further includes a battery voltage detection circuit 12 for detecting a voltage (battery voltage) VB of the battery 5, and a time differential signal VB ′ of the battery voltage VB detected by the battery voltage detection circuit 12.
And a time differential signal VB 'output by the differentiating circuit 13 are amplified by the amplification factors -K1, -K2 (K1, K2
Amplifying circuits 14 and 15 for amplifying (inverting amplifying) with 2 (positive value). Further, the electronic control unit 1 includes a first adding unit 21 that adds the output of the amplifier circuit 14 to the target current value set by the target current setting unit 11,
A subtraction unit 23 for subtracting the output of the current detection circuit 8 from the output of the first addition unit 21; a PI control unit 16 for performing a PI (proportional integration) control operation based on the output of the subtraction unit 23;
Based on the output of the PI control unit 16, the driver circuit 3
A duty setting unit 17 for setting a PWM duty when controlling the pulse width of the signal; a second adding unit 22 for adding the output of the amplification circuit 15 to the output of the duty setting unit 17;
A PWM control unit 18 that performs PWM control of the driver circuit 3 with the duty ratio given from the second addition unit 22 is provided.
【００１４】電動モータＭをフィードバックするＰＩ制
御ループは、ＰＩ制御部１６、デューティ設定部１７、
ＰＷＭ制御部１８、ドライバ回路３、電動モータＭ、電
流検出回路８および減算部２３によって形成されてい
る。ＰＩ制御部１６には、減算部２３から、目標電流値
に対する実際のモータ電流の偏差が入力されるから、こ
れにより、電動モータＭのモータ電流が目標値へと導か
れる。バッテリ５の発生電圧であるバッテリ電圧ＶＢが
安定している限りにおいて、微分回路１３の出力は零に
保持される。したがって、目標電流設定部１１によって
設定された目標電流とモータ電流との偏差に応じて、電
動モータＭがフィードバック制御される。The PI control loop for feeding back the electric motor M includes a PI control unit 16, a duty setting unit 17,
It is formed by a PWM control unit 18, a driver circuit 3, an electric motor M, a current detection circuit 8, and a subtraction unit 23. Since the deviation of the actual motor current from the target current value is input from the subtraction unit 23 to the PI control unit 16, the motor current of the electric motor M is guided to the target value. As long as the battery voltage VB generated by the battery 5 is stable, the output of the differentiating circuit 13 is kept at zero. Therefore, the electric motor M is feedback-controlled according to the deviation between the target current set by the target current setting unit 11 and the motor current.
【００１５】バッテリ電圧ＶＢに変動（増加または減
少）が生じると、その変動の直後の期間において、その
変動に応じた有意な時間微分信号ＶＢ′が微分回路１３
から出力される。この有意な時間微分信号ＶＢ′が増幅
回路１４によって反転増幅されて加算部２１に与えられ
る。したがって、バッテリ電圧ＶＢに変動が生じた直後
の期間に限り、目標電流設定部１１によって設定された
目標電流値に時間微分信号ＶＢ′に相当する値（バッテ
リ電圧ＶＢの変動を補償する値）が加算され、この加算
後の目標電流値に対するモータ電流値の偏差に応じて、
電動モータＭが制御される。さらに、バッテリ電圧ＶＢ
に変動が生じた直後の期間に限り、デューティ設定部１
７によって設定されたデューティに対して、時間微分信
号ＶＢ′に相当する値（バッテリ電圧ＶＢの変動を補償
する値）がフィードフォワードされて加算され、この加
算後のデューティで電動モータＭが駆動されることにな
る。When a change (increase or decrease) occurs in the battery voltage VB, in a period immediately after the change, a significant time differential signal VB 'corresponding to the change is supplied to the differentiating circuit 13.
Output from This significant time differential signal VB ′ is inverted and amplified by the amplifier circuit 14 and provided to the adder 21. Therefore, only during the period immediately after the change in the battery voltage VB occurs, the target current value set by the target current setting unit 11 has a value corresponding to the time differential signal VB '(a value that compensates for the change in the battery voltage VB). Are added, and according to the deviation of the motor current value from the target current value after the addition,
The electric motor M is controlled. Further, the battery voltage VB
Setting unit 1 only during the period immediately after the
7, a value corresponding to the time differential signal VB '(a value for compensating for fluctuations in the battery voltage VB) is fed forward and added to the duty set by 7, and the electric motor M is driven with the added duty. Will be.
【００１６】このような処理によって、バッテリ電圧Ｖ
Ｂに変動が生じたときに、その変動分に対する補償が速
やかになされる。これにより、ＰＩ制御ループの応答遅
れ等に起因して操舵補助力が急変したりすることがな
く、運転者に操舵違和感を与えることがない。以上、こ
の発明の一実施形態について説明したが、この発明は他
の形態で実施することもできる。たとえば、上述の実施
形態では、バッテリ電圧ＶＢの変動分に相当する値を目
標電流値およびデューティにそれぞれ加算することとし
ているが、目標電流値またはデューティのいずれかに対
する加算のみによっても、操舵違和感の改善に関して一
定の効果を得ることができる。By such processing, the battery voltage V
When a change occurs in B, the change is promptly compensated. As a result, the steering assist force does not suddenly change due to a response delay of the PI control loop, and the driver does not feel uncomfortable steering. As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can be implemented in another form. For example, in the above embodiment, the value corresponding to the variation of the battery voltage VB is added to the target current value and the duty, respectively. A certain effect can be obtained for improvement.
【００１７】なお、微分回路１３、増幅回路１４，１５
などの機能は、ハードウエアにより実現されてもよい
が、コンピュータが実行するソフトウエア処理によって
達成されてもよい。目標電流設定部１１，加算部２１，
２２、減算部２３、ＰＩ制御部１６およびデューティ設
定部１７についても同様である。その他、特許請求の範
囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すこと
が可能である。The differentiating circuit 13, the amplifying circuits 14 and 15
Such functions may be realized by hardware, but may be achieved by software processing executed by a computer. Target current setting unit 11, adding unit 21,
22, the subtraction unit 23, the PI control unit 16, and the duty setting unit 17 are the same. In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.
【図１】この発明の一実施形態に係る電動パワーステア
リング装置の電気的構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an electric configuration of an electric power steering device according to an embodiment of the present invention.
１ 電子制御ユニット ３ ドライバ回路 ５ バッテリ ８ 電流検出回路 １１ 目標電流設定部 １２ バッテリ電圧検出回路 １３ 微分回路 １４ 増幅回路 １５ 増幅回路 １６ ＰＩ制御部 １７ デューティ設定部 １８ ＰＷＭ制御部 ２１ 加算部 ２２ 加算部 ２３ 減算部 Ｍ 電動モータ ＶＢ バッテリ電圧 ＶＢ′ 時間微分信号 REFERENCE SIGNS LIST 1 electronic control unit 3 driver circuit 5 battery 8 current detection circuit 11 target current setting section 12 battery voltage detection circuit 13 differentiating circuit 14 amplification circuit 15 amplification circuit 16 PI control section 17 duty setting section 18 PWM control section 21 addition section 22 addition section 23 Subtraction unit M Electric motor VB Battery voltage VB 'Time differential signal
Claims (1)
源としてステアリング機構に操舵補助力を与える電動パ
ワーステアリング装置であって、 運転者のステアリング操作に応じて駆動目標値を定め、
この駆動目標値に基づいて、上記電源から電動モータへ
の給電を制御するための駆動制御信号を発生するモータ
駆動制御手段と、 電源の電圧変化分を検出する電圧変化分検出手段と、 この電圧変化分検出手段によって検出された電圧変化分
に相当する値を上記駆動目標値および上記駆動制御信号
の少なくとも一方に加算する電源電圧変動補償手段とを
含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。1. An electric power steering device for applying a steering assist force to a steering mechanism using an electric motor supplied with power from a power source as a drive source, wherein a drive target value is determined according to a steering operation of a driver.
Motor drive control means for generating a drive control signal for controlling power supply from the power supply to the electric motor based on the drive target value; voltage change detection means for detecting a voltage change of the power supply; An electric power steering apparatus comprising: a power supply voltage fluctuation compensating means for adding a value corresponding to the voltage change detected by the change detecting means to at least one of the drive target value and the drive control signal.
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