JP2004203089A

JP2004203089A - Electric power steering device

Info

Publication number: JP2004203089A
Application number: JP2002371815A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Nishizaki; 勝利西崎
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: JP4161707B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To constitute a torque feedback system with a simple constitution. <P>SOLUTION: This electric power steering device has a motor 11 equipped in the middle of a steering mechanism 4 reaching a steered wheel 3 from a steering member 2 and applying steering assisting force, a torque sensor 10 for detecting steering torque on the steering member side more than the motor and a means for controlling the motor on the basis of a deviation between generated target steering torque T<SB>i</SB><SP>*</SP>and detecting torque T<SB>i</SB>of the torque sensor, and has a means 14 for calculating output side torque T<SB>o</SB>on the basis of the detecting torque T<SB>i</SB>and motor assist torque T<SB>a</SB>for determining the target steering torque T<SB>i</SB><SP>*</SP>and a means for determining the target steering torque T<SB>i</SB><SP>*</SP>from the output side torque T<SB>o</SB>on the basis of preregulated output side torque-target steering torque-related information 13. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来の電動パワーステアリング装置は、図７に示すように、アシストモータ１０１の上流（ハンドル１０２側）に、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１０３を備え、制御部（ＥＣＵ）１０４が、トルクセンサ１０３のトルク検出値に基づいて、モータ１０１に対する制御を行うものである。
図８に示すように、モータ１０１の制御においては、センサ１０３の検出値Ｔ_ｉを基に、トルク−電流マップ（アシストマップ）により、モータ１０１の目標電流Ｉ_ｍ ^＊を定め、実際の電流Ｉ_ｍが目標電流Ｉ_ｍ ^＊に近づくように電流フィードバックによりモータ１０１に付与する電圧を制御するのが基本的な構成となっている。
【０００３】
この基本制御を基に、アシスト応答を高めるため、あるいは逆にトルク変動に対して過敏とならないようにするため、種々の背反現象、要改善現象に対して様々な補償ロジックが用いられ、それなりに実用に供する程度にはなっている。
しかし、上記基本制御は、「操舵トルク」に関してオープン制御系であるため、以下の（１）〜（５）のような本質的な課題を有している。
【０００４】
（１）トルクセンサ１０３からタイロッド１０５間の摩擦によるトルクに対してもアシストが付与され、常にアシストが作用し、中点が不明確となって、直進性が悪化（フラフラ）する。つまり、運転者側からトルクが与えられても、当該トルクが摩擦分よりも小さければ、当該トルクはタイヤ側に作用しないが、トルクセンサ１０３は当該トルクをも検出してしまうため、不要なアシスト力が発生して、直進性を悪化させる。
【０００５】
（２）上記（１）の対策として、アシストマップの中立領域に不感帯を設けて、当該中立領域でアシスト力が発生しないようにすることが考えられるが、摩擦に応じた不感帯を適切に設定することが要求される。つまり、上記摩擦はギヤによるばらつきがあるため、不感帯の設定値が摩擦の総和よりも小さければ課題解決とはならないし、大きければ操舵開始時の応答遅れや操舵フィーリングの不連続感につながる。
（３）しかも、上記不感帯の設定が適切であっても、保舵時のふらつきは解消されないという重大な問題が残る。
（４）また、摩擦要素の多いコラム電動パワーステアリングの場合は、特に不感帯の設定が困難である。
（５）操舵過渡状態では、操舵トルクとセルフアライニングトルク（S.A.T.）との関係が一義的でなく、定常状態に至る（安定する）のに時間を要する（S.A.T.変動時も同様）。したがって、上記（３）の問題を助長する。
【０００６】
本発明者は、「操舵トルク」に関してオープン制御系であることに起因する上記課題を解決するため、操舵トルクに関しトルクフィードバック系を構成することに着目した。ここで、理想的なトルクフィードバック系としては、タイヤ側に実際に働いているトルク（又は軸力）を検出し、その検出値が目標トルクに近づくように制御することになるが、モータ１０１よりも上流側（ハンドル１０２側）にトルクセンサ１０３が配置されているシステムにおいて、これを行おうとすると、タイヤに近い位置（モータ１０１よりも下流側）でトルク（又は軸力）を検出するセンサを別途設ける必要があり、コストアップを招く。
【０００７】
また、検出した操舵トルクが目標トルクに追従するように制御するものとして、特許文献１記載のものがある。特許文献１には、従来技術として、操舵角、車速に応じて目標操舵トルクを設定し、操舵トルクと目標操舵トルク及びモータ電流によりアシスト電流指令値を決定してモータを制御する装置（以下、「先行技術１」という）が記載されている（特許文献１段落［００１４］参照）。
また、特許文献１では、上記先行技術１は、路面反力の低下に対して安定したフィーリングの提供が可能であると指摘されている（特許文献１段落［００１５］参照）。
【０００８】
しかし、特許文献１では、上記先行技術１は、路面反力が変化しても目標操舵トルクは車速と操舵角に対して一義的に決まって制御されるため、例えば路面反力が低い凍結路を走行しても乾燥アスファルト路を走行している場合と同じような操舵フィーリングとなるなど、路面情報が運転者に伝わらない（伝わりにくい）ため、不自然な操舵フィーリングとなるという問題点も指摘されている（特許文献１段落［００１６］〜［００１８］参照）。
【０００９】
そこで、特許文献１では、目標トルクに関し、モータ電流値に基づいてあるいはモータ電流値と操舵トルクに基づいて路面の反力を推定する手段を備えておき、入力した操舵角、車速、及び推定した路面の反力に基づいて目標トルクを設定する技術（以下、「先行技術２」という）が提案されている（特許文献１特許請求の範囲参照）。
【００１０】
ところが、先行技術２では、「路面反力」の変化に影響されない操舵フィーリングを実現させるために目標操舵トルクを操舵角及び車速に基づいて決めるという先行技術１における基本原理を踏襲した上で、不自然な操舵フィーリングを避けるために目標操舵トルクを設定する際に「路面反力」を考慮するという手法を採用しているため、目標操舵トルクを設定するための構成が非常に複雑化している。
【００１１】
本発明は、先行技術１及び先行技術２における基本原理（目標操舵トルクを操舵角及び車速に基づいて決める）を採用することなく、新たな技術的手段により、簡単な構成でトルクフィードバック系を構成しようとするものである。
すなわち、本発明の課題は、簡単な構成で、トルクフィードバック系を構成することにある。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−１６０６５３号公報
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵部材から操向車輪に至る操舵機構の途中に備わってアシストトルクを与えるモータと、当該モータよりも前記操舵部材側で操舵トルクを検出するトルクセンサと、生成された目標操舵トルクと前記トルクセンサの検出トルクとの偏差に基づいて前記モータを制御する手段と、を備えた電動パワーステアリング装置であり、生成された目標操舵トルクとトルクセンサの検出トルクとの偏差に基づいてモータを制御することで、トルクフィードバック系が形成されている。
【００１４】
さらに本発明では、前記目標操舵トルクを決定するために、前記検出トルク及び前記アシストトルクに基づいて出力側トルクを算出する手段と、前記出力側トルクに対応する前記目標操舵トルクを予め規定した出力側トルク−目標操舵トルク関係情報に基づいて、前記出力側トルクから前記目標操舵トルクを求める手段と、を備えている。このように、出力側トルクを算出することで、センサ等で直接検出することなく、タイヤ側に与えられる軸力に対応するトルク（の近似値）を得ることができる。しかも、本発明では、出力側トルクに対応する目標操舵トルクが出力側トルク−目標操舵トルク関係情報によって予め規定されており、出力側トルクが算出されれば、簡単に目標操舵トルクを決定することができる。ここで、「出力側トルク−目標操舵トルク関係情報」は、両者の対応関係を一義的に規定したマップデータや、両者の対応関係を一義的に規定する関数式として、具体化できる。
【００１５】
なお、前記先行技術２においても、目標操舵トルクを決定するための要素として、操舵トルク（本発明における検出トルク）とモータトルク（本発明におけるアシストトルク）を用いている（特許文献１段落［００３８］〜［００４１］参照）。
しかし、先行技術２では、前述のように、目標操舵トルクを操舵角及び車速に基づいて決めることを基本原理としており、これを採用しない本発明とは根本的に異なっている。先行技術２では、前記基本原理を踏襲した上で、路面反力（路面摩擦係数）を推定するために操舵トルク及びモータトルクを用いているため、目標操舵トルクの求め方が非常に複雑化している。
これに対し、本発明では、検出トルク及びアシストトルクに基づいて車輪側に作用する出力側トルクを算出しておき、当該出力側トルクから出力側トルク−目標操舵トルク関係情報によって目標操舵トルクを一義的に決定できるため、出力側トルクを算出できれば、簡単に目標操舵トルクを決定することができる。
【００１６】
本発明の出力側トルクの求め方にはいくつかの例が想定される。例えば、最も簡素な例として、出力側トルクを前記検出トルク及びアシストトルクの和として算出することができる。すなわち、出力側トルクをＴ_ｏ、検出トルクをＴ_ｉ、モータアシストトルクをＴ_ａとすると、Ｔ_ｏ＝Ｔ_ｉ＋Ｔ_ａとして表される。
なお、モータのアシストトルクは、例えば、モータ電流とモータトルク定数とから求めることができ、この場合、モータ電流を検出すればアシストトルクを得ることができる。すなわち、モータ電流をＩ_ｍ、モータのトルク定数をＫ_ｔとすると、Ｔ_ａ＝Ｋ_ｔ・Ｉ_ｍとなる。したがって、Ｔ_ｏ＝Ｔ_ｉ＋Ｋ_ｔ・Ｉ_ｍである。
【００１７】
また、検出トルク及びアシストトルクだけでは、速い切り返し操舵のような動的状態（系のダイナミクス（慣性又は粘性）の影響を受ける状態）が考慮されない。例えば、操舵部材（ハンドル）を切り込んでいく途中は、検出トルクには粘性分が加算されるため当該検出トルクは静的な値よりも大きくなり（検出トルクに粘性分のトルクが含まれている）、出力側トルクは検出トルクに基づいて算出されるため、出力側トルクも大きくなる。この結果、大きな出力側トルクによって目標操舵トルクが求められるため、目標操舵トルクが、想定している値よりも高く設定されてしまい、操舵部材から入力すべき操舵トルクが大きくなり操舵が重くなる。
また、切り返しの瞬間には、検出トルクに慣性分が加算されるため当該検出トルクは静的な値よりも大きくなり（検出トルクに慣性分のトルクが含まれている）、目標操舵トルクが、想定している値よりも高く設定されてしまい、操舵部材から入力すべき操舵トルクが大きくなり操舵が重くなる。
【００１８】
そこで、出力側トルクは、検出トルク及びアシストトルクの和に、系の慣性及び／又は粘性による影響を考慮して、当該影響が除外されるように算出するのが好ましい。慣性による影響（慣性分のトルク）は、例えば、切り返しの瞬間に生じ、操舵系の慣性と操舵角加速度とから求めることができ、粘性による影響（粘性分のトルク）は、例えば、切り込んで行く途中に生じ、操舵系の粘性と操舵角速度とから求めることができる。
【００１９】
前記出力側トルクを算出するためには、各種検出値（例えば、上記の検出トルク、モータ電流、操舵角加速度、操舵角速度等）が必要となるが、これらの検出値が経時的なオフセット・ゲイン変動等によって変動した場合、これらに基づいて算出される出力側トルクも変動し、ひいては目標操舵トルクも変動する。
そこで、算出された前記出力側トルクを、車両挙動状態に基づいて補正する手段を備え、補正された出力側トルクによって前記目標操舵トルクを求めることによって、出力側トルクの変動を補償した状態で目標操舵トルクを求めることができる。ここで、車両挙動状態としては、横加速度、ヨーレート、横すべり角等を用いることができる。
【００２０】
出力側トルクを補正するには、例えば、希望特性としての「車両挙動状態に対する出力側トルクの比」を予め規定しておき、実際の「車両挙動状態に対する出力側トルクの比」と比較して、補正係数を求め、当該補正係数によって補正出力側トルクを求めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、車両における電動パワーステアリング装置１の概略構成を示しており、この電動パワーステアリング装置１は、操舵部材（ハンドル）２から操向車輪３に至る操舵機構４を備えている。操舵機構４は、操舵部材２に連結された操舵軸５を備え、操舵軸５の回転は、ラックピニオン伝達機構６によって左右方向の直線運動に変換され、左右のタイロッド７を介して操向車輪３が転舵される。
【００２２】
操舵軸５には、その軸方向中途位置に、操舵トルクと操舵角を検出するトルク・回転角センサ１０が備えられており、操舵軸５は、センサ１０よりも上流側（操舵部材２側）が入力軸５ａとされ、センサ１０よりも下流側が出力軸５ｂとされている。センサ１０は、前記入力軸５ａと出力軸５ｂとの間に介在したトーションバー（図示省略）の捩れによる入力軸５ａと出力軸５ｂとの相対角度差に基づいて、操舵トルク（検出トルク）Ｔ_ｉを検出する。また、センサ１０は操舵軸５の回転角を操舵角δとして検出することもできる。
センサ１０の下流側である出力軸５ｂには、操舵補助力（アシストトルクＴ_ａ）を与える電動モータ１１が備わっており、操舵部材２からの入力にアシストトルクが加えられて操向車輪に軸力Ｆが与えられる。
【００２３】
モータ１１は、制御部（ＥＣＵ）１２によって制御される。図２に示すように、モータ１１は、当該モータ１１を流れる電流の検出値（モータ電流）Ｉ_ｍが、目標電流値Ｉ_ｍ ^＊に近づくように電流フィードバックによりモータ１１に付与する電圧が制御されることによって、必要なモータアシストトルクＴ_ａを発生する。
電流フィードバックのための目標電流値Ｉ_ｍ ^＊は、目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊と検出トルク（操舵トルク）Ｔ_ｉとの偏差を基に決定される。すなわち、制御部１２ではトルクフィードバック系が構成されている。目標電流Ｉ_ｍ ^＊は、例えば、Ｉ_ｍ ^＊＝Ｋ_ｐ（Ｔ_ｉ ^＊−Ｔ_ｉ）＋Ｋ_ｉ∫（Ｔ_ｉ ^＊−Ｔ_ｉ）ｄｔの式に基づいて決定できる。このようなトルクフィードバック系を構成することで、トルクに関してオープン制御であることに起因する課題を解消することができる。
【００２４】
トルクフィードバックのための目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊は、操向車輪３側に作用する力（トルク）に基づいて決定される。具体的には、図３に示すように、操向車輪３に作用する軸力Ｆに相当する出力軸側トルク（単に「出力側トルク」という場合もある）Ｔ_ｏに基づいて決定される。モータ１１制御に出力側トルクＴ_ｏに基づくフィードバックを行ってモータ１１を制御することで、適切な制御が行われる。
【００２５】
制御部１２は、出力側トルクＴ_ｏに対応する目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊を予め規定した「出力側トルク−目標操舵トルク関係情報」１３を備えている。具体的には、出力側トルク値Ｔ_ｏに対応する目標操舵トルク値Ｔ_ｉ ^＊が出力トルク値Ｔ_ｏ毎に規定された「出力側トルクＴ_ｏ−目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊関係マップデータ」１３である。出力側トルクＴ_ｏが決まれば、このマップデータ１３によって、一義的に目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊が決まるようになっている。「出力側トルク−目標操舵トルク関係情報」として、マップデータ１３のような形式をとることで、データ量が多くなるものの、出力側トルクＴ_ｏに対する目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊の関係が非線形である場合など、演算で求めると複雑な場合であっても容易に対応でき、目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊を適切に決定できる。
なお、目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊は、出力側トルクＴ_ｏの何％であるというように、両者が簡単な関係にある場合には、マップデータ１３に代えて、当該関係を示す関数を「出力側トルク−目標操舵トルク関係情報」とすることができる。
【００２６】
図４は、マップデータ１３の一例を示しており、出力側トルクＴ_ｏが小さいときには、アシストトルクＴ_ａがほとんど発生しないようにし、出力側トルクＴ_ｏが所定値よりも大きくなったときに、所定のアシストトルクＴ_ａを発生するようにしたものである。図４では、実線で示す目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊に対する検出トルクＴ_ｉの変動幅を点線で示している。実際の検出トルクＴ_ｉは、操舵機構４の機械系摩擦による摩擦トルクＴ_ｆによる変動が含まれたものとなっており、この検出トルクＴ_ｉと目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊の偏差に基づいてモータ１１制御が行われる。
【００２７】
出力側トルクＴ_ｏは、操舵機構４における車輪３の近傍で軸力Ｆをセンサによって直接検出することによって求めることもできるが、本発明では、演算によって求めているため、そのようなセンサが不要である。具体的には、出力側トルクＴ_ｏは、図３に示すように、モータ１１よりも上流側にあるトルクセンサ１０で検出された検出トルクＴ_ｉを利用し、さらにモータ電流Ｉ_ｍを用いて求めることができる。すなわち、車輪３に作用する軸力に相当する出力側トルクＴ_ｏは、検出トルクＴ_ｉとモータアシストトルクＴ_ａの和に等しい。そして、モータアシストトルクＴ_ａは、モータ電流Ｉ_ｍとモータのトルク定数Ｋ_ｔとから、Ｔ_ａ＝Ｋ_ｔ・Ｉ_ｍとして求めることができる。
【００２８】
結局、出力側トルクＴ_ｏは、次の式（ａ）に基づいて求めることができる。
Ｔ_ｏ＝Ｔ_ｉ＋Ｔ_ａ＝Ｔ_ｉ＋Ｋ_ｔ・Ｉ_ｍ ……（ａ）
【００２９】
以上のように、出力側トルクＴｏを直接検出することなく、演算によって求め、当該出力側トルクＴ_ｏからマップ１３に基づいて目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊を求めることで、トルクフィードバックによるモータ制御を行うことができる。
【００３０】
図５は、出力側トルクＴ_ｏを求めるための他の例を示している。図３の例では、静的状態しか考慮されていないが、図５の例では、速い切り返しのような動的状態を考慮したものである。ここでは、系のダイナミクス（慣性、粘性）を考慮して、出力側トルクＴ_ｏを算出している。トーションバーよりも下流側の慣性（操舵系バネ下慣性）をＪ、トーションバーよりも下流側の粘性（操舵系バネ下粘性）をＣとし、さらに、操舵角速度をδ’、操舵角加速度をδ”とすると、慣性トルクはＪδ”であり、粘性トルクはＣδ’であるから、これらを考慮した出力側トルクは、次の式（ｂ）に基づいて求めることができる。
Ｔ_ｏ＝Ｔ_ｉ＋Ｋ_ｔ・Ｉ_ｍ＋（Ｊδ”−Ｃδ’） ……（ｂ）
なお、操舵角速度δ’及び操舵角加速度δ”は、操舵角δから演算によって求めることができる。
以上のようにして、出力側トルクＴ_ｏが求まれば、図３の例と同様に、目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊を決定することができる。ここでは、動的状態を考慮して出力側トルクＴ_ｏを決めているため、ハンドル２を切り込んでいく途中や切り返しの瞬間にも適切な操舵感が得られる。
【００３１】
図６は、出力側トルクＴ_ｏを求めるための更なる他の例を示している。
出力側トルクＴ_ｏを求めるための基礎となるデータ（検出トルクＴ_ｉ、操舵角δ、モータ電流Ｉ_ｍ）などがオフセット・ゲイン変動等によって経時的に変化した場合、これを補正しなければ、適切に目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊を決定することができない。
【００３２】
補正を行うための補正係数として、本例では、車両の定常旋回状態にあるときの車両挙動状態値を利用している。すなわち、制御部１２は、車両挙動状態値としての横加速度Ｇ_ｙと、出力側トルクＴ_ｏの関係についての希望特性データ１５を有している。以下では、希望特性を得るためのＴ_ｏ／Ｇ_ｙの値を（Ｔ_ｏ ^＊／Ｇ_ｙ ^＊）として表す。
【００３３】
出力側トルクＴ_ｏを求めるための基礎データが変化したときのＴ_ｏ／Ｇｙの値を（Ｔ_ｏ’／Ｇ_ｙ’）とすると、補正係数γは次の式（ｃ）に基づいて求めることができる。なお、Ｔ_ｏ’は補正前の出力側トルクであり、Ｇｙ’は車両が定常旋回状態にあるときの検出された横加速度である。
γ＝（Ｔ_ｏ ^＊／Ｇ_ｙ ^＊）／（Ｔ_ｏ’／Ｇ_ｙ’） ……（ｃ）
【００３４】
したがって、補正された出力側トルクＴ_ｏは、次の式（ｄ）に基づいて求めることができる。
Ｔ_ｏ＝γ・Ｔ_ｏ’ ……（ｄ）
よって、（Ｔ_ｏ’／Ｇ_ｙ’）が希望特性（Ｔ_ｏ ^＊／Ｇ_ｙ ^＊）と一致しない場合であっても、車両の定常旋回時にあるときに、出力側トルクが適切に補正される。
【００３５】
そして、補正出力側トルクＴ_ｏが求まると、図３の例と同様に、マップ１３によって目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊が適切に求まる。
なお、図６では、補正係数γ演算機能を補正係数演算部１６として示し、補正係数γに基づいて出力側トルクＴ_ｏ’を補正する機能を補正部１７として示している。
また、（Ｔ_ｏ’／Ｇ_ｙ’）や（Ｔ_ｏ ^＊／Ｇ_ｙ ^＊）は、出力側トルクと横加速度（車両挙動状態）との関係が規定されているものであればよく、具体的な値としては、（Ｇ_ｙ’／Ｔ_ｏ’）や（Ｇ_ｙ ^＊／Ｔ_ｏ ^＊）であってもよい。さらに、車両挙動状態としては、横加速度に限らず、ヨーレート等であってもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、電動パワーステアリング装置におけるトルクフィードバック系を簡単に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動パワーステアリングの概略構成図である。
【図２】制御部における制御（目標操舵トルクＴ_ｉ ^＊とトルクセンサの検出トルクＴ_ｉとの偏差に基づくモータ制御）を示すブロック線図である。
【図３】目標操舵トルクの演算方式を示すブロック図である。
【図４】Ｔ_ｏ−Ｔ_ｉ ^＊マップに相当するＴ_ｏ−Ｔ_ｉ ^＊関係図である。
【図５】目標操舵トルクの演算方式の他の例を示すブロック図である。
【図６】目標操舵トルクの演算方式のさらに他の例を示すブロック図である。
【図７】従来の電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図８】従来の制御部における制御を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１電動パワーステアリング装置
２操舵部材
３操向車輪
４操舵機構
１０トルク・回転角センサ（トルクセンサ）
１１電動モータ
１３Ｔ_ｏ−Ｔ_ｉ ^＊マップ（出力側トルク−目標操舵トルク関係情報）
１４出力側トルク算出部（出力側トルクを算出する手段）
Ｔ_ｉ検出トルク（操舵トルク）
Ｔ_ｉ ^＊目標操舵トルク
Ｔ_ａモータアシストトルク
Ｔ_ｏ出力軸側トルク（出力側トルク）
Ｉ_ｍモータ電流
Ｉ_ｍ ^＊目標電流[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering device.
[0002]
Problems to be solved by the prior art and the invention
As shown in FIG. 7, the conventional electric power steering apparatus includes a torque sensor 103 for detecting a steering torque upstream of the assist motor 101 (on the side of the steering wheel 102), and a control unit (ECU) 104 includes a torque sensor The control for the motor 101 is performed based on the detected torque value of the motor 103.
As shown in FIG. 8, in the control of the motor 101, based on the detected value _{T i} of the sensor 103, the torque - the current map (assist map), defines the target current _I ^m of the motor 101 ^*, the actual current I _The basic configuration is to control the voltage applied to the motor 101 by current feedback so that _m approaches the target current _Im ^* .
[0003]
Based on this basic control, various compensation logics are used for various contradictory phenomena and phenomena requiring improvement in order to increase the assist response or conversely avoid being too sensitive to torque fluctuations. It is about to be put to practical use.
However, since the above basic control is an open control system with respect to “steering torque”, it has the following essential problems (1) to (5).
[0004]
(1) Assist is also applied to the torque due to the friction between the tie rod 105 from the torque sensor 103, and the assist always acts, the midpoint becomes unclear, and the straightness deteriorates (flat). That is, even if a torque is given from the driver side, if the torque is smaller than the friction, the torque does not act on the tire side, but the torque sensor 103 also detects the torque, so that unnecessary assist is provided. A force is generated, which deteriorates straightness.
[0005]
(2) As a countermeasure of the above (1), it is conceivable to provide a dead zone in the neutral region of the assist map so that the assist force is not generated in the neutral region, but the dead zone corresponding to the friction is appropriately set. Is required. That is, since the friction varies depending on the gear, if the set value of the dead zone is smaller than the total sum of the frictions, the problem will not be solved. If the set value is large, the response delay at the start of steering and the feeling of discontinuity of the steering will be felt.
(3) Moreover, even if the above-mentioned dead zone is properly set, there remains a serious problem that the wobble during steering is not eliminated.
(4) In the case of a column electric power steering having many frictional elements, it is particularly difficult to set a dead zone.
(5) In the steering transient state, the relationship between the steering torque and the self-aligning torque (SAT) is not unique, and it takes time to reach a steady state (stabilize) (similarly when the SAT fluctuates). Therefore, the above problem (3) is promoted.
[0006]
The inventor paid attention to configuring a torque feedback system for the steering torque in order to solve the above-mentioned problem caused by the open control system for the "steering torque". Here, as an ideal torque feedback system, the torque (or axial force) actually acting on the tire side is detected, and the detected value is controlled so as to approach the target torque. In a system in which the torque sensor 103 is disposed on the upstream side (the handle 102 side), if this is to be performed, a sensor that detects torque (or axial force) at a position close to the tire (downstream from the motor 101) is used. It must be provided separately, which leads to an increase in cost.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-163873 discloses a technique for controlling a detected steering torque to follow a target torque. Patent Literature 1 discloses, as a conventional technique, a device that sets a target steering torque according to a steering angle and a vehicle speed, determines an assist current command value based on the steering torque, the target steering torque, and the motor current to control a motor (hereinafter, referred to as a device). "Prior art 1" is described (see paragraph [0014] of Patent Document 1).
Patent Document 1 points out that Prior Art 1 can provide a stable feeling against a decrease in road surface reaction force (see paragraph [0015] of Patent Document 1).
[0008]
However, in Patent Literature 1, in the prior art 1, the target steering torque is uniquely determined and controlled with respect to the vehicle speed and the steering angle even when the road surface reaction force changes. The problem is that the road surface information is not transmitted to the driver (it is difficult to transmit), for example, the steering feeling is the same as when traveling on a dry asphalt road even when driving, and the steering feeling is unnatural. (See paragraphs [0016] to [0018] of Patent Document 1).
[0009]
In view of this, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-157572 discloses a device for estimating a reaction force on a road surface based on a motor current value or a motor current value and a steering torque with respect to a target torque, and estimates an input steering angle, vehicle speed, and the like. A technique for setting a target torque based on a reaction force of a road surface (hereinafter, referred to as “prior art 2”) has been proposed (see Patent Literature 1 Claims).
[0010]
However, in Prior Art 2, following the basic principle in Prior Art 1 of determining a target steering torque based on a steering angle and a vehicle speed in order to realize a steering feeling that is not affected by a change in “road surface reaction force”, In order to avoid unnatural steering feeling, the method of considering the "road surface reaction force" when setting the target steering torque is adopted, so the configuration for setting the target steering torque becomes very complicated. I have.
[0011]
According to the present invention, a torque feedback system is configured with a simple configuration using new technical means without employing the basic principle (determining a target steering torque based on a steering angle and a vehicle speed) in the prior art 1 and the prior art 2. What you are trying to do.
That is, an object of the present invention is to configure a torque feedback system with a simple configuration.
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-160653
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a motor provided in the middle of a steering mechanism from a steering member to a steered wheel and providing an assist torque, a torque sensor for detecting a steering torque on the steering member side of the motor, a target steering torque generated And a means for controlling the motor based on a deviation between the detected torque of the torque sensor and the motor. The motor is controlled based on a deviation between the generated target steering torque and the detected torque of the torque sensor. , A torque feedback system is formed.
[0014]
Further, in the present invention, in order to determine the target steering torque, a means for calculating an output torque based on the detected torque and the assist torque, and an output which defines the target steering torque corresponding to the output torque in advance. Means for obtaining the target steering torque from the output torque based on the side torque-target steering torque relationship information. By calculating the output side torque in this way, it is possible to obtain (an approximate value of) the torque corresponding to the axial force applied to the tire side without directly detecting it with a sensor or the like. Moreover, in the present invention, the target steering torque corresponding to the output torque is specified in advance by the output torque-target steering torque relation information, and if the output torque is calculated, the target steering torque can be easily determined. Can be. Here, the "output side torque-target steering torque relationship information" can be embodied as map data that uniquely defines the correspondence between the two, or as a functional expression that uniquely defines the relationship between the two.
[0015]
It should be noted that also in the prior art 2, steering torque (detected torque in the present invention) and motor torque (assist torque in the present invention) are used as elements for determining the target steering torque (see paragraph [0038] of Patent Document 1). ] To [0041]).
However, in the prior art 2, as described above, the basic principle is to determine the target steering torque based on the steering angle and the vehicle speed, which is fundamentally different from the present invention which does not employ this. In Prior Art 2, since the steering torque and the motor torque are used to estimate the road surface reaction force (road surface friction coefficient) based on the basic principle described above, the method of obtaining the target steering torque becomes very complicated. I have.
On the other hand, in the present invention, the output torque acting on the wheel side is calculated based on the detected torque and the assist torque, and the target steering torque is unambiguously determined from the output torque by the output torque-target steering torque relation information. Therefore, if the output torque can be calculated, the target steering torque can be easily determined.
[0016]
Several examples are assumed for obtaining the output torque according to the present invention. For example, as the simplest example, the output torque can be calculated as the sum of the detected torque and the assist torque. That is, the output-side torque _{T o,} the detected torque _{T i,} when the motor assist torque and _{T _a,} expressed as _{_{T o = T i + T a}} .
The assist torque of the motor can be obtained, for example, from the motor current and the motor torque constant. In this case, the assist torque can be obtained by detecting the motor current. That is, when the motor current _{I m,} the torque constant of the motor and _{K _t,} the _{_{T a = K t · I m}} . _Therefore, it is _{_{T o = T i + K t}} · I m.
[0017]
Further, the dynamic state (the state affected by the dynamics (inertia or viscosity) of the system) such as fast turning steering is not considered only with the detected torque and the assist torque. For example, while the steering member (the steering wheel) is being cut, the detected torque is added with the viscosity, so that the detected torque becomes larger than a static value (the detected torque includes the viscous torque). ), Since the output torque is calculated based on the detected torque, the output torque also increases. As a result, the target steering torque is determined by the large output side torque, so that the target steering torque is set higher than an assumed value, and the steering torque to be input from the steering member increases, and the steering becomes heavy.
Also, at the moment of turning back, the detected torque is added to the inertia, so that the detected torque becomes larger than a static value (the detected torque includes the torque of the inertia), and the target steering torque becomes The value is set higher than the assumed value, and the steering torque to be input from the steering member increases, and the steering becomes heavy.
[0018]
Therefore, it is preferable that the output-side torque is calculated such that the influence of the inertia and / or the viscosity of the system is excluded from the sum of the detected torque and the assist torque, and the influence is excluded. The effect of inertia (torque for inertia) occurs, for example, at the moment of turning back, and can be obtained from the inertia of the steering system and the steering angular acceleration. The effect of viscosity (torque for viscosity) is, for example, cut in It occurs on the way and can be obtained from the viscosity of the steering system and the steering angular velocity.
[0019]
In order to calculate the output side torque, various detection values (for example, the above detection torque, motor current, steering angular acceleration, steering angular velocity, etc.) are required. If it fluctuates due to fluctuations or the like, the output torque calculated based on these fluctuations also fluctuates, and consequently the target steering torque fluctuates.
Therefore, a means for correcting the calculated output torque based on the vehicle behavior state is provided, and the target steering torque is obtained based on the corrected output torque, so that the target torque is compensated for in a state where the fluctuation of the output torque is compensated. The steering torque can be determined. Here, as the vehicle behavior state, a lateral acceleration, a yaw rate, a side slip angle, or the like can be used.
[0020]
In order to correct the output side torque, for example, a “ratio of the output side torque to the vehicle behavior state” as a desired characteristic is defined in advance and compared with the actual “ratio of the output side torque to the vehicle behavior state”. , A correction coefficient, and a correction output torque can be obtained by the correction coefficient.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of an electric power steering device 1 in a vehicle. The electric power steering device 1 includes a steering mechanism 4 from a steering member (handle) 2 to a steered wheel 3. The steering mechanism 4 includes a steering shaft 5 connected to the steering member 2, and the rotation of the steering shaft 5 is converted into a linear motion in the left and right direction by a rack and pinion transmission mechanism 6, and the steering wheel is rotated via right and left tie rods 7. 3 is steered.
[0022]
The steering shaft 5 is provided with a torque / rotation angle sensor 10 that detects a steering torque and a steering angle at an intermediate position in the axial direction, and the steering shaft 5 is located on the upstream side of the sensor 10 (on the steering member 2 side). Is the input shaft 5a, and the downstream side of the sensor 10 is the output shaft 5b. The sensor 10 detects a steering torque (detected torque) T based on a relative angle difference between the input shaft 5a and the output shaft 5b due to a torsion of a torsion bar (not shown) interposed between the input shaft 5a and the output shaft 5b. _i is detected. The sensor 10 can also detect the rotation angle of the steering shaft 5 as the steering angle δ.
The output shaft 5b on the downstream side of the sensor 10 is provided with an electric motor 11 for providing _a steering assist force (assist torque T _a ). A force F is applied.
[0023]
The motor 11 is controlled by a control unit (ECU) 12. As shown in FIG. 2, the motor 11, the detected value of the current flowing through the motor 11 (motor current) I _m is the voltage applied to the motor 11 is controlled by the current feedback so as to approach the target current value I _m ^* As a result, a necessary motor assist torque _Ta is generated.
^* Target current value I _m for the current feedback is determined based on the deviation between the target steering torque T _i ^* and the detected torque (steering torque) T _i. That is, the control unit 12 forms a torque feedback system. Target current _I ^{m *,} for _example, be determined on the basis of ^{_{_{^{I m * = K p (T}}}} i * -T i) + K i ∫ (T i * -T i) dt equation. By configuring such a torque feedback system, it is possible to solve the problem caused by open control with respect to torque.
[0024]
The target steering torque T _i ^* for torque feedback is determined based on the force (torque) acting on the steered wheels 3. Specifically, as shown in FIG. 3, the output shaft side torque corresponding to the axial force F acting on the steering wheel 3 (sometimes simply referred to as "output-side torque") is determined based on the T _o. By controlling the motor 11 by performing a feedback based on the output-side torque T _o to the motor 11 the control, suitable control is performed.
[0025]
Control unit 12, the target steering torque T _i ^* was defined in advance corresponding to the output-side torque T _o - and a "output torque target steering torque relationship information" 13. Specifically, the output-side torque T _o to a corresponding target steering torque value T _i ^* output torque value T _o is defined for each "output side torque T _o - target steering torque T _i ^* relation map data" 13 It is. Once the output side torque T _o, by the map data 13, are uniquely adapted to the target steering torque T _i ^* determined. As - "output-side torque target steering torque relationship information", by taking the form such as map data 13, although the amount of data increases, the relationship between the target steering torque T _i ^* is a non-linear with respect to the output-side torque T _o In such a case, it is possible to easily cope with a complicated case obtained by calculation, and the target steering torque T _i ^* can be appropriately determined.
If the target steering torque T _i ^* has a simple relationship, such as what percentage of the output torque T _o , a function indicating the relationship is used instead of the map data 13 as “output”. Side torque-target steering torque-related information ".
[0026]
Figure 4 shows an example of map data 13, when the output side torque T _o is small, when as the assist torque T _a hardly occurs, the output-side torque T _o is greater than a predetermined value, is obtained so as to generate a predetermined assist torque T _a. In FIG. 4, the fluctuation range of the detected torque T _i with respect to the target steering torque T _i ^* indicated by a solid line is indicated by a dotted line. Actual detected torque T _i is adapted to that contain variation due to the friction torque T _f by mechanical friction of the steering mechanism 4, on the basis of the detected torque T _i and the target steering torque T _i ^* deviation of the motor 11 control is performed.
[0027]
Output torque T _o is can also be determined by detecting directly by sensors axial force F in the vicinity of the wheel 3 in the steering mechanism 4, in the present invention, since the seeking by calculation, such a sensor is not required It is. Specifically, the output-side torque T _o, as shown in FIG. 3, using the detected torque T _i detected by the torque sensor 10 on the upstream side of the motor 11, further using a motor current I _m You can ask. That is, the output-side torque T _o which corresponds to the axial force acting on the wheel 3 is equal to the sum of the detected torque T _i and the motor assist torque T _a. Then, the motor assist torque _{T a} from the motor current _{I m} and the motor torque constant _{K _t,} can be obtained as T _{a =} K t · _{I m.}
[0028]
Eventually, the output-side torque T _o can be determined based on the following equation (a).
_{_{_{_{T o = T i + T a}}}} = T i + K t · I m ...... (a)
[0029]
As described above, without detecting the output side torque To directly determined by calculation, that the said output torque T _o on the basis of the map 13 obtains a target steering torque T _i ^*, performs motor control by the torque feedback be able to.
[0030]
FIG. 5 shows another example for _obtaining the output torque To. In the example of FIG. 3, only the static state is considered, but in the example of FIG. 5, a dynamic state such as fast switching is considered. Here, considering the dynamics (inertia, viscosity) of the system, and calculates the output-side torque T _o. The inertia downstream of the torsion bar (unsprung inertia of the steering system) is J, the viscosity downstream of the torsion bar (unsprung viscosity of the steering system) is C, the steering angular velocity is δ ', and the steering angular acceleration is δ. ", The inertia torque is Jδ", and the viscous torque is Cδ '. Therefore, the output torque taking these factors into consideration can be obtained based on the following equation (b).
_{_{_{T o = T i + K t}}} · I m + (Jδ "-Cδ ') ...... (b)
Note that the steering angular velocity δ ′ and the steering angular acceleration δ ″ can be obtained by calculation from the steering angle δ.
As described above, the output-side torque T _o is determined, as in the example of FIG. 3, it is possible to determine the target steering torque T _i ^*. Here, since the decided output torque T _o in view of the dynamic state, an appropriate steering feeling can be obtained even at the moment of the middle and crosscut going trim the handle 2.
[0031]
FIG. 6 shows still another example for _obtaining the output torque To.
If the data (detected torque T _i , steering angle δ, motor current _Im ), etc., which are the basis for _{obtaining the} output torque To, change over time due to offset / gain fluctuations, etc., this must be corrected. The target steering torque T _i ^* cannot be determined properly.
[0032]
In this example, a vehicle behavior state value when the vehicle is in a steady turning state is used as a correction coefficient for performing the correction. That is, the control unit 12 includes a lateral acceleration G _y of the vehicle behavior state value, a desired characteristic data 15 of the relationship between the output-side torque T _o. In the following, it represents the value of _T o / _{G y} to obtain the desired properties as _{^{_{^{(T o * / G y *}}}} ).
[0033]
If the value of T _{o /} Gy when the basic data for determining the output side torque T _o has changed _{_{(T o '/ G y'}} ), the correction coefficient γ be determined based on the following equation (c) Can be. Incidentally, T o _'is the output-side torque before correction, Gy' is detected lateral acceleration when the vehicle is in the steady turning state.
_{^{_{^{γ = (T o * / G}}}} y *) / (T o '/ G y') ...... (c)
[0034]
Thus, corrected output side torque T _o can be determined based on the following equation (d).
T _o = γ · T _o '(d)
Therefore, the _{_{(T o '/ G y'}} ) even if it does not match the desired characteristic _{^{_{(T o * / G y *}}} ), when in the steady turning of the vehicle, the output-side torque is properly corrected .
[0035]
When the corrected output torque T _o is obtained, as in the example of FIG. 3, the target steering torque T _i ^* is determined to correct the map 13.
In FIG. 6 shows the correction coefficient γ calculation functions as a correction coefficient calculating unit 16 shows a function of correcting the output side torque T _{o 'based} on the correction coefficient γ as the correction unit 17.
_{_{Further, (T o '/ G y}} ') and _{^{_{^{(T o * / G y *}}}} ) is not limited as long as the relationship between the output-side torque and lateral acceleration (vehicle behavior state) is defined, specifically as a value, it may be a _{_{(G y '/ T o'}} ) and _{^{_{^{(G y * / T o *}}}} ). Further, the vehicle behavior state is not limited to the lateral acceleration, and may be a yaw rate or the like.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, the torque feedback system in the electric power steering device can be simply configured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric power steering.
FIG. 2 is a block diagram illustrating control (motor control based on a deviation between a target steering torque T _i ^* and a detected torque T _i of a torque sensor) by a control unit.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a method of calculating a target steering torque.
FIG. 4 is a _T o _-T ^{i *} relationship diagram that corresponds to the _T o _-T ^{i *} map.
FIG. 5 is a block diagram showing another example of a method of calculating a target steering torque.
FIG. 6 is a block diagram showing still another example of a method of calculating a target steering torque.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a conventional electric power steering device.
FIG. 8 is a block diagram showing control in a conventional control unit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric power steering device 2 Steering member 3 Steering wheel 4 Steering mechanism 10 Torque / rotation angle sensor (torque sensor)
11 electric motor 13 _T o _-T ^{i *} map (the output side torque - target steering torque related information)
14 Output-side torque calculator (means for calculating output-side torque)
_Ti detection torque (steering torque)
T _i ^* Target steering torque _Ta aMotor assist torque To _oOutput shaft side torque (output side torque)
_Im Motor current _Im ^* Target current

Claims

操舵部材から操向車輪に至る操舵機構の途中に備わってアシストトルクを与えるモータと、
当該モータよりも前記操舵部材側で操舵トルクを検出するトルクセンサと、
生成された目標操舵トルクと前記トルクセンサの検出トルクとの偏差に基づいて前記モータを制御する手段と、
を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記目標操舵トルクを決定するために、前記検出トルク及び前記アシストトルクに基づいて出力側トルクを算出する手段と、
前記出力側トルクに対応する前記目標操舵トルクを予め規定した出力側トルク−目標操舵トルク関係情報に基づいて、前記出力側トルクから前記目標操舵トルクを求める手段と、を備えている
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。A motor provided in the middle of the steering mechanism from the steering member to the steered wheels to provide assist torque,
A torque sensor that detects a steering torque on the steering member side of the motor,
Means for controlling the motor based on a deviation between the generated target steering torque and the detected torque of the torque sensor,
In an electric power steering device provided with
Means for calculating an output torque based on the detected torque and the assist torque to determine the target steering torque;
Means for obtaining the target steering torque from the output torque based on output torque-target steering torque relation information that predefines the target steering torque corresponding to the output torque. Electric power steering device.

前記出力側トルクは、前記検出トルク及び前記アシストトルクの和として算出されることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the output torque is calculated as a sum of the detected torque and the assist torque.

前記出力側トルクは、前記検出トルク及び前記アシストトルクの和に、系の慣性及び／又は粘性による影響を除外して算出されることを特徴とする請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the output torque is calculated by adding an influence of inertia and / or viscosity of a system to a sum of the detected torque and the assist torque.

算出された前記出力側トルクを、車両挙動状態に基づいて補正する手段を備え、補正された出力側トルクによって前記目標操舵トルクが求められることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。4. The apparatus according to claim 1, further comprising a unit configured to correct the calculated output torque based on a vehicle behavior state, wherein the target steering torque is obtained based on the corrected output torque. 5. Electric power steering device.