JP2004299490A

JP2004299490A - Electric power steering device of automobile

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Publication number: JP2004299490A
Application number: JP2003093414A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Terada; 哲也寺田; Tsutomu Iname; 力稲目
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power steering device of an automobile capable of stably and accurately reproducing a target steering force by a control system. <P>SOLUTION: This electric power steering device of an automobile has a first control part 18 setting a control quantity of an electric motor in a manner to reduce an actual steering force, a second control part 20 setting a target steering force from a steering angle and setting a control quantity of the electric motor in a manner that the target steering force is equal to the actual steering force, and an electric motor control part 22 feedback controlling the electric motor by a control quantity with control quantities of the first control part and the second control part added. The second control part 20 has a feed forward control quantity calculation means 40, Kff calculating a feed forward control quantity (=f(θ)-g(θ)) for reducing deviation between a base steering force, namely a steering force against a steering angle unique to an applied vehicle kind and the target steering force, and adding the feed forward control quantity to the control quantity of the electric motor based on the steering angle. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の電動パワーステアリング装置に係わり、特に、電動モータによりハンドルの操舵をアシストする自動車の電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、例えば、特開平８−３３２９６４号公報等に示されているような、電動機の動力をステアリング系に作用させて操作力の低減を図るようにした電動パワーステアリング装置が使用されるようになってきている。この電動パワーステアリング装置は、操舵力検出手段を備え、この操舵力検出手段により運転者の操舵力（操舵トルク）を検出すると共に、同時に車速に基づき所定補正トルクを発生させるように電動機への駆動電流を制御し、運転者の操舵力の軽減を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような電動パワーステアリング装置を設計する場合、良好な操舵フィーリングと高い操安性能を得るためには、操舵角に対する操舵力の特性（以下「操舵力特性」という）を所望の操舵力特性（目標操舵力特性）となるように設定する必要がある。
従来は、電動パワーステアリングを構成するトーションバーやパワーアシストなどの構成部品の特性をチューニング（作り込み）することにより、所望の操舵力特性（目標操舵力特性）となるように設定していた。しかし、これら特性のチューニング（作り込み）には、高価なシステムや多くの工数が必要であった。
また、構成部品の特性ばらつきが原因で精度良く目標操舵力特性を設定することも難しいという状況がある。
【０００４】
そこで、本出願人は、この課題を解決するために、特願２００２‐９５９７０号（２００２年３月２９日出願）を出願し、操舵力を操舵角の関数モデルとして表現した操舵力特性モデルを設定し制御することにより、簡便かつ精度良く目標操舵力特性を設定可能とし、操舵フィールと操安性能を向上させた自動車の電動パワーステアリング装置を提案した。
【０００５】
一方、この目標操舵力特性から操舵角に対する目標操舵力が定まり、この目標操舵力とトルクセンサから得られる実操舵力が一致するように目標操舵力と実操舵力との偏差フィードバック制御すれば良い。この偏差フィードバック用の制御ゲインを大きくすると制御精度は向上するが、操舵状況によっては制御が発振する場合がある。
したがって、目標操舵力と実操舵力とが一致するようにフィードバック制御する場合には、制御精度の向上と制御の発振防止を両立させる必要がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる自動車の電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、目標操舵力と実操舵力とが一致するようにフィードバック制御する場合でも、制御精度を向上させると共に制御の発振を防止することが出来る自動車の電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、電動モータによりハンドルの操舵をアシストする自動車の電動パワーステアリング装置であって、操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、操舵角を検出する操舵角センサと、実操舵力が小さくなるように電動モータの制御量を設定する第１制御部と、操舵角から目標操舵力を設定し、この目標操舵力と実操舵力が一致するように電動モータの制御量を設定する第２制御部と、これらの第１制御部及び第２制御部によるそれぞれの制御量を加算した制御量により電動モータをフィードバック制御する電動モータ制御部と、を有し、第２制御部が、適用車種固有の操舵角に対する操舵力であるベース操舵力と目標操舵力との偏差を小さくするフィードフォワード制御量を演算し、このフィードフォワード制御量を操舵角に基づいて電動モータの制御量に加算するフィードフォワード制御量演算手段を有することを特徴としている。
【０００８】
このように構成された本発明においては、第２制御部が、操舵角から目標操舵力を設定し、この目標操舵力と実操舵力が一致するように電動モータの制御量を設定すると共に、フィードフォワード制御量演算手段が、ベース操舵力と目標操舵力との偏差を小さくするためのフィードフォワード制御量を演算し、このフィードフォワード制御量を操舵角に基づいて電動モータの制御量に加算するようにしているので、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる。
さらに、本発明においては、第２制御部が、操舵角から設定された目標操舵力と実操舵力が一致するように電動モータの制御量を設定するとき、フィードフォワード制御量を操舵角に基づいて電動モータの制御量に加算するようにしているので、目標操舵力と実操舵力との偏差を実操舵力が発生するより早い位相で小さくすることができ、その結果、目標操舵力と実操舵力との偏差フィードバック用の制御ゲインを小さくすることができ、これにより、制御精度を向上させると共に制御の発振を防止することが出来る。
【０００９】
また、本発明において、好ましくは、フィードフォワード演算手段により演算されるフィードフォワード制御量は、目標操舵力とベース操舵力の予測値（予測ベース操舵力）との偏差である。
このように構成された本発明によれば、目標操舵力と予測ベース操舵力との偏差をフィードフォワード制御量として加算しているので、目標操舵力と実操舵力との偏差を実操舵力が発生するより早い位相で小さくすることができ、その結果、目標操舵力を安定して制度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることが出来る。
【００１０】
さらに、本発明において、好ましくは、フィードフォワード演算手段により演算されるフォードフォワード制御量は、ベース操舵力の予測値（予測ベース操舵力）を所定の割合だけキャンセルすることができる量である。
このように構成された本発明によれば、ベース操舵力の予測値（予測ベース操舵力）を所定の割合だけキャンセルすることができる量をフィードフォワード制御量として加算しているので、目標操舵力と実操舵力との偏差を実操舵力が発生するより早い位相で小さくすることができ、その結果、目標操舵力を安定して制度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることが出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用される自動車の電動パワーステアリング装置の一例を示す斜視図である。この図１に示すように、自動車の電動パワーステアリング装置１は、ハンドル（ステアリングホィール）２を備え、このハンドル２は、ステアリングシャフト４の上端に連結されており、ハンドル２を操作する操舵力がスタアリングシャフト４に伝達されるようになっている。このステアリングシャフト４の下端部には自在継手を介して中間シャフト６の上端が連結され、この中間シャフト６の下端には、ステアリングギヤボックス８が設けられている。このステアリングギヤボックス８の両側にはタイロッド１０が連結されており、これらの各タイロッド１０にはタイヤ（車輪）１２が取り付けられている。
【００１２】
ここで、ステアリングギヤボックス８の内部には、ラック・ピニオン機構（図示せず）が設けられており、このピニオンには、中間シャフト６の下端が連結されている。一方、ラックの両端部には上述したようにタイロッド１０を介してタイヤ１２が連結されている。
ステアリングギヤボックス８には、減速ギヤ（図示せず）を介してピニオン側に力を付与する電動モータ１４が設けられ、さらに、減速ギヤと中間シャフト６の間にはトルクセンサ（図示せず）が配置されている。このトルクセンサは、中間シャフト６に作用している操舵トルク（実操舵力）を検出するためのものである。
これらの電動モータ１４及びトルクセンサは、それぞれ制御ユニット１６に接続されている。
この制御ユニット１６は、後述する第１制御部（通常のアシスト制御部）、第２制御部（センターフィール補償制御部）、及び、モータ電流制御部から構成されており、トルクセンサの検出値（実操舵力）及び車速等に基づき、トルクセンサの検出値が小さくなるようにすると共に目標操舵力特性を実現するように、電動モータ１４が制御されるようになっている。
【００１３】
次に、図２及び図３を参照して、本発明の電動パワーステアリング装置に適用される操舵力特性モデルを説明する。
先ず、操舵力特性モデルは、高車速且つほぼ直進状態の走行時に適用可能である。ここで、高車速とは、約８０ｋｍ／ｈ〜約１３０ｋｍ／ｈ程度の速度であり、ほぼ直進状態とは、ハンドルをゆっくりと操作する状態、具体的には、０．２Ｈｚの正弦波でハンドルを操作し横向加速度（横Ｇ）が０．２Ｇ以下となるような操舵状態を想定している。
【００１４】
このような高速直進時の操舵力特性を、ばね成分（操舵角を含む非線形の関数で表される）、粘性成分（操舵角速度に比例する）、摩擦成分（操舵角速度を含む非線形関数で表される）とに分解することにより、実際の操舵力特性を精度良く表現できる操舵力特性モデル（操舵力を操舵角の関数モデルとして表現したもの）を設定した。
【００１５】
次に、図２及び図３により、操舵力特性モデルの内容を詳細に説明する。図２は、操舵力特性モデルを示す図であり、図３は、この操舵力特性モデルにおけるばね成分、粘性成分及び摩擦成分を示す図である。
操舵力特性モデルは、図２に示すように、ばね成分、粘性成分、及び、摩擦成分からなるモデルである。なお、本発明は、高速直進走行時の操舵力特性を対象したものであるため、ハンドルは、上述したようにゆっくりと操舵される（０．２Ｈｚの正弦波）ため、慣性成分は含まないモデルとなっている。
【００１６】
ばね成分は、以下の式（数１）に示す指数関数として設定する。この式（数１）において、θは操舵角であり、Ｋｐ及びＴｐは、ばね成分の特性パラメータである。ばね成分は、基本的には、操舵角にほぼ比例するが、所定の操舵角以上となると飽和状態となるため、特性パラメータＫｐはこの飽和状態に対応し、特性パラメータＴｐは、指数関数の時定数を示している。このように、ばね成分を示す式（数１）は、非線形関数となっている。
このように、ばね成分は、操舵角を含む非線形の関数で表されるものと定義される。
【数１】

【００１７】
粘性成分は、操舵角速度に比例した力であり、以下の式（数２）により示されている。この式（数２）において、Ｋｄは、粘性成分の特性パタメータである。このように粘性成分は、操舵角速度に比例するものとして定義される。
【数２】

【００１８】
摩擦成分は、操舵角速度が小さいときは操舵角速度にほぼ比例した力であり、操舵角速度が大きくなると一定の大きさの摩擦力（飽和状態）となる。この摩擦成分は、以下の式（数３）に示す指数関数として設定する。この式（数３）において、Ｋｆ及びＴｆが摩擦成分の特性パラメータである。特性パラメータＫｆはこの飽和状態に対応し、特性パラメータＴｆは、指数関数の時定数を示している。このように、摩擦成分を示す式（数３）は、非線形関数となっている。
このように、摩擦成分は、操舵角速度を含む非線形関数として定義される。
【数３】

【００１９】
このようにして、操舵力特性モデルにおいて、ばね成分、粘性成分、摩擦成分が設定され、操舵力（操舵トルク）はこれらの各成分の合計値として設定される。即ち、操舵力特性モデルは、以下の式となる。
【数４】

【００２０】
次に、図４乃至図７を参照して、本発明の自動車の電動パワーステアリング装置の実施形態を説明する。図４は本実施形態の制御ユニットを示すブロック図であり、図５は本実施形態の制御ユニットの第１制御部及び第２制御部の制御ゲインＫ１，Ｋ３の補正マップであり、図６は本実施形態による制御内容を示すフローチャートであり、図７は本実施形態による操舵力特性の変化を示す線図である。
【００２１】
先ず、図４により、制御ユニットの構成を説明する。制御ユニット１６は、第１制御部１８、第２制御部２０、及び、モータ電流制御部２２から構成されている。
また、本実施形態の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフト又は中間シャフトに作用している実操舵力（操舵トルク）を検出するためのトルクセンサ２４、横方向加速度（横Ｇ）を検出する横Ｇセンサ２６、車速を検出する車速センサ２８、操舵角を検出する操舵角センサ３０を備えており、これらの各センサの出力値が制御ユニット１６に入力されるようになっている。
【００２２】
第１制御部１８は、通常のアシスト制御を行なう制御部であり、トルクセンサ２４の出力値を小さくするように、即ち、操舵力を軽減する方向のアシスト力を発生させるように、電動モータ１４を制御するための制御部である。この第１制御部１８には、トルクセンサ２４からのトルクセンサ値が入力され、フィルタ３４によりノイズがカットされて（Ｔｓ１）となり、制御ゲインＫ１により基準目標電流Ｉ_０が演算されるようになっている。ここで、この制御ゲインＫ１は、後述するように、横Ｇセンサ２６及び車速センサ２８の値に基づいて設定される（図５参照）。
【００２３】
第２制御部２０は、センターフィール補償制御部であり、高車速（８０ｋｍ／ｈ以上）且つほぼ直進状態（例えば、０．２Ｈｚの正弦波で横Ｇが０．２Ｇ以下）の走行時（以下、「センターフィール感応域」と呼ぶ）に、予め設定した目標操舵力となるように電動モータ１４を制御するための制御部である。
第２制御部２０は、目標操舵力演算部３６を有し、この目標操舵力演算部３６には、操舵角センサ３０から操舵角の値が入力される。目標操舵力演算部３６は、この操舵角の値及び上述した式（数４）により表現された操舵力特性モデルを用いて、目標操舵力（ｆ（θ））を算出するようになっている。
第２制御部２０は、ローパスフィルタであるフィルタ３８を有し、このフィルタ３８により、センターフィール感応域に対応した帯域（例えば、０．２Ｈｚを含む帯域）のトルクセンサ２４のトルクセンサ値（Ｔｓ２）のみを入手できるようになっている。
【００２４】
第２制御部２０は、さらに、予測ベース操舵力演算部４０を備えている。この予測ベース操舵力演算部４０は、以下のような演算機能を有する。即ち、本実施形態によれば、目標操舵力演算部３６により、所望の操舵フィールを設定することができるが、本来、自動車は、車種毎に、固有の、操舵角に対する操舵力（ベース操舵力）を発生する。そのため、本実施形態では、予測ベース操舵力演算部４０により、適用車種のベース操舵力を、予め、操舵角を入力としたベース操舵力の特性モデル（ｇ（θ））から「予測べース操舵力」を演算するようにしている。ここで、ベース操舵力の特性モデル（ｇ（θ））は、上述した目標操舵力を算出するための式（数４）と同じであり、各特性パラメータ（Ｋｐ，Ｔｐ，Ｋｄ，Ｋｆ，Ｔｆ）は、その適用車種のベース操舵力に基づき、実験的に求めることができる。
【００２５】
次に、第２制御部２０では、目標操舵力演算部３６から出力された目標操舵力（ｆ（θ））とフィルタ３８によりフィルタ処理された実操舵力であるトルクセンサ値（Ｔｓ２）との偏差（＝目標操舵力−実操舵力）を求め、この偏差に、フィードバック制御ゲインＫｆｂを掛け、付与すべきフィードバック制御量としている。
また、目標操舵力演算部３６から出力された目標操舵力（ｆ（θ））と予測ベース操舵力演算部４０から出力された予測ベース操舵力（ｇ（θ））との偏差（＝ｆ（θ）‐ｇ（θ））を求め、この偏差に、フィードフォワード制御ゲインＫｆｆを掛け、付与すべきフィードフォワード制御量としている。
本実施形態では、モータ電流制御部２２ににおいて、目標操舵力と実操舵力が一致するようにフィードバック制御を行っているが、第２制御部２０において、これらのフィードバック制御量にフィードフォワード制御量が加算されるので、目標操舵力と実操舵力の偏差は、フィードフォワード制御量だけ、実操舵力が発生するより早い位相で小さくなる。
次に、フィードフォワード制御量が加算された補償制御量は、制御ゲインＫ３により、補正され、補償電流Ｉ_ｆを演算するようになっている。
ここで、この制御ゲインＫ３は、後述するように、横Ｇセンサ２６及び車速センサ２８の値に基づいて設定される（図５参照）。
【００２６】
次に、第１制御部２０から出力された基準目標電流Ｉ_０と補償電流Ｉ_ｆとが加算され、目標電流Ｉが算出される。具体的には、符号を、操舵力を減少させるためにアシスト力を増大する場合には（＋）、操舵力を増大させるためにアシスト力を減少させる場合には（−）としているため、基準目標電流Ｉ_０に対して補償目標電流Ｉ_ｆを減算する演算が行なわれる。
【００２７】
モータ電流制御部２２は、電動モータ１４に供給される電流が目標電流Ｉとなるようにするためのフィードバック制御を行なうための制御部である。このため、モータ電流制御部２２は、制御ゲインＫ２、比例積分制御を行なうＰＩ制御部４２、モータ特性補償部４４を有している。
このようにして演算されて電動モータ１４に供給される目標電流Ｉは、以下の式（数５）により表される。
【数５】

ここで、式（数５）において、（Ｉ）は目標電流、（Ｔｓ１）はフィルタ３４によりフィルタ処理された実操舵力であるトルクセンサ値、（Ｋ１）は第１制御部の制御ゲイン、（ｆ（θ））は式（数４）により演算された目標操舵力の値、（Ｔｓ２）はフィルタ３８によりフィルタ処理された実操舵力であるトルクセンサ値、（ｇ（θ））は式（数４）と同じ式により演算された予測ベース操舵力の値、（Ｋｆｂ）は第２制御部のフィードバック制御ゲイン、（Ｋｆｆ）は第２制御部のフィードフォワード制御ゲイン、（Ｋ３）は第２制御部の制御ゲインである。ここで、フィードフォワード制御ゲイン（Ｋｆｆ）は、「１」以下に設定する。
【００２８】
次に図５は、第１制御部及び第２制御部の制御ゲインの補正マップである。図５に示された補正マップは、センターフィール感応域、遷移領域Ｉ、遷移領域ＩＩ、非センターフィール感応域の４つの領域を有し、それぞれの領域において、制御ゲインＫ１（Ｋ１＝Ｋ１＊β），Ｋ３（Ｋ３＝Ｋ３＊α）の値が補正されるようになっている。ここで、α及びβは補正係数であり、０〜１の範囲で変化する。
先ず、センタフィール感応域においては、補正係数は、α＝１、β＝０と設定される。このため、第１制御部の制御ゲインＫ１は０となり、第１制御部による電動モータの電流制御は禁止される。一方、第２制御部の制御ゲインＫ３はそのまま使用されるので、第２制御部２０により、上述した操舵力特性モデルに基づいて予め設定された目標操舵力が発生するように、補償電流Ｉ_ｆが設定される。この結果、センターフィール感応域においては、所望の操舵力特性が得られ、操安性能が向上する。また、第１制御部１８と第２制御部２０が同時に作動することにより発生する制御ハンチング（制御干渉）も防止できる。
【００２９】
次に、非センターフィール感応域においては、補正係数は、α＝０、β＝１と設定される。このため、第２制御部の制御ゲインＫ３は０となり、第２制御部による電動モータの電流制御は禁止される。一方、第１制御部の制御ゲインＫ１はそのまま使用されるので、第１制御部１８により、トルクセンサ値が小さくなるように基準目標電流Ｉ_０が設定される。この結果、非センターフィール感応域においては、通常のアシスト制御が行なわれ、ステアリングの取り回し性能が向上する。また、第１制御部１８と第２制御部２０が同時に作動することにより発生する制御ハンチング（制御干渉）も防止できる。
【００３０】
次に、遷移領域Ｉは、自動車の走行状態が非センターフィール領域からセンターフィール感応域に変化する際に適用される領域である。この遷移領域Ｉにおいて、補正係数αは、０→１に変化し、補正係数βは、１→０に変化する。
また、遷移領域ＩＩは、自動車の走行状態がセンターフィール領域から非センターフィール感応域に変化する際に適用される領域である。この遷移領域ＩＩにおいて、補正係数αは、１→０に変化し、補正係数βは、０→１に変化する。
これらの遷移領域Ｉ，ＩＩにおいては、第１制御部において補正された制御ゲインＫ１に基づき基準目標電流Ｉ_０が設定され、第２制御部において補正された制御ゲインＫ３に基づき補償電流Ｉ_ｆが設定され、これらの電流が加算され、目標電流Ｉが算出される。この結果、これらの遷移領域Ｉ，ＩＩにおいては、通常のアシスト制御を行なうと共に併せて目標操舵力を得ることができ、これにより、操安性能が向上する。また、自動車の走行状態が、非センターフィール領域とセンターフィール感応域との間を移行する場合には、その移行方向により、異なる遷移領域を適用するようにしているので、第１制御部１８と第２制御部２０が同時に作動することにより発生する制御ハンチング（制御干渉）も防止できる。
【００３１】
次に、図６により、本実施形態による制御フローを説明する。ここで、図６においては、センターフィール感応域は、図５に示された「センターフィール感応域」、「遷移領域Ｉ」及び「遷移領域ＩＩ」の３つの領域を含む広義の意味で用いられている。なお、図６における「Ｓ」は、各ステップを示している。
この制御フローにおいては、先ず、Ｓ１において、各センサ値を入力する。具体的には、トルクセンサ２４、横Ｇセンサ２６、車速センサ２８、操舵角センサ３０からの各出力値である。次に、Ｓ２において、自動車の走行状態が、図５に示された車速及び横Ｇの値に基づき、センターフィール感応域か否かを判定する。
【００３２】
センターフィール感応域でなければ、図５に示す非センターフィール感応域であるため、この場合には、Ｓ３に進み、補償電流をＩ_ｆ＝０と設定し、これにより第２制御部による電動モータの電流制御を禁止する。
センターフィール感応域の場合には、Ｓ４に進み、第２制御部における補償電流Ｉｆを以下のように設定する。
Ｉ_ｆ＝｛（ｆ（θ）−Ｔｓ２）＊Ｋｆｂ＋（ｆ（θ）‐ｇ（θ））＊Ｋｆｆ｝＊Ｋ３
ここで、（ｆ（θ））は式（数４）により演算された目標操舵力の値、（Ｔｓ２）はフィルタ処理された実操舵力であるトルクセンサ値、（ｇ（θ））は式（数４）と同じ式により演算された予測ベース操舵力の値、（Ｋｆｂ）は第２制御部のフィードバック制御ゲイン、（Ｋｆｆ）は第２制御部のフィードフォワード制御ゲイン、（Ｋ３）は第２制御部の制御ゲインである。
【００３３】
次に、Ｓ５に進み、第１制御部の制御ゲインＫ１を図５（図５の遷移領域Ｉ、遷移領域ＩＩ、センターフィール感応域の３つの領域が適用される）に基づいて減少補正する。さらに、Ｓ６に進み、第１制御部における基準目標電流がＩ_０＝Ｔｓ１＊Ｋ１と設定する。ここで、（Ｔｓ１）はフィルタ３４によりフィルタ処理された実操舵力であるトルクセンサ値、（Ｋ１）は第１制御部の制御ゲインである。
次に、Ｓ７に進み、目標電流をＩ＝Ｉ_０ −Ｉ_ｆと設定する。さらに、Ｓ８に進み、この目標電流Ｉを電動モータに提供し、電動モータの電流制御を実行する。
【００３４】
次に、図７により、本実施形態による操舵力特性の変化を説明する。この図７において、破線Ａは上述したフィードフォワード制御量を付与しない実操舵力（＝ベース操舵力）を示し、鎖線Ｂはフィードフォワード制御量を付与した実操舵力を示し、実線Ｃは上述した目標操舵力を示している。
この図７に示す操舵力特性の変化から、明らかなように、本実施形態によれば、ベース操舵力に適合した、即ち、ベース操舵力を予測することにより得られたフィードフォワード量を加えることにより、目標操舵力と実操舵力の偏差を実操舵力が発生するより早い位相で小さくすることができ、第２制御部のフィードバック制御ゲイン（Ｋｆｂ）を小さく設定することができる。その結果、本実施形態によれば、目標となる操舵力特性を安定して精度良く再現することができ、センターフィール感応域での操舵フィールや操安性を向上させることができる。
【００３５】
次に、本発明の自動車の電動パワーステアリング装置の他の実施形態を説明する。図８は、本発明の他の実施形態による制御ユニットを示すブロックである。
図８に示す他の実施形態は、図４に示す制御ユニットとほぼ同じであるが、以下の構成が異なっている。
即ち、他の実施形態では、フォードフォワード制御量が、予測ベース操舵力演算部から出力される予測ベース操舵力（ｇ（θ））にフォードフォワード制御ゲインＫｆｆを掛けた量となっている。ここで、ここで、フィードフォワード制御ゲインＫｆｆの値は、「１」未満の所定の値であり、フィードフォワード制御量が、予測ベース操舵力を所定の割合だけキャンセルすることができる量となっている。
この他の実施形態では、図４に示す実施形態と異なり、フィードフォワード制御量を設定する際、目標操舵力を用いず予測ベース操舵力のみを用いているので、より簡易にフィードフォワード制御量を設定することができる。
この他の実施形態においても、図４に示す実施形態と同様に、目標操舵力と実操舵力との偏差を実操舵力が発生するより早い位相で小さくすることができ、第２制御部のフィードバック制御ゲイン（Ｋｆｂ）を小さく設定することができる。その結果、目標となる操舵力特性を安定して精度良く再現することができ、センターフィール感応域での操舵フィールや操安性を向上させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の自動車の電動パワーステアリング装置によれば、高価なシステムを用いて構成部品の作り込みを行わなくても、制御系により、目標操舵力を安定して精度良く再現することができ、操舵フィールや操安性を向上させることができる。さらに、本発明によれば、目標操舵力と実操舵力とが一致するようにフィードバック制御する場合でも、制御精度を向上させると共に制御の発振を防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される電動パワーステアリング装置の一例を示す斜視図である。
【図２】操舵力特性モデルを示す図である。
【図３】操舵力特性モデルにおけるばね成分、粘性成分及び摩擦成分を示す図である。
【図４】本発明の実施形態による制御ユニットを示すブロック図である。
【図５】本実施形態の制御ユニットにおける第１制御部及び第２制御部の制御ゲインの補正マップである。
【図６】本実施形態による制御内容を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態による操舵力特性の変化を示す線図である。
【図８】本発明の他の実施形態による制御ユニットを示すブロック図である。
【符号の説明】
１電動パワーステアリング装置
２ハンドル
４ステアリングシャフト
６中間シャフト
１２タイヤ
１４電動モータ
１６制御ユニット
１８第１制御部
２０第２制御部
２２モータ電流制御部
２４トルクセンサ
２６横Ｇセンサ
２８車速センサ
３０操舵角センサ
３４，３８フィルタ
４０予測ベース操舵力演算部
４２ＰＩ制御部
４４モータ特性補償部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering apparatus for an automobile, and more particularly to an electric power steering apparatus for an automobile that assists steering of a steering wheel with an electric motor.
[0002]
[Prior art]
Recently, for example, an electric power steering apparatus has been used in which the power of an electric motor is applied to a steering system to reduce the operating force as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-332964. Is coming. This electric power steering device includes a steering force detecting means, which detects a driver's steering force (steering torque) by the steering force detecting means and simultaneously drives the electric motor to generate a predetermined correction torque based on the vehicle speed. The current is controlled to reduce the driver's steering force.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When designing such an electric power steering device, in order to obtain good steering feeling and high steering performance, the characteristics of the steering force with respect to the steering angle (hereinafter referred to as "steering force characteristics") are set to the desired steering force characteristics. (The target steering force characteristic).
Conventionally, the characteristics of components such as a torsion bar and a power assist, which constitute an electric power steering, are tuned (built-in) to set a desired steering force characteristic (target steering force characteristic). However, tuning (making) these characteristics requires an expensive system and many man-hours.
In addition, there is a situation in which it is difficult to accurately set a target steering force characteristic due to variation in characteristics of components.
[0004]
In order to solve this problem, the present applicant has filed a Japanese Patent Application No. 2002-95970 (filed on March 29, 2002) and developed a steering force characteristic model that expresses the steering force as a function model of the steering angle. By setting and controlling, a target steering force characteristic can be set easily and accurately, and an electric power steering device for an automobile with improved steering feel and steering performance has been proposed.
[0005]
On the other hand, the target steering force with respect to the steering angle is determined from the target steering force characteristic, and the deviation feedback control between the target steering force and the actual steering force may be performed so that the target steering force matches the actual steering force obtained from the torque sensor. . When the control gain for the deviation feedback is increased, the control accuracy is improved, but the control may oscillate depending on the steering situation.
Therefore, when performing feedback control so that the target steering force and the actual steering force match, it is necessary to achieve both improvement in control accuracy and prevention of control oscillation.
[0006]
Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and a control system can stably and accurately control a target steering force without using an expensive system to produce a component. It is an object of the present invention to provide an electric power steering apparatus for an automobile which can reproduce well and can improve a steering feel and a steering property.
Further, the present invention provides an electric power steering apparatus for an automobile that can improve control accuracy and prevent oscillation of control even when feedback control is performed so that target steering force and actual steering force match. It is an object.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an electric power steering device for an automobile that assists steering of a steering wheel by an electric motor, comprising: a torque sensor that detects a steering torque to obtain an actual steering force; A steering angle sensor, a first control unit that sets the control amount of the electric motor such that the actual steering force is reduced, and a target steering force that is set from the steering angle so that the target steering force matches the actual steering force. A second control unit that sets a control amount of the electric motor to the control unit; and an electric motor control unit that performs feedback control of the electric motor by a control amount obtained by adding the respective control amounts of the first control unit and the second control unit. A second control unit that calculates a feedforward control amount for reducing a deviation between a base steering force, which is a steering force with respect to a steering angle specific to the applicable vehicle type, and a target steering force, and It is characterized by having a feed forward control amount calculation means for adding to the control amount of the electric motor on the basis of the forward control amount to the steering angle.
[0008]
In the present invention configured as described above, the second control unit sets the target steering force from the steering angle, and sets the control amount of the electric motor so that the target steering force matches the actual steering force. The feedforward control amount calculation means calculates a feedforward control amount for reducing a deviation between the base steering force and the target steering force, and adds the feedforward control amount to the control amount of the electric motor based on the steering angle. As a result, the target steering force can be stably and accurately reproduced by the control system without using expensive systems to build the components, thereby improving the steering feel and steering stability. Can be done.
Further, in the present invention, when the second control unit sets the control amount of the electric motor such that the target steering force set from the steering angle matches the actual steering force, the second control unit sets the feedforward control amount based on the steering angle. And the deviation between the target steering force and the actual steering force can be reduced in a phase earlier than the actual steering force is generated. As a result, the deviation between the target steering force and the actual steering force can be reduced. The control gain for deviation feedback from the steering force can be reduced, thereby improving control accuracy and preventing control oscillation.
[0009]
In the present invention, preferably, the feedforward control amount calculated by the feedforward calculating means is a deviation between the target steering force and a predicted value of the base steering force (predicted base steering force).
According to the present invention configured as described above, since the deviation between the target steering force and the predicted base steering force is added as the feedforward control amount, the deviation between the target steering force and the actual steering force is determined by the actual steering force. The phase can be made smaller at a phase earlier than that which occurs, and as a result, the target steering force can be reproduced stably and accurately, and the steering feel and the maneuverability can be improved.
[0010]
Furthermore, in the present invention, preferably, the Ford forward control amount calculated by the feed forward calculating means is an amount that can cancel the predicted value of the base steering force (predicted base steering force) by a predetermined ratio.
According to the present invention having such a configuration, the amount by which the predicted value of the base steering force (predicted base steering force) can be canceled by a predetermined ratio is added as the feedforward control amount. The deviation between the actual steering force and the actual steering force can be reduced earlier in the phase than the actual steering force is generated. As a result, the target steering force can be reproduced stably and accurately, improving the steering feel and steering stability. Can be made.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an electric power steering apparatus for an automobile to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, an electric power steering apparatus 1 for a vehicle includes a steering wheel (steering wheel) 2, and the steering wheel 2 is connected to an upper end of a steering shaft 4, and a steering force for operating the steering wheel 2 is reduced. The power is transmitted to the steering shaft 4. The lower end of the steering shaft 4 is connected to the upper end of an intermediate shaft 6 via a universal joint, and the lower end of the intermediate shaft 6 is provided with a steering gear box 8. Tie rods 10 are connected to both sides of the steering gear box 8, and a tire (wheel) 12 is attached to each of the tie rods 10.
[0012]
Here, a rack and pinion mechanism (not shown) is provided inside the steering gear box 8, and the lower end of the intermediate shaft 6 is connected to this pinion. On the other hand, tires 12 are connected to both ends of the rack via the tie rods 10 as described above.
The steering gear box 8 is provided with an electric motor 14 for applying a force to the pinion via a reduction gear (not shown). Further, a torque sensor (not shown) is provided between the reduction gear and the intermediate shaft 6. Is arranged. This torque sensor is for detecting a steering torque (actual steering force) acting on the intermediate shaft 6.
The electric motor 14 and the torque sensor are connected to a control unit 16, respectively.
The control unit 16 includes a first control unit (normal assist control unit), a second control unit (center feel compensation control unit), and a motor current control unit, which will be described later. Based on the actual steering force) and the vehicle speed, the electric motor 14 is controlled so that the detection value of the torque sensor is reduced and the target steering force characteristic is realized.
[0013]
Next, a steering force characteristic model applied to the electric power steering apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the steering force characteristic model is applicable at the time of traveling at a high vehicle speed and in a substantially straight traveling state. Here, the high vehicle speed refers to a speed of about 80 km / h to about 130 km / h, and the substantially straight traveling state refers to a state in which the steering wheel is slowly operated, specifically, a steering wheel with a sine wave of 0.2 Hz. Is operated, and a steering state in which the lateral acceleration (lateral G) becomes 0.2 G or less is assumed.
[0014]
Such a steering force characteristic during high-speed straight traveling is represented by a spring component (represented by a nonlinear function including the steering angle), a viscous component (proportional to the steering angular velocity), and a friction component (a nonlinear function including the steering angular velocity). A steering force characteristic model (in which the steering force is expressed as a function model of the steering angle) that can accurately represent the actual steering force characteristic is set.
[0015]
Next, the contents of the steering force characteristic model will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram illustrating a steering force characteristic model, and FIG. 3 is a diagram illustrating a spring component, a viscosity component, and a friction component in the steering force characteristic model.
As shown in FIG. 2, the steering force characteristic model is a model including a spring component, a viscosity component, and a friction component. Since the present invention is directed to a steering force characteristic during high-speed straight traveling, the steering wheel is steered slowly (a sine wave of 0.2 Hz) as described above. It has become.
[0016]
The spring component is set as an exponential function represented by the following equation (Equation 1). In this equation (Equation 1), θ is a steering angle, and Kp and Tp are characteristic parameters of a spring component. The spring component is basically substantially proportional to the steering angle, but becomes saturated when the steering angle exceeds a predetermined steering angle. Therefore, the characteristic parameter Kp corresponds to this saturated state, and the characteristic parameter Tp is an exponential function. Indicates a constant. Thus, the equation (Equation 1) representing the spring component is a non-linear function.
Thus, the spring component is defined as being represented by a non-linear function including the steering angle.
(Equation 1)

[0017]
The viscous component is a force proportional to the steering angular velocity, and is expressed by the following equation (Equation 2). In this equation (Equation 2), Kd is a characteristic parameter of the viscous component. Thus, the viscous component is defined as being proportional to the steering angular velocity.
(Equation 2)

[0018]
The friction component is a force substantially proportional to the steering angular velocity when the steering angular velocity is low, and becomes a constant magnitude of friction force (saturated state) as the steering angular velocity increases. This friction component is set as an exponential function represented by the following equation (Equation 3). In the equation (Equation 3), Kf and Tf are characteristic parameters of the friction component. The characteristic parameter Kf corresponds to this saturated state, and the characteristic parameter Tf indicates an exponential function time constant. Thus, the equation (Equation 3) representing the friction component is a non-linear function.
Thus, the friction component is defined as a non-linear function including the steering angular velocity.
[Equation 3]

[0019]
In this manner, in the steering force characteristic model, the spring component, the viscous component, and the friction component are set, and the steering force (steering torque) is set as the sum of these components. That is, the steering force characteristic model is represented by the following equation.
(Equation 4)

[0020]
Next, an embodiment of an electric power steering apparatus for an automobile according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a block diagram showing the control unit of the present embodiment, FIG. 5 is a correction map of the control gains K1 and K3 of the first control unit and the second control unit of the control unit of the present embodiment, and FIG. FIG. 7 is a flowchart showing control contents according to the present embodiment, and FIG. 7 is a diagram showing changes in steering force characteristics according to the present embodiment.
[0021]
First, the configuration of the control unit will be described with reference to FIG. The control unit 16 includes a first control unit 18, a second control unit 20, and a motor current control unit 22.
The electric power steering apparatus according to the present embodiment has a torque sensor 24 for detecting an actual steering force (steering torque) acting on a steering shaft or an intermediate shaft, and a lateral G for detecting a lateral acceleration (lateral G). The control unit 16 is provided with a sensor 26, a vehicle speed sensor 28 for detecting a vehicle speed, and a steering angle sensor 30 for detecting a steering angle.
[0022]
The first control unit 18 is a control unit that performs normal assist control, and controls the electric motor 14 so as to reduce the output value of the torque sensor 24, that is, to generate an assist force in a direction to reduce the steering force. Is a control unit for controlling. The torque sensor value from the torque sensor 24 is input to the first control unit 18, the noise is cut by the filter 34 to become (Ts1), and the reference target current I is obtained by the control gain K1. ₀ Is calculated. Here, the control gain K1 is set based on the values of the lateral G sensor 26 and the vehicle speed sensor 28 as described later (see FIG. 5).
[0023]
The second control unit 20 is a center-feel compensation control unit, and runs at a high vehicle speed (80 km / h or more) and almost in a straight-ahead state (for example, a sine wave of 0.2 Hz and a horizontal G of 0.2 G or less) (hereinafter, referred to as a running condition). , Which is referred to as a “center-feel-sensitive region”) for controlling the electric motor 14 so that the target steering force is set in advance.
The second control unit 20 has a target steering force calculation unit 36, and the value of the steering angle is input from the steering angle sensor 30 to the target steering force calculation unit 36. The target steering force calculation unit 36 calculates the target steering force (f (θ)) using the value of the steering angle and the steering force characteristic model expressed by the above equation (Equation 4). .
The second control unit 20 includes a filter 38 that is a low-pass filter, and the filter 38 uses the torque sensor value (Ts2) of the torque sensor 24 in a band (for example, a band including 0.2 Hz) corresponding to the center-feel sensitive region. ) Only available.
[0024]
The second control unit 20 further includes a prediction-based steering force calculation unit 40. The prediction-based steering force calculation unit 40 has the following calculation function. That is, according to the present embodiment, a desired steering feel can be set by the target steering force calculation unit 36. However, originally, a vehicle is provided with a unique steering force (a base steering force) with respect to a steering angle for each vehicle type. ). Therefore, in the present embodiment, the prediction base steering force calculation unit 40 calculates the base steering force of the applicable vehicle model in advance from the characteristic model (g (θ)) of the base steering force with the steering angle as an input. The "steering force" is calculated. Here, the characteristic model (g (θ)) of the base steering force is the same as the above-described equation (Equation 4) for calculating the target steering force, and each characteristic parameter (Kp, Tp, Kd, Kf, Tf) is obtained. ) Can be experimentally obtained based on the base steering force of the applicable vehicle type.
[0025]
Next, in the second control unit 20, the target steering force (f (θ)) output from the target steering force calculation unit 36 and the torque sensor value (Ts2), which is the actual steering force filtered by the filter 38, are used. A deviation (= target steering force−actual steering force) is obtained, and the deviation is multiplied by a feedback control gain Kfb to obtain a feedback control amount to be applied.
Further, the deviation (= f () between the target steering force (f (θ)) output from the target steering force calculation unit 36 and the predicted base steering force (g (θ)) output from the prediction base steering force calculation unit 40. θ) -g (θ)), and this deviation is multiplied by a feedforward control gain Kff to obtain a feedforward control amount to be applied.
In the present embodiment, the feedback control is performed in the motor current control unit 22 so that the target steering force and the actual steering force coincide with each other. However, in the second control unit 20, these feedback control amounts are added to the feedforward control amount. Is added, the deviation between the target steering force and the actual steering force decreases by the feedforward control amount in a phase earlier than the actual steering force is generated.
Next, the compensation control amount to which the feedforward control amount is added is corrected by the control gain K3, and the compensation current I _f Is calculated.
Here, the control gain K3 is set based on the values of the lateral G sensor 26 and the vehicle speed sensor 28 as described later (see FIG. 5).
[0026]
Next, the reference target current I output from the first control unit 20 ₀ And compensation current I _f Are added to calculate the target current I. Specifically, the sign is set to (+) when the assist force is increased to decrease the steering force, and (−) when the assist force is decreased to increase the steering force. Target current I ₀ The compensation target current I _f Is subtracted.
[0027]
The motor current control unit 22 is a control unit for performing feedback control so that the current supplied to the electric motor 14 becomes the target current I. Therefore, the motor current control unit 22 includes a control gain K2, a PI control unit 42 that performs proportional-integral control, and a motor characteristic compensation unit 44.
The target current I calculated in this way and supplied to the electric motor 14 is represented by the following equation (Equation 5).
(Equation 5)

Here, in equation (5), (I) is the target current, (Ts1) is the torque sensor value that is the actual steering force filtered by the filter 34, (K1) is the control gain of the first control unit, f (θ)) is the value of the target steering force calculated by the equation (Equation 4), (Ts2) is the torque sensor value that is the actual steering force filtered by the filter 38, and (g (θ)) is the equation ( (Kfb) is the feedback control gain of the second control unit, (Kff) is the feedforward control gain of the second control unit, and (K3) is the second This is the control gain of the control unit. Here, the feedforward control gain (Kff) is set to “1” or less.
[0028]
Next, FIG. 5 is a correction map of the control gains of the first control unit and the second control unit. The correction map shown in FIG. 5 has four areas, a center-feel sensitive area, a transition area I, a transition area II, and a non-center-feel sensitive area. In each area, the control gain K1 (K1 = K1 * β) ), K3 (K3 = K3 * α) are corrected. Here, α and β are correction coefficients, which change in the range of 0 to 1.
First, in the center feel sensitive area, the correction coefficients are set to α = 1 and β = 0. Therefore, the control gain K1 of the first control unit becomes 0, and the current control of the electric motor by the first control unit is prohibited. On the other hand, since the control gain K3 of the second control unit is used as it is, the compensation current I is generated by the second control unit 20 so that the target steering force set in advance based on the steering force characteristic model described above is generated. _f Is set. As a result, in the center-feel sensitive region, desired steering force characteristics are obtained, and steering performance is improved. Further, control hunting (control interference) caused by the simultaneous operation of the first control unit 18 and the second control unit 20 can be prevented.
[0029]
Next, in the non-center-feel sensitive region, the correction coefficients are set to α = 0 and β = 1. Therefore, the control gain K3 of the second control unit becomes 0, and the current control of the electric motor by the second control unit is prohibited. On the other hand, since the control gain K1 of the first control unit is used as it is, the first control unit 18 sets the reference target current I so that the torque sensor value becomes small. ₀ Is set. As a result, in the non-center-feel sensitive region, normal assist control is performed, and steering performance is improved. Further, control hunting (control interference) caused by the simultaneous operation of the first control unit 18 and the second control unit 20 can be prevented.
[0030]
Next, the transition region I is a region applied when the running state of the vehicle changes from the non-center-feel region to the center-feel sensitive region. In the transition region I, the correction coefficient α changes from 0 to 1, and the correction coefficient β changes from 1 to 0.
The transition area II is an area applied when the running state of the vehicle changes from the center feel area to the non-center feel sensitive area. In the transition region II, the correction coefficient α changes from 1 to 0, and the correction coefficient β changes from 0 to 1.
In these transition regions I and II, the reference target current I is based on the control gain K1 corrected by the first control unit. ₀ Is set, and the compensation current I is set based on the control gain K3 corrected by the second control unit. _f Are set, and these currents are added to calculate the target current I. As a result, in these transition regions I and II, the normal steering control can be performed and the target steering force can be obtained at the same time, thereby improving the steering performance. When the traveling state of the automobile shifts between the non-center-feel area and the center-feel-sensitive area, different transition areas are applied depending on the shift direction. Control hunting (control interference) caused by the simultaneous operation of the second control unit 20 can also be prevented.
[0031]
Next, a control flow according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Here, in FIG. 6, the center-feel-sensitive area is used in a broad sense including three areas of “center-feel-sensitive area”, “transition area I”, and “transition area II” shown in FIG. ing. Note that “S” in FIG. 6 indicates each step.
In this control flow, first, in S1, each sensor value is input. Specifically, these are output values from the torque sensor 24, the lateral G sensor 26, the vehicle speed sensor 28, and the steering angle sensor 30. Next, in S2, it is determined whether or not the running state of the vehicle is in the center-feel sensitive region based on the vehicle speed and the lateral G values shown in FIG.
[0032]
If the area is not the center-feel sensitive area, the area is the non-center-feel sensitive area shown in FIG. 5. _f = 0, thereby inhibiting the electric current control of the electric motor by the second control unit.
In the case of the center feel sensitive area, the process proceeds to S4, and the compensation current If in the second control unit is set as follows.
I _f = {(F (θ) -Ts2) * Kfb + (f (θ) -g (θ)) * Kff｝ * K3
Here, (f (θ)) is a value of the target steering force calculated by the equation (Equation 4), (Ts2) is a torque sensor value that is a filtered actual steering force, and (g (θ)) is an equation. (Kfb) is the feedback control gain of the second control unit, (Kff) is the feedforward control gain of the second control unit, and (K3) is the value of the predicted base steering force calculated by the same equation as (Equation 4). 2 is a control gain of the control unit.
[0033]
Next, proceeding to S5, the control gain K1 of the first control unit is reduced and corrected based on FIG. 5 (the three areas of the transition area I, the transition area II, and the center feel sensitive area in FIG. 5 are applied). Further, the process proceeds to S6, where the reference target current in the first control unit is I ₀ = Ts1 * K1. Here, (Ts1) is a torque sensor value which is an actual steering force filtered by the filter 34, and (K1) is a control gain of the first control unit.
Next, proceeding to S7, the target current is set to I = I ₀ −I _f And set. Further, the process proceeds to S8, in which the target current I is provided to the electric motor, and the electric motor is controlled.
[0034]
Next, a change in the steering force characteristic according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 7, a broken line A indicates an actual steering force (= base steering force) to which the above-described feedforward control amount is not applied, a chain line B indicates an actual steering force to which the feedforward control amount is applied, and a solid line C indicates the above. This shows the target steering force.
As is apparent from the change in the steering force characteristic shown in FIG. 7, according to the present embodiment, the feedforward amount adapted to the base steering force, that is, obtained by estimating the base steering force, is added. As a result, the deviation between the target steering force and the actual steering force can be reduced in a phase earlier than the actual steering force is generated, and the feedback control gain (Kfb) of the second control unit can be set small. As a result, according to the present embodiment, the target steering force characteristic can be stably and accurately reproduced, and the steering feel and the operability in the center feel sensitive area can be improved.
[0035]
Next, another embodiment of the electric power steering apparatus for an automobile of the present invention will be described. FIG. 8 is a block diagram showing a control unit according to another embodiment of the present invention.
The other embodiment shown in FIG. 8 is almost the same as the control unit shown in FIG. 4, but differs in the following configuration.
That is, in another embodiment, the Ford forward control amount is an amount obtained by multiplying the predicted base steering force (g (θ)) output from the predicted base steering force calculation unit by the Ford forward control gain Kff. Here, the value of the feedforward control gain Kff is a predetermined value less than “1”, and the feedforward control amount is an amount that can cancel the predicted base steering force by a predetermined ratio. I have.
In this other embodiment, unlike the embodiment shown in FIG. 4, when setting the feedforward control amount, only the predicted base steering force is used without using the target steering force, so that the feedforward control amount can be more easily set. Can be set.
Also in this other embodiment, similarly to the embodiment shown in FIG. 4, the deviation between the target steering force and the actual steering force can be reduced in a phase earlier than the actual steering force is generated. The feedback control gain (Kfb) can be set small. As a result, the target steering force characteristic can be stably and accurately reproduced, and the steering feel and the steering stability in the center feel sensitive area can be improved.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the electric power steering apparatus for an automobile of the present invention, the target steering force can be stably and accurately reproduced by the control system without using an expensive system to build components. It is possible to improve the steering feel and steerability. Further, according to the present invention, even when feedback control is performed so that the target steering force and the actual steering force match, control accuracy can be improved and control oscillation can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an electric power steering device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing a steering force characteristic model.
FIG. 3 is a diagram showing a spring component, a viscosity component, and a friction component in a steering force characteristic model.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a control unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a correction map of a control gain of a first control unit and a second control unit in the control unit of the embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing control contents according to the embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a change in a steering force characteristic according to the embodiment.
FIG. 8 is a block diagram illustrating a control unit according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 electric power steering device
2 handle
4 Steering shaft
6 Intermediate shaft
12 tires
14 Electric motor
16 Control unit
18 First control unit
20 Second control unit
22 Motor current controller
24 Torque sensor
26 Horizontal G sensor
28 Vehicle speed sensor
30 Steering angle sensor
34, 38 filters
40 Prediction-based steering force calculation unit
42 PI control unit
44 Motor characteristic compensation unit

Claims

電動モータによりハンドルの操舵をアシストする自動車の電動パワーステアリング装置であって、
操舵トルクを検出して実操舵力を得るトルクセンサと、
操舵角を検出する操舵角センサと、
実操舵力が小さくなるように上記電動モータの制御量を設定する第１制御部と、
操舵角から目標操舵力を設定し、この目標操舵力と実操舵力が一致するように上記電動モータの制御量を設定する第２制御部と、
これらの第１制御部及び第２制御部によるそれぞれの制御量を加算した制御量により上記電動モータをフィードバック制御する電動モータ制御部と、を有し、
上記第２制御部が、適用車種固有の操舵角に対する操舵力であるベース操舵力と上記目標操舵力との偏差を小さくするフィードフォワード制御量を演算し、このフィードフォワード制御量を操舵角に基づいて上記電動モータの制御量に加算するフィードフォワード制御量演算手段を有することを特徴とする自動車の電動パワーステアリング装置。An electric power steering device for an automobile that assists steering of a steering wheel by an electric motor,
A torque sensor that detects a steering torque to obtain an actual steering force;
A steering angle sensor for detecting a steering angle;
A first control unit that sets a control amount of the electric motor such that an actual steering force is reduced;
A second control unit that sets a target steering force from the steering angle, and sets a control amount of the electric motor such that the target steering force matches the actual steering force;
An electric motor control unit that performs feedback control of the electric motor by a control amount obtained by adding the control amounts of the first control unit and the second control unit,
The second control unit calculates a feedforward control amount that reduces a deviation between a base steering force, which is a steering force with respect to a steering angle specific to the applicable vehicle type, and the target steering force, and calculates the feedforward control amount based on the steering angle. An electric power steering apparatus for an automobile, comprising: a feedforward control amount calculating means for adding the control amount to the control amount of the electric motor.

上記フィードフォワード演算手段により演算されるフィードフォワード制御量は、上記目標操舵力と上記ベース操舵力の予測値との偏差である請求項１記載の自動車の電動パワーステアリング装置。2. The electric power steering apparatus for an automobile according to claim 1, wherein the feedforward control amount calculated by the feedforward calculation means is a deviation between the target steering force and the predicted value of the base steering force.

上記フィードフォワード演算手段により演算されるフィードフォワード制御量は、上記ベース操舵力の予測値を所定の割合だけキャンセルすることができる量である請求項１記載の自動車の電動パワーステアリング装置。2. The electric power steering apparatus for an automobile according to claim 1, wherein the feedforward control amount calculated by the feedforward calculating means is an amount capable of canceling the predicted value of the base steering force by a predetermined ratio.