JP2006193080A - Controller for electric power steering device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller for an electric power steering device which is easy to tune and capable of attaining safe and comfortable steering performance. <P>SOLUTION: This controller for an electric power steering device, which is comprised of a steering assist command value calculation section for calculating a steering assist command value based on a torque signal from a torque sensor, a power current control section for calculating a power voltage command value based on the steering assist command value, and a motor drive section for driving a motor based on the power voltage command value and which is so designed to give an assist power from the motor to a steering system, includes a SAT measurement section is newly set which estimates a self aligning torque by inputting an angular speed and an angular acceleration of the motor, the steering assist command value and the torque signals, or which measures the torque by the sensor. Thus the SAT obtained by the SAT measurement section is fed back to the steering assist command value through a feed back section consisting of a phase compensation section and a gain section. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特に周波数領域で路面情報及び外乱等の信号処理を遅れなく行うことによりチューニングし易く、安全で快適な操舵性能が得られる電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an electric power steering apparatus in which a steering assist force by a motor is applied to a steering system of an automobile or a vehicle, and in particular, tuning by performing signal processing such as road surface information and disturbance without delay in a frequency domain. The present invention relates to a control device for an electric power steering device that is easy to perform and provides a safe and comfortable steering performance.

自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を、減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助トルク）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。   An electric power steering device that biases an automobile or a vehicle steering device with an auxiliary load by the rotational force of a motor assists the steering shaft or rack shaft with a transmission mechanism such as a gear or a belt via a reduction gear. The load is energized. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque (steering assist torque). In the feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the current command value and the motor current detection value becomes small. Generally, the adjustment of the motor applied voltage is a duty of PWM (pulse width modulation) control. This is done by adjusting the tee ratio.

ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図４に示して説明すると、操向ハンドル１の軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介して軸２に連結されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット１００には、バッテリ１４からイグニションキー１１を経て電力が供給され、コントロールユニット１００は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルク信号Ｔｒと車速センサ１２で検出された車速信号Ｖｅｌとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基いてモータ２０に供給する電流を制御する。   Here, the general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 4. The shaft 2 of the steering handle 1 is connected to the tie rod of the steering wheel via the reduction gear 3, the universal joints 4 a and 4 b, and the pinion rack mechanism 5. 6 is connected. The shaft 2 is provided with a torque sensor 10 that detects the steering torque of the steering handle 1, and a motor 20 that assists the steering force of the steering handle 1 is connected to the shaft 2 via the reduction gear 3. . The control unit 100 that controls the power steering device is supplied with electric power from the battery 14 via the ignition key 11, and the control unit 100 detects the steering torque signal Tr detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 12. An assist command steering assist command value I is calculated based on the signal Vel, and a current supplied to the motor 20 is controlled based on the calculated steering assist command value I.

このような電動パワーステアリング装置において、従来は例えば特開平８−２９０７７８号公報（特許文献１）に示すように、コントロールユニット１００内のロバスト安定化補償器により、システムの安定性と路面情報及び外乱情報の感度特性が同時に設計されるようになっている。   In such an electric power steering apparatus, conventionally, as shown in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-290778 (Patent Document 1), the stability of the system, road surface information, and disturbances are obtained by a robust stabilization compensator in the control unit 100. Information sensitivity characteristics are designed at the same time.

しかしながら、かかる従来の制御装置では、ステアリング中立点付近の操舵時の反力が小さいため、摩擦の影響により、路面情報をドライバに正確に伝えることが困難である。また、従来の電動パワーステアリング装置では、操舵角と操舵力との間のヒステリシス特性を、油圧式パワーステアリング並みの特性にすることが困難である。   However, in such a conventional control device, since the reaction force at the time of steering near the steering neutral point is small, it is difficult to accurately convey road surface information to the driver due to the influence of friction. Further, in the conventional electric power steering apparatus, it is difficult to make the hysteresis characteristic between the steering angle and the steering force equal to that of the hydraulic power steering.

このような問題を解決する装置として、特開２００２−３６９５６５号公報（特許文献２）に開示されているものがある。   As an apparatus for solving such a problem, there is an apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-369565 (Patent Document 2).

特許文献２に開示されている装置の概略を、図４に対応させた図５に示して説明する。ステアリング装置の補助操舵力を発生するモータ２０はモータ駆動部２１によって駆動され、モータ駆動部２１は二点鎖線で示すコントロールユニット１００で制御され、コントロールユニット１００にはトルクセンサからのトルク信号Ｔｒ及び車速検出系からの車速信号Ｖｅｌが入力される。モータ２０では、モータ端子間電圧Ｖｍ及びモータ電流値ｉが計測されて出力される。   The outline of the apparatus disclosed in Patent Document 2 will be described with reference to FIG. 5 corresponding to FIG. A motor 20 that generates an auxiliary steering force of the steering device is driven by a motor drive unit 21, and the motor drive unit 21 is controlled by a control unit 100 indicated by a two-dot chain line, and the control unit 100 includes a torque signal Tr and a torque signal Tr from a torque sensor. A vehicle speed signal Vel from the vehicle speed detection system is input. In the motor 20, the motor terminal voltage Vm and the motor current value i are measured and output.

コントロールユニット１００はトルク信号Ｔｒを用いて制御を行う破線で示すトルク系制御部１１０と、モータ２０の駆動に関連した制御を行う一点鎖線で示すモータ系制御部１２０とで構成されている。トルク系制御部１１０はアシスト量演算部１１１、微分制御器１１２、ヨーレート収れん性制御部１１３、ロバスト安定化補償部１１４及びセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）推定フィードバック部１１５によって構成され、加算器１１６Ａ及び１１６Ｂ、減算器１１６Ｃを具備している。また、モータ系制御部１２０は補償器１２１、外乱推定器１２２、モータ角速度推定部１２３、モータ角加速度推定部（微分器）１２４及びモータ特性補償部１２５で構成され、加算器１２６Ａ及び１２６Ｂを具備している。   The control unit 100 includes a torque system control unit 110 indicated by a broken line that performs control using the torque signal Tr, and a motor system control unit 120 indicated by an alternate long and short dash line that performs control related to driving of the motor 20. The torque system controller 110 includes an assist amount calculator 111, a differential controller 112, a yaw rate convergence controller 113, a robust stabilization compensator 114, and a self-aligning torque (SAT) estimation feedback unit 115. 116B and a subtractor 116C. The motor system control unit 120 includes a compensator 121, a disturbance estimator 122, a motor angular velocity estimation unit 123, a motor angular acceleration estimation unit (differentiator) 124, and a motor characteristic compensation unit 125, and includes adders 126A and 126B. is doing.

トルク信号Ｔｒはアシスト量演算部１１１、微分制御器１１２、ヨーレート収れん性制御部１１３及びＳＡＴ推定フィードバック部１１５に入力され、いずれも車速信号Ｖｅｌをパラメータ入力としている。アシスト量演算部１１１はトルク信号Ｔｒに基づいてアシストトルク量を演算し、ヨーレート収れん性制御部１１３はトルク信号Ｔｒ及びモータ角速度の推定値ωを入力とし、車両のヨーの収れん性を改善するために、ハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるようになっている。また、微分制御器１１２はステアリングの中立点付近の制御の応答性を高め、滑らかでスムーズな操舵を実現するようになっており、ＳＡＴ推定フィードバック部１１５はトルク信号Ｔｒと、アシスト量演算部１１１の出力に微分制御器１１２の出力を加算器１１６Ａで加算した信号と、モータ角速度推定部１２３で推定された角速度推定値ωと、モータ角加速度推定部１２４からの角加速度推定値＊ωとを入力してＳＡＴを推定し、推定したＳＡＴをフィードバックフィルタを用いて信号処理し、ハンドルに適切な路面情報を反力として与えるようになっている。   The torque signal Tr is input to the assist amount calculation unit 111, the differential controller 112, the yaw rate convergence control unit 113, and the SAT estimation feedback unit 115, and all use the vehicle speed signal Vel as a parameter input. In order to improve the yaw convergence of the vehicle, the assist amount calculation unit 111 calculates the assist torque amount based on the torque signal Tr, and the yaw rate convergence control unit 113 receives the torque signal Tr and the estimated motor angular velocity value ω. In addition, the brake is applied to the movement of the steering wheel. Further, the differential controller 112 enhances the control response in the vicinity of the neutral point of the steering and realizes smooth and smooth steering. The SAT estimation feedback unit 115 includes the torque signal Tr and the assist amount calculation unit 111. A signal obtained by adding the output of the differential controller 112 to the output of the adder 116A, the estimated angular velocity value ω estimated by the motor angular velocity estimating unit 123, and the estimated angular acceleration value * ω from the motor angular acceleration estimating unit 124. The input SAT is estimated, signal processing is performed on the estimated SAT using a feedback filter, and appropriate road surface information is given to the steering wheel as a reaction force.

また、アシスト量演算部１１１の出力に微分制御器１１２の出力を加算器１１６Ａで加算した信号に、ヨーレート収れん性制御部１１３の出力を加算器１１６Ｂ７で加算した信号をアシスト量ＡＱとしてロバスト安定化補償部１１４に入力している。ロバスト安定化補償部１１４は例えば特開平８−２９０７７８号公報に示されている補償部であり、検出トルクに含まれる慣性要素とばね要素で成る共振系の共振周波数におけるピーク値を除去し、制御系の応答性と安定性を阻害する共振周波数の位相のズレを補償するものである。ロバスト安定化補償部１１４の出力からＳＡＴ推定フィードバック部１１５の出力を減算器１１６Ｃで減算することで、路面情報を反力としてハンドルに伝えることができるアシスト量Ｉａが得られる。   Further, robust stabilization is achieved by using the signal obtained by adding the output of the differentiation controller 112 to the output of the assist amount calculation unit 111 by the adder 116A and the signal obtained by adding the output of the yaw rate convergence control unit 113 by the adder 116B7 as the assist amount AQ. This is input to the compensation unit 114. The robust stabilization compensator 114 is a compensator disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-290778, and removes the peak value at the resonance frequency of the resonance system including the inertia element and the spring element included in the detected torque, and performs control. It compensates for the phase shift of the resonance frequency that hinders the responsiveness and stability of the system. By subtracting the output of the SAT estimation feedback unit 115 from the output of the robust stabilization compensator 114 by the subtractor 116C, an assist amount Ia that can transmit road surface information to the steering wheel as a reaction force is obtained.

更に、モータ角速度推定部１２３はモータ端子間電圧Ｖｍ及びモータ電流値ｉに基づいてモータ角速度ωを推定するものであり、モータ角速度ωはモータ角加速度推定部１２４、ヨーレート収れん性制御部１１３及びＳＡＴ推定フィードバック部１１５に入力される。モータ角加速度推定部１２４では、入力されたモータ角速度ωに基づいてモータ角加速度を推定し、推定したモータ角加速度＊ωはモータ特性補償部１２５に入力される。モータ特性補償部１２５の出力Ｉｃに、ロバスト安定化補償部１１４の出力からＳＡＴ推定フィードバック部１１５の出力を減算したアシスト量Ｉａが加算器１２６Ａで加算され、その加算信号が電流指令値Ｉｒとして微分補償器等で成る補償器１２１に入力される。補償器１２１で補償された電流指令値Ｉｒａに外乱推定器１２２の出力を加算器１２６Ｂで加算した信号がモータ駆動部２１及び外乱推定器１２２に入力される。外乱推定器１２２は特開平８−３１０４１７号公報で示されるような装置であり、モータ出力の制御目標である補償器１２１で補償された電流指令値Ｉｒａに外乱推定器１２２の出力を加算した信号と、モータ電流値ｉとに基づいて、制御系の出力基準における希望するモータ制御特性を維持することができ、制御系の安定性を失うことがないようにしている。   Further, the motor angular velocity estimation unit 123 estimates the motor angular velocity ω based on the motor terminal voltage Vm and the motor current value i. The motor angular velocity ω is calculated based on the motor angular acceleration estimation unit 124, the yaw rate convergence control unit 113, and the SAT. Input to the estimation feedback unit 115. The motor angular acceleration estimation unit 124 estimates the motor angular acceleration based on the input motor angular velocity ω, and the estimated motor angular acceleration * ω is input to the motor characteristic compensation unit 125. The assist amount Ia obtained by subtracting the output of the SAT estimation feedback unit 115 from the output of the robust stabilization compensation unit 114 is added to the output Ic of the motor characteristic compensation unit 125 by the adder 126A, and the added signal is differentiated as the current command value Ir. The signal is input to a compensator 121 including a compensator. A signal obtained by adding the output of the disturbance estimator 122 to the current command value Ira compensated by the compensator 121 by the adder 126B is input to the motor drive unit 21 and the disturbance estimator 122. The disturbance estimator 122 is a device as disclosed in JP-A-8-310417, and is a signal obtained by adding the output of the disturbance estimator 122 to the current command value Ira compensated by the compensator 121 which is a control target of the motor output. Based on the motor current value i, the desired motor control characteristic in the output reference of the control system can be maintained, and the stability of the control system is not lost.

ここで、路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を図６に示して説明する。ドライバが操向ハンドル１を操舵することによって操舵トルクＴｈが発生し、その操舵トルクＴｈに従ってモータ２０がアシストトルクＴｍを発生する。その結果、車輪が転舵され、反力としてＳＡＴが発生する。また、その際、モータ２０の慣性Ｊ及び摩擦（静摩擦）Ｆｒによってハンドル操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り合いを考えると、下記（１）式のような運動方程式が得られる。

J・*ω + Fr・sign(ω) + SAT = Tm + Th …(1)

ここで、上記（１）式を初期値ゼロとしてラプラス変換し、ＳＡＴについて解くと下記（２）式が得られる。

SAT(s) = Tm(s) + Th(s) − J・*ω(s) + Fr・sign(ω(s)) …(2)

上記（２）式から分るように、モータ２０の慣性Ｊ及び静摩擦Ｆｒを定数として予め求めておくことで、モータ回転角速度ω、回転角加速度＊ω、操舵補助力及び操舵信号よりＳＡＴを推定することができる。かかる理由より、ＳＡＴ推定フィードバック部１１５にはトルク信号Ｔｒ、角速度ω、角加速度＊ω、アシスト量演算部１１１の出力がそれぞれ入力されている。 Here, the state of the torque generated between the road surface and the steering will be described with reference to FIG. A steering torque Th is generated when the driver steers the steering handle 1, and the motor 20 generates an assist torque Tm according to the steering torque Th. As a result, the wheels are steered and SAT is generated as a reaction force. Further, at that time, torque serving as steering steering resistance is generated by the inertia J and friction (static friction) Fr of the motor 20. Considering the balance of these forces, the following equation of motion can be obtained:

J ・ * ω + Fr ・ sign (ω) + SAT = Tm + Th… (1)

Here, when the above equation (1) is Laplace transformed with an initial value of zero and solved for SAT, the following equation (2) is obtained.

SAT (s) = Tm (s) + Th (s) − J ・ * ω (s) + Fr ・ sign (ω (s))… (2)

As can be seen from the above equation (2), the SAT is estimated from the motor rotational angular velocity ω, rotational angular acceleration * ω, steering assist force, and steering signal by previously obtaining the inertia J and static friction Fr of the motor 20 as constants. can do. For this reason, the SAT estimation feedback unit 115 receives the torque signal Tr, the angular velocity ω, the angular acceleration * ω, and the output of the assist amount calculation unit 111, respectively.

また、ＳＡＴ推定フィードバック部１１５で推定したＳＡＴ情報をそのままフィードバックした場合、ステアリングが重くなり過ぎるため、操舵感覚を向上することはできない。そのため図７に示すように、車速感応ゲインと周波数特性を有するフィードバックフィルタ１１５Ａを用いてＳＡＴの推定値を信号処理し、操舵感覚を向上するのに必要十分な情報のみをフィードバックする。ここで用いるフィードバックフィルタは静特性ゲインとして、推定したＳＡＴの大きさを必要十分な値に減少させるゲインを持つＱフィルタ（位相遅れ）１１５Ｂと、図８に示すような車速に感応したゲイン部１１５Ｃを持ち、据え切りや低速走行といった路面情報の重要性が比較的低い場合には、フィードバックする路面情報を小さくしている。
特開平８−２９０７７８号公報 特開２００２−３６９５６５号公報 Further, when the SAT information estimated by the SAT estimation feedback unit 115 is fed back as it is, the steering feeling becomes too heavy to improve the steering feeling. Therefore, as shown in FIG. 7, the estimated value of SAT is signal-processed using a feedback filter 115A having a vehicle speed sensitivity gain and a frequency characteristic, and only information necessary and sufficient for improving the steering feeling is fed back. The feedback filter used here has, as a static characteristic gain, a Q filter (phase lag) 115B having a gain for reducing the estimated SAT size to a necessary and sufficient value, and a gain unit 115C sensitive to the vehicle speed as shown in FIG. The road surface information to be fed back is made smaller when the importance of road surface information such as stationary driving and low speed driving is relatively low.
JP-A-8-290778 JP 2002-369565 A

上述の特許文献２に記載の装置では、ＳＡＴは電動パワーステアリングに対して外乱として作用するため、外乱オブザーバ構成でＳＡＴ推定を行っている。位相遅れフィルタ（Ｑフィルタ）をフィードバックに用いているのは、外乱オブザーバでは推定された外乱としてのＳＡＴを発散しないようにするためである。しかしながら、ＳＡＴ推定値は当然ながらＱフィルタ（位相遅れ）を通過した値になっており、ステアリング伝達系に遅れを生じてしまう問題がある。   In the apparatus described in Patent Document 2, the SAT acts as a disturbance on the electric power steering, so the SAT estimation is performed with a disturbance observer configuration. The reason why the phase delay filter (Q filter) is used for feedback is to prevent the disturbance observer from diverging SAT as the estimated disturbance. However, as a matter of course, the estimated SAT value is a value that has passed through the Q filter (phase delay), and there is a problem that a delay occurs in the steering transmission system.

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、周波数領域で路面情報及び外乱等の信号処理を遅れなく行うことにより、チューニングし易く、安全で快適な操舵性能が得られる電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。   The present invention has been made under the circumstances as described above, and the object of the present invention is to provide a safe and comfortable steering performance that is easy to tune by performing signal processing such as road surface information and disturbance without delay in the frequency domain. An object of the present invention is to provide a control device for an electric power steering device obtained.

本発明は、トルクセンサからのトルク信号に基づいて操舵補助指令値を算出する操舵補助指令値算出部と、前記操舵補助指令値に基づいて電圧指令値を算出する電流制御部と、前記電圧指令値に基づいてモータを駆動するモータ駆動部とで成り、前記モータによるアシスト力を操舵系に付与するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置に関するものであり、本発明の上記目的は、前記モータの角速度及び角加速度、前記操舵補助指令値及びトルク信号を入力してセルフアライニングトルクの推定若しくはセンサによる測定を行うＳＡＴ測定部を設け、前記ＳＡＴ測定部で求めたＳＡＴを位相補償部及びゲイン部で成るフィードバック部を通して前記操舵補助指令値にフィードバックすることによって達成される。   The present invention includes a steering assist command value calculation unit that calculates a steering assist command value based on a torque signal from a torque sensor, a current control unit that calculates a voltage command value based on the steering assist command value, and the voltage command The present invention relates to a control device for an electric power steering device that includes a motor driving unit that drives a motor based on a value, and that is configured to apply an assist force by the motor to a steering system. A SAT measurement unit is provided for inputting the angular velocity and angular acceleration of the motor, the steering assist command value, and the torque signal, and estimating the self-aligning torque or measuring with a sensor, and the SAT obtained by the SAT measurement unit is a phase compensation unit. And it is achieved by feeding back to the steering assist command value through a feedback unit comprising a gain unit.

また、本発明の上記目的は、前記フィードバック部が更にローパスフィルタを具備することにより、或いは前記位相補償部を位相進み補償部とし、前記位相進み補償部、ローパスフィルタ及びゲイン部を車速感応型とすることによって、或いは低速時に前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を下げ、中速時に前記位相補償部の位相進みを大きくし、高速時に前記ゲイン部のゲインを下げることにより、或いは前記ゲイン部をトルク感応型とすることにより、より効果的に達成される。   In addition, the object of the present invention is that the feedback unit further includes a low-pass filter, or the phase compensation unit is a phase advance compensation unit, and the phase advance compensation unit, the low-pass filter and the gain unit are vehicle speed sensitive. Or by lowering the cutoff frequency of the low-pass filter at low speed, increasing the phase advance of the phase compensator at medium speed, and decreasing the gain of the gain section at high speed, or making the gain section torque sensitive. This is achieved more effectively by using a mold.

本発明によれば、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）の推定を行うＳＡＴ推定部若しくはセンサによる測定を行うＳＡＴ測定部を設け、このＳＡＴ推定部で推定されたＳＡＴ推定値若しくはＳＡＴ測定部で測定されたＳＡＴ値を、位相進み補償部及びゲイン部で成るフィードバック部を通して操舵補助指令値にフィードバックするようになっており、周波数領域で路面情報及び外乱等の信号処理を遅れなく実行することができるので、ＳＡＴを予測しているのと同等な制御ができ、チューニングし易く、安全で快適な操舵性能を得ることができる。また、フィードバック部にローパスフィルタを配設した場合には、不要な外乱やノイズの影響をなくすことができる。   According to the present invention, the SAT estimation unit for estimating the self-aligning torque (SAT) or the SAT measurement unit for measuring by the sensor is provided, and the SAT estimation value estimated by the SAT estimation unit or the SAT measurement unit is measured. The SAT value is fed back to the steering assist command value through a feedback unit including a phase advance compensation unit and a gain unit, and signal processing such as road surface information and disturbance can be executed without delay in the frequency domain. , SAT can be controlled equivalent to that predicted, easy to tune, and safe and comfortable steering performance can be obtained. Further, when a low-pass filter is provided in the feedback unit, it is possible to eliminate the influence of unnecessary disturbance and noise.

更に、フィードバック部の位相進み補償部、ローパスフィルタ及びゲイン部を車速信号に感応して変化させるようにしているので、より安全で快適な操舵性能が得られる。例えば中速域ではＳＡＴが大きくなるため、中速域では位相進み補償部の位相進みを大きくし、高速域では不要な外乱やノイズが大きくなるため、ローパスフィルタのカットオフ周波数を下げ、低速域ではＳＡＴフィードバックが余り必要ではないため、ゲイン部のゲインを下げるようにしているので、より快適な操舵感を得ることができる。   Furthermore, since the phase lead compensation unit, the low-pass filter, and the gain unit of the feedback unit are changed in response to the vehicle speed signal, safer and more comfortable steering performance can be obtained. For example, since the SAT increases in the medium speed range, the phase advance of the phase advance compensator increases in the medium speed range, and unnecessary disturbances and noise increase in the high speed range. However, since SAT feedback is not so necessary, the gain of the gain section is lowered, so that a more comfortable steering feeling can be obtained.

ＳＡＴは電動パワーステアリングへの外乱のように見えるため、外乱オブザーバ構成でＳＡＴの推定若しくは測定を行う。外乱オブザーバでは、推定若しくは測定された外乱をフィードバックしたときに発散しないようにＱフィルタ（位相遅れ）を有しているが（例えば特許文献２）、ＳＡＴのフィードバックはＳＡＴを外乱として打ち消すことが目的ではないため、外乱オブザーバと全く同一の構成にする必要はない。ＳＡＴフィードバックは外乱感度の設計である。   Since the SAT looks like a disturbance to the electric power steering, the SAT is estimated or measured with a disturbance observer configuration. The disturbance observer has a Q filter (phase delay) so that it does not diverge when the estimated or measured disturbance is fed back (for example, Patent Document 2), but the purpose of the SAT feedback is to cancel the SAT as a disturbance. Therefore, it is not necessary to have the same configuration as the disturbance observer. SAT feedback is a disturbance sensitivity design.

本発明ではＳＡＴ推定値に位相進み補償を行い、ステアリング伝達系の遅れを補償するようにしている。遅れなくＳＡＴフィードバックがなされることにより操舵力に線形性が生じ、操舵フィーリング（ダイレクト感や一体感）が剛性感と共に向上する。特に、低摩擦路での走行性が向上する。位相進み要素で遅れを補償する際、不要な外乱やノイズの影響が無視できない場合は、ローパスフィルタを配設して外乱やノイズの影響を除去する。また、車速（高中低）でＳＡＴの特性やドライバに伝えたくない路面情報の特性が変化するため、車速に応じてフィードバック特性を変化させている。   In the present invention, phase lead compensation is performed on the estimated SAT value to compensate for a delay in the steering transmission system. By performing the SAT feedback without delay, the steering force becomes linear, and the steering feeling (direct feeling and sense of unity) is improved along with the rigidity feeling. In particular, the running performance on a low friction road is improved. When compensating for the delay with the phase advance element, if the influence of unnecessary disturbance or noise cannot be ignored, a low-pass filter is provided to remove the influence of disturbance or noise. In addition, since the characteristics of the SAT and the characteristics of road surface information that is not desired to be transmitted to the driver change at the vehicle speed (high, medium, and low), the feedback characteristics are changed according to the vehicle speed.

以下に本発明の実施例を、図５に対応させて図１に示して説明する。図５と同一部には同一符号を付して、説明を省略する。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1 corresponding to FIG. The same parts as those in FIG.

本発明では、ＳＡＴ推定部１１７はトルク信号Ｔｒ、角速度ω、角加速度＊ω及び加算器１１６Ａの加算結果（アシスト量演算結果）を入力してＳＡＴを推定し、そのＳＡＴ推定値＊ＳＡＴをフィードバック部１１８を経て加算器１１６Ｃにフィードバックしている。フィードバック部１１８の構成は例えば図２に示すようになっている。即ち、ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴを入力して位相進み補償する位相補償部としての位相進み補償部１１８−１と、外乱やノイズを除去するためのローパスフィルタ１１８−２と、ゲインＫを乗算するゲイン部１１８−３とで構成されている。   In the present invention, the SAT estimation unit 117 inputs the torque signal Tr, the angular velocity ω, the angular acceleration * ω and the addition result (assist amount calculation result) of the adder 116A, estimates the SAT, and feeds back the SAT estimated value * SAT. This is fed back to the adder 116C via the unit 118. The configuration of the feedback unit 118 is, for example, as shown in FIG. That is, a phase lead compensation unit 118-1 as a phase compensation unit that inputs a SAT estimated value * SAT and compensates for phase lead, a low-pass filter 118-2 for removing disturbance and noise, and a gain that is multiplied by a gain K Part 118-3.

このような構成において、ＳＡＴ推定部１１７はトルク信号Ｔｒ、角速度ω、角加速度＊ω及び加算器１１６Ａの加算結果を入力してＳＡＴを推定するが、その推定は前述した（２）式の手法による。推定されたＳＡＴ推定値＊ＳＡＴはフィードバック部１１８の位相進み補償部１１８−１に入力され、これによりステアリング伝達系の遅れが補償される。   In such a configuration, the SAT estimation unit 117 estimates the SAT by inputting the torque signal Tr, the angular velocity ω, the angular acceleration * ω, and the addition result of the adder 116A, and the estimation is performed by the method of the above-described equation (2). by. The estimated SAT estimated value * SAT is input to the phase lead compensation unit 118-1 of the feedback unit 118, thereby compensating for the delay in the steering transmission system.

位相進み補償部１１８−１は、伝達関数で表記すると、ｓをラプラス演算子として（Ｔ２・ｓ＋１）／（Ｔ１・ｓ＋１）となる。このように位相進み補償部１１８−１で位相遅れの補償をされたＳＡＴ推定値は外乱やノイズを除去するローパスフィルタ１１８−２に入力され、高中周波成分を除去されたＳＡＴ推定値がゲイン部１１８−３でゲインＫ倍され、ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴｃとして出力される。ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴｃは加算器１１６Ｃでロバスト安定化補償部１１４の出力と加算され、モータ系制御部１２０に入力される。   When expressed by a transfer function, the phase lead compensation unit 118-1 is (T 2 · s + 1) / (T 1 · s + 1) with s as a Laplace operator. The SAT estimated value compensated for the phase delay by the phase lead compensation unit 118-1 is input to the low-pass filter 118-2 that removes disturbance and noise, and the SAT estimated value from which the high and medium frequency components are removed is the gain unit. The gain is multiplied by K at 118-3 and output as a SAT estimated value * SATc. The estimated SAT value * SATc is added to the output of the robust stabilization compensator 114 by the adder 116C and input to the motor system controller 120.

以上説明したように本発明では、ＳＡＴ推定値＊ＳＡＴに位相進み補償を行ってステアリング伝達系の遅れを補償しており、遅れなくＳＡＴフィードバックがなされることにより操舵力に線形性が生じ、操舵フィーリング（ダイレクト感や一体感）が向上すると共に、低摩擦路での走行性が向上する。また、ローパスフィルタ１１８−２は必ずしも必要ではないが、位相進み補償部１１８−１で遅れを補償する際に不要な外乱やノイズの影響が無視できない場合は、ローパスフィルタ１１８−２を配設することで不要な外乱やノイズを除去することができる。実際に、ドライバに感受させたくないシミー、フラッタ等の路面情報は高周波であるため、ローパスフィルタ１１８−２の配設は有効である。   As described above, in the present invention, phase advance compensation is performed on the SAT estimated value * SAT to compensate for the delay of the steering transmission system, and the SAT feedback is performed without delay, so that the steering force becomes linear, and the steering force The feeling (direct feeling and sense of unity) is improved and the running performance on a low friction road is improved. Further, the low-pass filter 118-2 is not always necessary, but the low-pass filter 118-2 is provided when the influence of unnecessary disturbance or noise cannot be ignored when the phase lead compensation unit 118-1 compensates the delay. Thus, unnecessary disturbances and noise can be removed. Actually, since the road surface information such as shimmy and flutter that the driver does not want to sense is high frequency, the arrangement of the low pass filter 118-2 is effective.

一方、車両の低速走行、中速走行或いは高速走行時ではＳＡＴの特性や、ドライバに感受させたくない路面情報の特性が変化するため、車速信号Ｖｅｌに応じて特性を切替えるようにしても良い。つまり、車速感応型のフィードバック部を構成しても良い。   On the other hand, since the characteristics of the SAT and the characteristics of the road surface information that the driver does not want to be perceived change during low-speed driving, medium-speed driving, or high-speed driving of the vehicle, the characteristics may be switched according to the vehicle speed signal Vel. That is, a vehicle speed sensitive feedback unit may be configured.

図３はその場合のフィードバック部１１８Ａの構成例を示しており、位相進み補償部１１８−１Ａ、ローパスフィルタ１１８−２Ａ及びゲイン部１１８−３Ａがそれぞれ車速信号Ｖｅｌを入力し、各部が車速に応じて自動的に特性を変化させる車速感応型となっている。例えば中速域ではＳＡＴが大きくなるため、中速域では位相進み補償部１１８−１Ａの位相進みを大きくし、高速域では不要な外乱やノイズが大きくなるため、ローパスフィルタ１１８−２Ａのカットオフ周波数を下げるようにする。また、低速域ではＳＡＴフィードバックが余り必要ではないため、ゲイン部１１８−３ＡのゲインＫを下げる。   FIG. 3 shows a configuration example of the feedback unit 118A in that case. The phase lead compensation unit 118-1A, the low-pass filter 118-2A, and the gain unit 118-3A each input the vehicle speed signal Vel, and each unit corresponds to the vehicle speed. It is a vehicle speed sensitive type that automatically changes its characteristics. For example, since the SAT increases in the medium speed range, the phase advance of the phase advance compensator 118-1A increases in the medium speed range, and unnecessary disturbance and noise increase in the high speed range, so the cutoff of the low-pass filter 118-2A Try to reduce the frequency. In addition, since the SAT feedback is not necessary in the low speed range, the gain K of the gain unit 118-3A is lowered.

車速感応型フィードバック部１１８Ａの場合、位相進み補償部１１８−１Ａを中速用及びその他用の２種類を用意しておき、ローパスフィルタ１１８−２Ａを低速用及びその他用の２種類を用意しておき、ゲイン部１１８−３Ａを高速用及びその他用の２種類を用意しておき、車速信号Ｖｅｌの高中低域を検出して各部を切替える構成としても良い。   In the case of the vehicle speed sensitive feedback unit 118A, the phase lead compensation unit 118-1A is prepared for medium speed and other types, and the low-pass filter 118-2A is prepared for low speed and other types. Alternatively, two types of gain unit 118-3A for high speed and others may be prepared, and high, medium and low ranges of the vehicle speed signal Vel may be detected to switch each unit.

なお、上述の実施例ではＳＡＴをＳＡＴ推定部１１７で推定するようにしているが、センサによる測定でＳＡＴを求めるようにしても良い。   In the above-described embodiment, the SAT is estimated by the SAT estimation unit 117. However, the SAT may be obtained by measurement using a sensor.

また、ゲイン部（１１８−３、１１８−３Ａ）のみをトルク感応型としても良い。これによっても、快適な操舵感を得ることができる。   Further, only the gain section (118-3, 118-3A) may be a torque sensitive type. This also provides a comfortable steering feeling.

本発明の実施例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the Example of this invention. 本発明に使用するフィードバック部の構成例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the structural example of the feedback part used for this invention. 本発明に使用するフィードバック部の他の構成例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the other structural example of the feedback part used for this invention. 一般的なステアリン機構例を示す図である。It is a figure which shows the example of a general stearin mechanism. 従来装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a conventional apparatus. 路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode of the torque generate | occur | produced between a road surface and steering. フィードバック部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a feedback part. フィードバックフィルタの特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of a characteristic of a feedback filter.

符号の説明Explanation of symbols

１ 操向ハンドル
３ 減速ギア
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
２０ モータ
２１ モータ駆動部
１００ コントロールユニット
１１０ トルク系制御部
１１１ アシスト量演算部
１１２ 微分制御器
１１３ ヨーレート収れん性制御器
１１４ ロバスト安定化補償器
１１５ ＳＡＴ推定フィードバック部
１１７ ＳＡＴ推定部
１１８、１１８Ａ フィードバック部
１２０ モータ系制御部
１２１ 補償器
１２２ 外乱推定器
１２３ モータ角速度推定部
１２４ モータ角加速度推定部
１２５ モータ特性補償部 1 Steering handle 3 Reduction gear 10 Torque sensor 12 Vehicle speed sensor 20 Motor 21 Motor drive unit 100 Control unit 110 Torque system control unit 111 Assist amount calculation unit 112 Differential controller 113 Yaw rate convergence controller 114 Robust stabilization compensator 115 SAT Estimated feedback unit 117 SAT estimation unit 118, 118A Feedback unit 120 Motor system control unit 121 Compensator 122 Disturbance estimator 123 Motor angular velocity estimation unit 124 Motor angular acceleration estimation unit 125 Motor characteristic compensation unit

Claims (6)

トルクセンサからのトルク信号に基づいて操舵補助指令値を算出する操舵補助指令値算出部と、前記操舵補助指令値に基づいて電圧指令値を算出する電流制御部と、前記電圧指令値に基づいてモータを駆動するモータ駆動部とで成り、前記モータによるアシスト力を操舵系に付与するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記モータの角速度及び角加速度、前記操舵補助指令値及びトルク信号を入力してセルフアライニングトルクの推定若しくはセンサによる測定を行うＳＡＴ測定部を設け、前記ＳＡＴ測定部で求めたＳＡＴを位相補償部及びゲイン部で成るフィードバック部を通して前記操舵補助指令値にフィードバックするようになっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。 A steering assist command value calculation unit that calculates a steering assist command value based on a torque signal from a torque sensor, a current control unit that calculates a voltage command value based on the steering assist command value, and a voltage control value based on the voltage command value A motor drive unit that drives a motor, and applies an assist force by the motor to a steering system, wherein the angular velocity and angular acceleration of the motor, the steering assist command value, and A SAT measurement unit is provided for inputting a torque signal to estimate self-aligning torque or performing measurement by a sensor. The SAT obtained by the SAT measurement unit is converted into the steering assist command value through a feedback unit including a phase compensation unit and a gain unit. A control device for an electric power steering device, wherein feedback is provided. 前記フィードバック部が更にローパスフィルタを具備している請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 The control device for the electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the feedback unit further includes a low-pass filter. 前記位相補償部が位相進み補償部であり、前記位相進み補償部及びゲイン部が車速反応型になっている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 The control device for an electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the phase compensation unit is a phase advance compensation unit, and the phase advance compensation unit and the gain unit are of a vehicle speed response type. 前記位相補償部、前記ローパスフィルタ及び前記ゲイン部が車速感応型になっている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 The control device for an electric power steering apparatus according to claim 2, wherein the phase compensation unit, the low-pass filter, and the gain unit are vehicle speed sensitive. 低速時に前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を下げ、中速時に前記位相補償部の位相進みを大きくし、高速時に前記ゲイン部のゲインを下げるようになっている請求項４に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 5. The electric power steering apparatus according to claim 4, wherein the cutoff frequency of the low-pass filter is lowered at low speed, the phase advance of the phase compensator is increased at medium speed, and the gain of the gain section is lowered at high speed. Control device. 前記ゲイン部がトルク感応型になっている請求項２に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。 The control device for an electric power steering apparatus according to claim 2, wherein the gain section is a torque sensitive type.
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