JP2007045394A - Controller for electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両のステアリング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、特にラックエンド近傍若しくは操舵限界位置に達したときに電磁ブレーキによって操舵アシストを制限し、衝撃力の最大値を低減した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 device that applies a steering assist force by a motor to a steering system of a vehicle, and particularly restricts the steering assist by an electromagnetic brake when the vicinity of a rack end or a steering limit position is reached. The present invention relates to a control device for an electric power steering device in which the maximum value of impact force is reduced.
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(アシスト)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をアシスト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 assists 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 speed reducer. It is designed to assist the load. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque. In feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the current command value and the detected motor current value is small. In general, the adjustment of the motor applied voltage is a duty ratio of PWM (pulse width modulation) control. It is done by adjusting.
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13に示して説明すると、操向ハンドル1のコラム軸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。コラム軸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の操舵力をアシストするモータ20が減速ギア3を介してコラム軸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30には、バッテリ14から電力が供給されると共に、イグニションキー11からイグニションキー信号が入力され、コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルク値Tと車速センサ12で検出された車速Vとに基づいて、アシストマップ等を用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に基づいてモータ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. 13. The
コントロールユニット30は主としてCPU(MPU(Micro Processor Unit)やMCU(Micro Controller Unit)も含む)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図14のようになる。
The
図14を参照してコントロールユニット30の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ10で検出された操舵トルク値T及び車速センサ12で検出された車速Vは、電流指令値Irefを演算する電流指令値演算部31に入力される。電流指令値演算部31は、入力された操舵トルク値T及び車速Vに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ20に供給する電流の制御目標値である電流指令値Irefを決定する。電流指令値Irefは減算部32に入力され、フィードバックされているモータ電流値Imとの偏差I(=Iref−Im)が演算され、その偏差が操舵動作の特性改善のためのPI制御部35に入力される。PI制御部35で特性改善された操舵補助指令値VrefがPWM制御とモータ駆動部としてのモータ駆動回路50に入力され、モータ駆動回路50を介してモータ20がPWM駆動される。モータ20の電流値Imはモータ電流検出器38で検出され、減算部32にフィードバックされる。モータ駆動回路50は駆動素子としてFETが用いられ、FETのブリッジ回路(モータ20が2相の場合はHブリッジ、モータ20が3相の場合は3相ブリッジ)で構成されている。
The function and operation of the
上述のような一般的な電動パワーステアリング装置では、操向ハンドル1の一定以上の転舵を阻止するためのラックエンド機構が設けられており、操向ハンドルを中立位置から左右にそれぞれ所定のラックエンド角まで操舵して、操向ハンドル1の転舵角が最大転舵角に達すると、それ以上は同方向に操向ハンドル1を転舵できないようになっている。このため、操向ハンドル1がラックエンド角近傍まで操舵されているにも拘わらず、操向ハンドル1に大きな操舵トルクが加えられたことに応答して、モータからステアリング機構に大きな操舵アシストが与えられると、ラックエンド機構のストッパに当たったときにラックエンド機構に大きな衝撃力が加わって、大きな衝撃音を発生したり、ラックエンド機構の構成部品や減速ギア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等のトルク伝達系の破損や変形などを生じたりする恐れがある。
In the general electric power steering apparatus as described above, a rack end mechanism for preventing the
このような問題を回避する装置として、例えば特開平10−315987号公報(特許文献1)に開示されているものがある。特許文献1に記載の装置では、操向ハンドルの操舵角がラックエンド角近傍の所定角度に達した後、目標電流値を転舵角の増加に伴って減少させて行き、転舵角がラックエンド角に達したときに目標電流値を零にすることにより、ラックエンド機構に大きな衝撃が加わることを防止するようにしている。しかしながら、上記特許文献1に記載の装置では、操舵ハンドルがラックエンド角近傍で反対方向へ切り返された場合に、転舵角が所定角度以下になるまでの間、目標電流値に制限が加えられるため、操舵トルクに応じた十分な操舵アシストをステアリング機構に与えることができず、操向ハンドルが重くなってしまう問題がある。
As an apparatus for avoiding such a problem, there is an apparatus disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-315987 (Patent Document 1). In the apparatus described in
また、特開2000−335431号公報(特許文献2)によれば、操向ハンドルがステアリングエンドに達した時に操向ハンドルの操舵動作が急激に拘束され、大きな衝撃力が発生する状況であっても、トルクリミッタの存在によってモータによるトルクの増加を制限することができ、衝撃力を軽減することが可能となる。従って、ドライバに不快感を与える振動の発生や電動パワーステアリング装置の構成部材の破損等を防止することができる。しかしながら、特許文献2に記載の装置では、部品数が増加してしまうのでコストがかかり、また機械的な対策になっているため、電動パワーステアリング装置の信頼性が高いものではない。
Further, according to Japanese Patent Laid-Open No. 2000-335431 (Patent Document 2), when the steering handle reaches the steering end, the steering operation of the steering handle is abruptly restricted and a large impact force is generated. However, the presence of the torque limiter can limit the increase in torque by the motor, and the impact force can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the generation of vibrations that cause discomfort to the driver and the breakage of the constituent members of the electric power steering apparatus. However, in the apparatus described in
また、特開2001−30933号公報(特許文献3)によれば、操向ハンドルが最大舵角に達した際の衝撃を効果的に低減することができ、ドライバに不快感を与える振動の発生や電動パワーステアリング装置の構成部材の破損等を防止ないしは緩和することができる。しかしながら、特許文献3に記載の装置では、モータからの操舵アシストはデューティ比の制限によって制限されるが、アシスト制限がドライバに衝撃として伝わり、操舵フィーリングが損なわれる問題がある。
Further, according to Japanese Patent Laid-Open No. 2001-30933 (Patent Document 3), it is possible to effectively reduce the impact when the steering handle reaches the maximum rudder angle, and to generate vibration that causes discomfort to the driver. And breakage of components of the electric power steering apparatus can be prevented or alleviated. However, in the apparatus described in
さらに、特開2004−175196号公報(特許文献4)によれば、舵角検出によって所定角度以上の舵角が検出されているときに、モータの駆動目標値を制限する制限手段(図10における電流制限部33)を設け、この制限手段による駆動目標値の制限が行われているときに、操舵トルク検出手段によって操向ハンドルを中立位置に戻す方向の所定トルク値以上の操舵トルクが検出されたことに応答して、制限手段による駆動目標値の制限を解除するようにしている。しかしながら、特許文献4に記載の装置では、ラックエンドへ当てた前後ではトルクが大きく変化し、適切な所定値を設定することが極めて困難であるといった問題がある。
最近は電動パワーステアリング装置搭載の車両が大型化してきており、電動パワーステアリング装置の大型化に伴い大きな操舵アシストを伝達するようになってきていると共に、ラックエンド機構のストッパ(以下、「ラックエンドストッパ」若しくは単に「ストッパ」とする)や減速ギア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等のトルク伝達系も大型化し、レイアウト性への影響も出てきている。
Recently, a vehicle equipped with an electric power steering device has been increased in size, and as the electric power steering device has increased in size, a large steering assist has been transmitted, and a stopper of a rack end mechanism (hereinafter referred to as “rack end”). The torque transmission system such as the “stopper” or simply “stopper”), the
上述の従来装置では、機構としての対策は特許文献1及び2が実施しており、特許文献1及び2の機構対策ではコストがかかり、また部品数が増加して装置の信頼性が低下してしまう問題がある。また、特許文献3で示されるようなデューティ制限による対策や、特許文献4で示されるような電流指令値制限による対策は、次のような問題がある。即ち、モータは電流が流れなくなっても慣性で回り続けるので、ストッパに当たるときにもアシストが発生してしまい、それを避けるには早めに制限を加える必要がある一方、本来、ストッパに当たる瞬間までは通常通りのアシストができることが理想であるので、制限をかけるのはできるだけ遅くしたいという要請があり、互いに矛盾する要求を同時に満足できない問題がある。
In the above-described conventional apparatus, the countermeasures as a mechanism are implemented by
さらに、タイヤが縁石等に当たりストッパに当たる前に操舵限界位置となった場合、或いは大きな操舵トルクや速い操舵角速度でストッパに当てた場合などは、当たった後もモータの慣性によるアシストが発生しないよう保護制御を実施しなければならない要請がある。 Furthermore, if the tire hits the curb or the like and reaches the steering limit position before it hits the stopper, or if it hits the stopper with a large steering torque or fast steering angular velocity, it protects against assistance from motor inertia even after hitting. There are requests that must be implemented.
本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、機構を使用することなく、ラック移動量、ラック移動速度(操舵角速度)、モータ電流を考慮した操舵限界判定部によりラックエンド(操舵限界位置)に近づいたことを検出し、ラックエンドに近づいたときにモータからのアシストトルクを下げる制限を加え、制限を加えた指令値が零になるタイミングに合わせてモータ端子間を短絡させて電磁ブレーキを発生させることにより、ストッパや減速ギア、ユニバーサルジョイント、ピニオンラック機構等のトルク伝達系への衝撃力を緩和させるようにした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 described above, and the object of the present invention is to use a steering limit determination unit that takes into account the rack movement amount, rack movement speed (steering angular speed), and motor current without using a mechanism. Detects approaching the rack end (steering limit position), adds a limit to lower the assist torque from the motor when approaching the rack end, and matches the timing when the command value with the limit becomes zero between the motor terminals To provide a control device for an electric power steering device that reduces the impact force on the torque transmission system such as a stopper, a reduction gear, a universal joint, and a pinion rack mechanism by generating an electromagnetic brake. is there.
本発明は、操舵トルク値及び車速に基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記電流指令値に基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与するモータをパルス幅変調制御するモータ駆動制御部とを具備したに関し、本発明の上記目的は、ラック移動量及びラック移動速度を考慮してラックエンドに近づいたことを判定するラックエンド判定部を設け、前記ラックエンドに近づいたときに前記電流指令値を制限し、前記制限した電流指令値が零となるタイミングで前記モータの前記パルス幅変調制御のデューティ比を所定値に固定することをより達成され、前記電流指令値の制限を徐々に行うことにより、或いは前記パルス幅変調制御のデューティ比を所定値に固定する場合、前記モータに電磁ブレーキをかけるようにモータ駆動回路の上アーム又は下アームを短絡することにより、或いは前記ラックエンド判定部は舵角及び操舵角速度を入力して前記ラックエンドに近づいたことを判定することにより、より効果的に達成される。 The present invention relates to a current command value calculation unit that calculates a current command value based on a steering torque value and a vehicle speed, and a motor drive that performs pulse width modulation control on a motor that applies a steering assist force to the steering mechanism based on the current command value. The above object of the present invention is to provide a rack end determination unit that determines that the rack end is approached in consideration of the rack movement amount and the rack movement speed, and when the vehicle approaches the rack end. The current command value is limited, and the duty ratio of the pulse width modulation control of the motor is fixed to a predetermined value at a timing when the limited current command value becomes zero. When driving gradually or when the duty ratio of the pulse width modulation control is fixed to a predetermined value, the motor drive is applied so that an electromagnetic brake is applied to the motor. By shorting or lower arm on the circuit, or the rack end judgment unit by determining that approached the rack end by entering the steering angle and the steering angular velocity is more effectively achieved.
また、本発明は、操舵トルク値及び車速に基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、モータ電流を検出するモータ電流検出器と、前記電流指令値及び前記モータ電流に基づいてステアリング機構に操舵補助力を付与するモータをパルス幅変調制御するモータ駆動制御部とを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記モータ電流又は操舵角速度に基づいて操舵限界位置に達したことを判定する操舵限界判定部を具備し、前記操舵限界に達したときに前記パルス幅変調制御のデューティ比を所定値1に固定することにより達成され、前記操舵限界判定部は前記モータ電流の変化率が所定値2以上で、かつ前記操舵角速度が所定値3以上のとき、前記操舵限界位置に達したと判定することにより、或いは前記操舵限界判定部は前記操舵角速度の変化率が所定値4以上のとき、前記操舵限界位置に達したと判定することにより、或いは前記パルス幅変調制御のデューティ比を前記所定値1に固定する場合、前記モータへ出力されるデューティ比を前記所定値1で制限した値に切替えることにより、或いは前記パルス幅変調制御のデューティ比を所定値1に固定してから所定時間が経過したときに、前記デューティ比の前記所定値1への固定を解除することにより、より効果的に達成される。
The present invention also provides a current command value calculation unit that calculates a current command value based on a steering torque value and a vehicle speed, a motor current detector that detects a motor current, and a steering based on the current command value and the motor current. The present invention relates to a control device for an electric power steering apparatus including a motor drive control unit that performs pulse width modulation control on a motor that applies a steering assist force to a mechanism. The object of the present invention is to provide a steering limit based on the motor current or the steering angular velocity. A steering limit determination unit that determines that the position has been reached, and is achieved by fixing a duty ratio of the pulse width modulation control to a predetermined value of 1 when the steering limit is reached. By determining that the steering limit position has been reached when the rate of change of the motor current is a
本発明に係る電動パワーステアリング装置の制御装置によれば、機構を使用することなくラックエンドに近づいたことを電気的に判定し、ラックエンドに近づいたことを判定した時に電流指令値を徐々に制限すると共に、制限した電流指令値が零となるタイミングでモータ端子間を短絡することにより電磁ブレーキ力を発生させているので、運転者に衝撃が伝わることもなく、操舵感を向上させることができる。 According to the control device for the electric power steering apparatus according to the present invention, it is electrically determined that the end of the rack is approached without using the mechanism, and the current command value is gradually increased when it is determined that the end of the rack is approached. Since the electromagnetic brake force is generated by short-circuiting between the motor terminals at the timing when the limited current command value becomes zero, it is possible to improve the steering feeling without transmitting an impact to the driver. it can.
ラックエンドストッパ手前の領域より電磁ブレーキをかけるようにしているので、ストッパへの衝撃力を著しく低減させる効果があり、コストアップもなく、運転者の操舵感を損なうこともない。 Since the electromagnetic brake is applied from the area in front of the rack end stopper, the impact force to the stopper is remarkably reduced, the cost is not increased, and the driver's steering feeling is not impaired.
また、ストッパに当たる瞬間まで通常通りのアシストができることが理想であるので、制限をかけるのはできるだけ遅くしたいという要請があるが、本発明においては、電流が流れなくなるときのタイミングで電磁ブレーキをかけるので、通常アシストを実施できる範囲を広くすることができる。 In addition, since it is ideal that normal assistance can be performed until the moment of hitting the stopper, there is a request that the restriction should be made as late as possible, but in the present invention, the electromagnetic brake is applied when the current stops flowing. The range in which normal assist can be performed can be widened.
更に、ストッパに当たった後も操舵角速度等に基づいて操舵限界位置に達したことを判定して、モータの慣性によるアシストが発生しないようデューティ比を所定値に固定して保護制御を実施しているので、ストッパや減速ギア、ユニバーサルジョイント、ピニオンラック機構等のトルク伝達系に発生する衝撃カの最大値を低減させることができる。 Further, after hitting the stopper, it is determined that the steering limit position has been reached based on the steering angular velocity, etc., and the duty ratio is fixed to a predetermined value so that assist due to the inertia of the motor does not occur, and protection control is performed. Therefore, the maximum value of the impact force generated in the torque transmission system such as the stopper, the reduction gear, the universal joint, and the pinion rack mechanism can be reduced.
本発明の電動パワーステアリング装置の制御装置では、ラック移動量と比例関係にある舵角(ハンドル回転角)を検出する舵角センサと、舵角からラック移動速度と比例関係にある操舵角速度(ハンドル回転速度)を算出する角速度算出部と、舵角及び操舵角速度に基づいてラックエンドに近づいたことを判定するラックエンド判定部とを設け、ラックエンドに近づいたときに電流指令値を徐々に減衰させる制限を加え、制限を加えた電流指令値が零になるタイミングに合わせ、ラックエンドストッパの手前の領域よりモータ端子間を短絡させ、電磁ブレーキをかけることによって衝撃を低減させる。 In the control device for the electric power steering apparatus of the present invention, a steering angle sensor that detects a steering angle (handle rotation angle) proportional to the rack movement amount, and a steering angular velocity (handle) that is proportional to the rack movement speed from the steering angle. An angular velocity calculation unit that calculates the rotation speed) and a rack end determination unit that determines that the rack end is approached based on the steering angle and the steering angular velocity are provided, and the current command value is gradually attenuated when approaching the rack end. In accordance with the timing when the restricted current command value becomes zero, the motor terminals are short-circuited from the area before the rack end stopper, and the electromagnetic brake is applied to reduce the impact.
モータ電流と操舵角速度に基づいて操舵限界位置に達したことを判定する操舵限界判定部を設け、ストッパに当たった後もモータの慣性によるアシストが発生しないようにデューティ比を所定値に固定してストッパや減速ギア、ユニバーサルジョイント、ピニオンラック機構等のトルク伝達系に発生する衝撃カの最大値を低減させる。 A steering limit determination unit that determines that the steering limit position has been reached based on the motor current and the steering angular velocity is provided, and the duty ratio is fixed to a predetermined value so that the assist due to the inertia of the motor does not occur even after hitting the stopper. Reduces the maximum impact force generated in torque transmission systems such as stoppers, reduction gears, universal joints, and pinion rack mechanisms.
また、その際、操舵角速度に対応させて電流指令値の減衰のさせ方や電磁ブレーキ力を変化させるように制御することも可能である。 At that time, it is also possible to perform control such that the current command value is attenuated or the electromagnetic brake force is changed in accordance with the steering angular velocity.
以下に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の第1実施例を図14に対応させて示しており、舵角センサ41により検出された舵角θはラックエンド判定部40に入力されると共に、角速度算出部42に入力される。角速度算出部42で算出された操舵角速度ω(ω=dθ/dt)はラックエンド判定部40に入力される。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention corresponding to FIG. 14. A steering angle θ detected by a
ラックエンド判定部40は、舵角センサ41により検出された舵角θと角速度算出部42で検出された操舵角速度ωとに応じてラックエンドに近づいたことを判定し、ラックエンドに近づいたことが判定されたときに判定信号CD1を出力する。電流制限部33はラックエンド判定部40から判定信号CD1が入力されると、電流指令値Irefを零になるまで徐々に低減させる。また、ラックエンド判定部40は、電流指令値Irefが零になるタイミングに合わせ、判定信号CD2を出力する。モータ駆動回路50はラックエンド判定部40から判定信号CD2が入力されると、モータ端子間の短絡(回生制動)によってモータ20に電磁ブレーキをかける。
The rack
モータ駆動回路50の詳細を図2に示して説明する。モータ駆動回路50は駆動素子であるFET1〜FET4から成るHブリッジ回路部と、FET1〜FET4の各ゲートを制御するゲート制御部とから構成されている。Hブリッジ回路部はFET1及びFET2による上段アームと、FET3及びFET4による下段アームとで構成されている。ゲート制御部では、操舵補助指令値Vrefが変換部51に入力され、変換部51で各FET1〜FET4に対するタイミング信号D1〜D4が生成され、タイミング信号D1〜D4がゲート駆動回路54a、55a、54b、55bへ入力され、FETの駆動が可能なゲート信号が生成される。しかし、変換部51で作成されたタイミング信号D3及びD4は直接ゲート駆動回路55a及び55bに入力されず、それぞれデッドバンド補償のためのデッドタイム回路52及び53に入力され、デッドタイムΔtを補償するようになっている。
Details of the
Hブリッジ回路部を構成するFET1及びFET3は交互にオン・オフを繰り返し、同じようにFET2及びFET4は交互にオン・オフを繰り返す。しかし、FETは理想スイッチではなく、ゲート信号の指示通りに瞬時にオン又はオフせず、ターンオンタイムやターンオフタイムを要する。このため、FET1へのオンの指示とFET3へのオフの指示が同時になされると、FET1及びFET3が同時にオンになって上下段アームが短絡する問題がある。そこで、通常アシスト時にFET1及びFET3が同時にオンすることのないように、ゲート駆動回路54aへオフ信号を与えた場合、ゲート駆動回路55aに直ちにオン信号を与えず、デッドタイム回路52でデッドタイムΔtの間をおいてオン信号をゲート駆動回路55aに与えることにより、FET1及びFET3の上下段短絡を防止している。FET2及びFET4も同様である。
The
次に、舵角θと判定信号CD1,CD2の関係について説明する。 Next, the relationship between the steering angle θ and the determination signals CD1 and CD2 will be described.
ラックエンド判定部40には舵角θと操舵角速度ωが入力され、舵角θはラック移動量と正比例の関係にあり、ハンドル中立(直進状態)位置の舵角を零とし、ラックエンドストッパに当りそれ以上ハンドルが切れない最大舵角をθeとする。中立位置からハンドルを切り続け、所定の舵角θjに達するとラックエンド判定部40は操舵角速度ωの値に基づいて、電流指令値Irefを減衰させ始める減衰開始舵角θsと、電流指令値Irefが減衰して零になるブレーキ舵角θbとを決定する。
The rudder angle θ and the steering angular velocity ω are input to the rack
ハンドルを切り続け減衰開始舵角θsに達すると、ラックエンド判定部40は舵角θに応じた判定信号CD1を出力して電流制限部33に入力する。電流制限部33は判定信号CD1の値に従って電流指令値Irefを減衰させ、更に舵角θがブレーキ舵角θbに達したときに電流指令値Irefは零となる。舵角θがブレーキ舵角θbに達すると、ラックエンド判定部40は舵角θに応じた判定信号CD2を出力してモータ駆動回路50に入力する。モータ駆動回路50は、判定信号CD2の値に従ってモータ20に電磁ブレーキをかける。この時、電流制限部33で制限された電流指令値Irefmは零となっているので、モータ20は駆動されていない。従って、モータ20に電磁ブレーキをかけても、モータ駆動の急変により運転者に違和感を与える心配はない。
When the steering wheel is kept turned and the attenuation start steering angle θs is reached, the rack
ここで、ラックエンド判定部40がどのように各舵角を決定するかを、図3に各舵角θの関係を示して説明する。
Here, how the rack
最大舵角θeはラックエンドストッパに当るまでの角度であるので、ストッパの設定位置により決まっている。右切り時の減衰開始舵角θsと左切り時の減衰開始舵角θsの幅である舵角範囲θwは、電流指令値Irefに制限をかけていない通常のアシスト制御が行われる舵角範囲である。従って、可能な限り舵角範囲θwを広くとることが望ましい。即ち、減衰開始舵角θsをできるだけ大きくし、減衰開始舵角θsからストッパまでの操舵角度Δθをできるだけ小さくすることが望ましい。 Since the maximum steering angle θe is an angle until it hits the rack end stopper, it is determined by the set position of the stopper. The steering angle range θw, which is the width of the attenuation start steering angle θs when turning right and the attenuation start steering angle θs when turning left, is a steering angle range in which normal assist control is performed without limiting the current command value Iref. is there. Therefore, it is desirable that the steering angle range θw be as wide as possible. That is, it is desirable to make the attenuation start steering angle θs as large as possible and to make the steering angle Δθ from the attenuation start steering angle θs to the stopper as small as possible.
一方、本発明の目的であるストッパへの衝撃を小さくするためには、できるだけ早めに電流指令値Irefに制限を加え、早めに電磁ブレーキをかけることが望ましい。即ち、ストッパへの衝撃を小さくするためには、減衰開始舵角θsからストッパまでの操舵角度Δθをできるだけ大きくすることが望ましい。そこで、次に各舵角θの最適値を求める方法について説明する。 On the other hand, in order to reduce the impact on the stopper, which is the object of the present invention, it is desirable to limit the current command value Iref as early as possible and apply the electromagnetic brake as soon as possible. That is, in order to reduce the impact on the stopper, it is desirable to increase the steering angle Δθ from the attenuation start steering angle θs to the stopper as much as possible. Therefore, a method for obtaining the optimum value of each steering angle θ will be described next.
電流指令値Irefを減衰させ、零にするまでに要する時間は、操舵角速度ωが大きいほど長く、操舵角速度ωが小さいほど短くすることにより、運転者に違和感を与えないスムーズな減衰を行うことができる。本発明では、舵角θがスレッショルド舵角θjに達したときに、操舵角速度ωから電流指令値Irefの減衰に要する最適な時間を算出し、この減衰に要する時間から、その間に変位するであろう舵角θを推定することにより、減衰開始舵角θsと電流指令値Irefが零になるブレーキ舵角θbの間隔を決定する。 The time required to attenuate the current command value Iref to zero is longer as the steering angular velocity ω is larger and shorter as the steering angular velocity ω is smaller, so that smooth attenuation that does not give the driver a sense of incongruity can be performed. it can. In the present invention, when the steering angle θ reaches the threshold steering angle θj, an optimum time required for the attenuation of the current command value Iref is calculated from the steering angular velocity ω, and the time required for this attenuation is displaced during that time. By estimating the brazing angle θ, an interval between the braking start angle θs and the brake steering angle θb at which the current command value Iref becomes zero is determined.
電流指令値Irefを減衰させる方法の一例として、図4に示すように減衰開始舵角θsの判定信号CD1を「1」とし、舵角θが減衰開始舵角θsから進むに従って徐々に判定信号CD1を小さくし、ブレーキ舵角θbで零となるような特性を設定する。電流制限部33では電流指令値Irefと判定信号CD1とを乗算し、制限された電流指令値Irefmとして出力する。他の方法を採用することも可能である。
As an example of a method for attenuating the current command value Iref, as shown in FIG. 4, the determination signal CD1 for the attenuation start steering angle θs is set to “1”, and the determination signal CD1 gradually increases as the steering angle θ advances from the attenuation start steering angle θs. Is set so that the brake steering angle θb becomes zero. The current limiting
同様に、舵角θがスレッショルド舵角θjに達したときに、操舵角速度ωから、舵角θがブレーキ舵角θbに達してから電磁ブレーキをかけはじめ、最大舵角θeで適切な衝突力(理想的には零)となるような時間を算出し、その間に変位するであろう舵角θを推定することにより、ブレーキ舵角θbと最大舵角θeとの間隔を決定する。図5に示すようにHブリッジ回路の上段のFET1及びFET2をオフすると共に、下段FETの一方(本例ではFET3)をデューティ比100%でオンし、他方(本例ではFET4)をPWM制御で徐々に電磁ブレーキをかける。電磁ブレーキのかけ方(PWM制御によるデューティ比の与え方)の一例として、図6のように舵角θに応じた判定信号CD2を決めると良い。即ち、ブレーキ舵角θbから最大舵角θeまで、舵角θに比例して判定信号CD2(デューティ比)を大きくする。他の方法で判定信号CD2を決めることも可能である。
Similarly, when the steering angle θ reaches the threshold steering angle θj, the electromagnetic braking is started after the steering angle θ reaches the brake steering angle θb from the steering angular velocity ω, and an appropriate collision force ( The interval between the brake steering angle θb and the maximum steering angle θe is determined by calculating a time that is ideally zero) and estimating the steering angle θ that will be displaced during that time. As shown in FIG. 5, the
電流指令値Irefの減衰のさせ方、電磁ブレーキのかけ方(PWM制御によるデューティ比の与え方)は、運転者に違和感を与えないように操舵角速度ωに応じて決定され、それに応じた減衰開始舵角θs及びブレーキ舵角θbが決定される。これらの舵角θs及びθbは、舵角θがスレッショルド舵角θjに達したときに演算される。スレッショルド舵角θjの値は、舵角θを推定する際の誤差を小さくするためにもできるだけ大きな値が望ましい。そこで、搭載する車両データから推定されるストッパまでの操舵角度Δθが最も大きくなる場合を想定し、その時の減衰開始舵角θsの値をスレッショルド舵角θjとすることが望ましい。 The method of damping the current command value Iref and the method of applying the electromagnetic brake (how to give the duty ratio by PWM control) are determined according to the steering angular velocity ω so as not to give the driver a sense of incongruity, and the damping starts accordingly. The steering angle θs and the brake steering angle θb are determined. These steering angles θs and θb are calculated when the steering angle θ reaches the threshold steering angle θj. The threshold steering angle θj is preferably as large as possible in order to reduce the error in estimating the steering angle θ. Therefore, assuming that the steering angle Δθ up to the stopper estimated from the vehicle data to be installed is the largest, it is desirable that the value of the attenuation start steering angle θs at that time be the threshold steering angle θj.
ここで、ラックエンド判定部40の動作を図7のフローチャ−トに従って説明する。
Here, the operation of the rack
ラックエンド判定部40は、先ず操舵トルク値Tを0とし(ステップS10)、舵角センサ41から舵角θを入力し(ステップS11)、舵角θがスレッショルド舵角θj以上であるか否かを判定する(ステップS12)。そして、舵角θがスレッショルド舵角θjよりも小さければ操舵トルク値Tを零とし(ステップS13)、通常アシストを実行し(ステップS206)、上記ステップS11にリターンする。
The rack
上記ステップS12で、入力された舵角θがスレッショルド舵角θj以上と判定された場合には、操舵トルク値Tが零であるか否かを判定し(ステップS14)、操舵トルク値Tが零である場合には操舵角速度ωに応じたブレーキ舵角θb及び減衰開始舵角θsを決定する(ステップS15)。そして、操舵トルク値Tを「1」とし(ステップS16)、舵角θが減衰開始舵角θs以上であるか否かを判定する(ステップS30)。また、上記ステップS14で操舵トルク値Tが零でないと判定された場合も、ステップS30に進む。 If it is determined in step S12 that the input steering angle θ is equal to or greater than the threshold steering angle θj, it is determined whether or not the steering torque value T is zero (step S14), and the steering torque value T is zero. If so, the brake steering angle θb and the attenuation start steering angle θs corresponding to the steering angular velocity ω are determined (step S15). Then, the steering torque value T is set to “1” (step S16), and it is determined whether or not the steering angle θ is equal to or greater than the attenuation start steering angle θs (step S30). If it is determined in step S14 that the steering torque value T is not zero, the process proceeds to step S30.
ステップS30で舵角θが減衰開始舵角θsよりも小さいと判定された場合には、通常アシストを実行し(ステップS20)、上記ステップS11にリターンする。また、上記ステップS30で舵角θが減衰開始舵角θs以上と判定された場合には、判定信号CD1による電流指令値Irefを減衰させ(ステップS31)、その後に舵角θが減衰開始舵角θb以上であるか否かを判定する(ステップS32)。そして、舵角θが減衰開始舵角θb以上であれば上記ステップS11にリターンし、舵角θが減衰開始舵角θbよりも小さければ判定信号CD2の出力によって電磁ブレーキをかけ(ステップS33)、上記ステップS11にリターンする。 When it is determined in step S30 that the steering angle θ is smaller than the attenuation start steering angle θs, normal assist is executed (step S20), and the process returns to step S11. When it is determined in step S30 that the steering angle θ is equal to or greater than the attenuation start steering angle θs, the current command value Iref based on the determination signal CD1 is attenuated (step S31), and then the steering angle θ is determined to be the attenuation start steering angle. It is determined whether or not θb or more (step S32). If the steering angle θ is equal to or greater than the attenuation start steering angle θb, the process returns to step S11. If the steering angle θ is smaller than the attenuation start steering angle θb, the electromagnetic brake is applied by the output of the determination signal CD2 (step S33). The process returns to step S11.
上記第1実施例では、操舵角θと操舵角速度ωに基づいてラックエンドに近づいたことを検出し、衝撃に対する保護制御を実施している。タイヤが縁石等に当たりストッパに当たる前に操舵限界位置となった場合、或いは大きな操舵トルクや速い操舵角速度でストッパに当てた場合(電磁ブレーキのかけ方が不足した場合)など、当たった後に発生する衝撃カの最大値を低減させることを目的とする第2実施例を、以下に説明する。 In the first embodiment, the approach to the rack end is detected based on the steering angle θ and the steering angular velocity ω, and the protection control against the impact is performed. Impact that occurs after hitting, such as when the tire hits the curb or the like and reaches the steering limit position before hitting the stopper, or when it hits the stopper with a large steering torque or fast steering angular velocity (when the method of applying the electromagnetic brake is insufficient) A second embodiment aimed at reducing the maximum value of power will be described below.
第1実施例1の保護制御を実施しない状態で、操舵限界位置に達した場合のモータ電流Imは図8(A)のようになり、操舵角速度ωは図8(B)のようになる。ラックの移動が急停止され、ピニオンラック機構、ユニバーサルジョイント、減速ギアを介してモータの回転が停止されるので、大きなモータ電流Imが流れると共に操舵角速度ωは減少し、モータの慣性モーメントによるトルクがトルク伝達系に加わる。特にモータ電流Imの時間変化率が大きく、通常の操舵では発生しないような大きな傾きである。この図8(A)の例では4000A/sec程度であり、機械的な操舵限界に当たった場合にしか生じない電流変化率である。 When the protection control of the first embodiment is not performed, the motor current Im when reaching the steering limit position is as shown in FIG. 8A, and the steering angular velocity ω is as shown in FIG. 8B. Since the movement of the rack is suddenly stopped and the rotation of the motor is stopped via the pinion rack mechanism, the universal joint, and the reduction gear, the large motor current Im flows and the steering angular velocity ω decreases, and the torque due to the inertia moment of the motor is increased. Join the torque transmission system. In particular, the time change rate of the motor current Im is large and has a large slope that does not occur in normal steering. In the example of FIG. 8A, the current change rate is about 4000 A / sec, which is generated only when the mechanical steering limit is reached.
この特性より、モータ電流Imの時間変化率を演算し、電流変化率が所定値(例えば3500A/sec)以上の場合、操舵角速度ωの時間変化率が所定値以上の場合、モータ20へ出力されるデューティを所定値(例えば3%)に固定してモータ20から発生するトルクを低減すれば良いことが分かる。
From this characteristic, the time change rate of the motor current Im is calculated. When the current change rate is a predetermined value (for example, 3500 A / sec) or more, when the time change rate of the steering angular velocity ω is a predetermined value or more, it is output to the
このようなことより本実施例では図9に示すように、モータ電流Im、操舵角速度ωに基づいて操舵限界位置を判定する操舵限界判定部60を設け、操舵限界判定部60からの操舵限界フラグFlgによってモータ駆動回路50Aにおけるデューティ指令値を切替えるようにしている。
For this reason, in this embodiment, as shown in FIG. 9, a steering
モータ駆動回路50Aの詳細構成は図10に示すようになっており、操舵補助指令値Vrefはデューティ演算部50A1に入力されてデューティ演算され、デューティ演算された操舵補助指令値Vrefaはリミッタ50A2に入力されて最大値(又は最小値)を制限されると共に、切替部50A3の接点bに入力される。リミッタ50A2で最大値(又は最小値)を制限された操舵補助指令値Vreflは切替部50A3の接点aに入力され、切替部50A3の出力信号が変換部51に入力され、操舵限界フラグFlgがオンのときに切替部50A3の接点は“b”となっており、オフのときに接点“a”となっている。即ち、操舵限界フラグFlgがオンのときは、リミッタ50A2で最大値(又は最小値)を制限された操舵補助指令値Vreflが接点aを経て変換部51に入力されてタイミング信号D1〜D4が生成され、操舵限界フラグFlgがオフのときは、操舵補助指令値Vrefaが接点bを経て変換部51に入力されてタイミング信号D1〜D4が生成される。
The detailed configuration of the
このような構成において、操舵限界判定部60の動作を図11のフローチャートを参照して説明する。
In such a configuration, the operation of the steering
先ずモータ電流Imを読込み(ステップS30)、操舵角速度ωを読込み(ステップS31)、電流変化率ΔImを演算する(ステップS32)。そして、電流変化率ΔImが所定値Ithより大きく、かつ操舵角速度ωの時間変化率が所定値ωthより大きいか否かを判定し(ステップS33)、電流変化率ΔImが所定値Ithより大きく、かつ操舵角速度ωが所定値ωthより大きい場合には操舵限界フラグFlgをオンし(ステップS34)、そうでなければ操舵限界フラグFlgをオフし(ステップS35)、リターンとなる。 First, the motor current Im is read (step S30), the steering angular velocity ω is read (step S31), and the current change rate ΔIm is calculated (step S32). Then, it is determined whether or not the current change rate ΔIm is greater than the predetermined value Ith and the time change rate of the steering angular velocity ω is greater than the predetermined value ωth (step S33), the current change rate ΔIm is greater than the predetermined value Ith, and If the steering angular velocity ω is greater than the predetermined value ωth, the steering limit flag Flg is turned on (step S34). Otherwise, the steering limit flag Flg is turned off (step S35), and the process returns.
また、操舵角速度ωの時間変化率Δωを操舵限界判定に用いた例を図12に示して説明する。 An example in which the time change rate Δω of the steering angular velocity ω is used for determining the steering limit will be described with reference to FIG.
先ず操舵角速度ωを読込み(ステップS40)、角速度変化率Δωを演算する(ステップS41)。そして、角速度変化率Δωが所定値ωthより大きいか否かを判定し(ステップS42)、角速度変化率Δωが所定値ωthより大きい場合には操舵限界フラグFlgをオンし(ステップS43)、そうでなければ操舵限界フラグFlgをオフし(ステップS44)、リターンとなる。図8(A)、(B)のような特性であるため、電流変化率ΔImと角速度変化率Δωの向きが逆の場合に、操舵限界フラグFlgをオンにするようにして誤検出を防止するようにしても良い。 First, the steering angular velocity ω is read (step S40), and the angular velocity change rate Δω is calculated (step S41). Then, it is determined whether or not the angular velocity change rate Δω is greater than the predetermined value ωth (step S42). If the angular velocity change rate Δω is greater than the predetermined value ωth, the steering limit flag Flg is turned on (step S43), and so on. If not, the steering limit flag Flg is turned off (step S44), and the process returns. Since the characteristics are as shown in FIGS. 8A and 8B, when the current change rate ΔIm and the angular velocity change rate Δω are in opposite directions, the steering limit flag Flg is turned on to prevent erroneous detection. You may do it.
このように操舵限界判定部60ではモータ電流Imの時間変化率ΔImを演算し、電流変化率ΔImが所定値Ithよりも大きく、かつ操舵角速度ωが所定値ωthよりも大きい場合に、或いは角速度変化率Δωが所定値ωthよりも大きい場合に操舵限界フラグFlgをオンに設定し、リミッタ50A2で制限されたデューティを操舵補助指令値Vreflとするように切替える。操舵補助指令値Vreflは、モータ駆動回路50の変換部51で各FETへのパルス幅変調信号に変換され、ブリッジ回路のFETへ出力される。
As described above, the steering
本実施例の目的は、ストッパやユニバーサルジョイント等のトルク伝達系に発生する衝撃カの低減である。従って、操舵限界へ達した場合でも大きなトルクが発生しない場合は保護制御を実施する必要がない。また、通常操舵中においても、ベルジアン路等でブレーキを踏んだ場合には、タイヤから大きな振動荷重が入力される。大きな振動荷重はモータ電流Imの傾きが大きくなるため、不要な保護制御を実施してしまう恐れもある。そこで、操舵限界位置を確実に検出するために判定条件を追加して、モータ電流Imの絶対値が所定値(例えば40A)以上の状態が所定時間(例えば10ms)継続したとき、保護制御を実施するようにしても良い。 The object of the present embodiment is to reduce the impact force generated in a torque transmission system such as a stopper or a universal joint. Therefore, if a large torque is not generated even when the steering limit is reached, it is not necessary to perform protection control. Even during normal steering, when a brake is stepped on a Belgian road or the like, a large vibration load is input from the tire. Since a large vibration load increases the inclination of the motor current Im, unnecessary protection control may be performed. Therefore, a determination condition is added to detect the steering limit position reliably, and protection control is performed when the absolute value of the motor current Im continues for a predetermined time (for example, 10 ms) for a predetermined time (for example, 10 ms). You may make it do.
タイヤからの振動荷重の場合、モータ電流Imの傾きは大きいが、継続して大きなモータ電流Imが流れることがないため、操舵限界と区別することができる。また、操舵角速度ωが所定値ωthよりも大きい場合は大きな衝撃荷重が発生するため、保護制御を実施する。判定に使用する操舵角速度ωは操舵限界に達した後に急速に減少するため、端当て検出時間(10ms)より十分過去の操舵角速度ωを使用する(例えば20ms過去)。 In the case of a vibration load from a tire, although the inclination of the motor current Im is large, the large motor current Im does not flow continuously, so that it can be distinguished from the steering limit. Further, when the steering angular velocity ω is larger than the predetermined value ωth, a large impact load is generated, so that protection control is performed. Since the steering angular velocity ω used for the determination decreases rapidly after reaching the steering limit, the steering angular velocity ω sufficiently past the end contact detection time (10 ms) is used (for example, 20 ms past).
操舵限界検出後、所定時間(例えば20ms) デューティを固定し続け、発生する衝撃力のピークを低減する。そして、所定時間(例えば20ms)経過後にデューティ固定を解除し、通常操舵に戻す。余り長い時間デューティを固定すると、ドライバに違和感として伝わってしまうため、衝撃力のピークを低減する最も短い時間を設定する。 After detecting the steering limit, the duty is continuously fixed for a predetermined time (for example, 20 ms), and the peak of the generated impact force is reduced. Then, after a predetermined time (for example, 20 ms) has elapsed, the duty fixing is released and the normal steering is restored. If the duty is fixed for an excessively long time, it will be transmitted to the driver as an uncomfortable feeling.
操舵角速度ωが大きい場合は大きな衝撃荷重が発生するため、デューティ固定解除時間を長く設定しても良い。 When the steering angular velocity ω is large, a large impact load is generated, so the duty fixed release time may be set longer.
デューティの固定方法は前述のように、リミッタ50A2によって制限されたデューティの操舵補助指令値Vreflと切替えてもよいし、第1実施例のように上アーム又は下アームのFETを短絡させ、電磁ブレーキモードを発生させるようにしてモータからトルク伝達系に伝わるトルクを低減させても良い。 As described above, the duty fixing method may be switched to the steering assist command value Vrefl of the duty limited by the limiter 50A2, or the upper arm or the lower arm FET is short-circuited as in the first embodiment, and the electromagnetic brake The torque transmitted from the motor to the torque transmission system may be reduced by generating a mode.
デューティ固定や電磁ブレーキ処理の実施中はモータ電流Imが激しく変動するため、第1実施例と第2実施例を同時に実施する場合は、操舵角速度ωの時間変化率Δωを演算し、時間変化率Δωが所定値以上のとき保護制御を実施するようにしても良い。 Since the motor current Im fluctuates drastically during duty fixing or electromagnetic brake processing, when the first embodiment and the second embodiment are performed simultaneously, the time change rate Δω of the steering angular velocity ω is calculated and the time change rate is calculated. Protection control may be performed when Δω is equal to or greater than a predetermined value.
本発明の実施例の説明は以上の通りであるが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば上記実施例では、モータの駆動目標値は目標電流値であるが、目標電圧値や目標トルク値であってもよい。また、上記実施例ではモータ駆動力を徐々に減衰するようにしているが、急峻にデューティ比を減じてもよい。また、上記実施例では、モータ20に対する駆動電流のデューティ比を減じることでモータ駆動力を減衰させているが、電圧を減じる等、他の手段により駆動電力を低減してモータ駆動力を減衰するようにしても良い。
The description of the embodiments of the present invention is as described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, in the above embodiment, the motor drive target value is the target current value, but may be a target voltage value or a target torque value. In the above embodiment, the motor driving force is gradually attenuated. However, the duty ratio may be sharply reduced. In the above embodiment, the motor driving force is attenuated by reducing the duty ratio of the driving current to the
更に、上述では2相モータについて説明したが、3相モータについても同様に適用可能である。判定に用いるモータ駆動電流Imは3/2相変換したq軸電流検出値を使用すればよいし、インバータの上アーム又は下アームのFETを全てオンするようにデューティ比を固定すれば電磁ブレーキを発生できる。舵角センサとして、コラム軸に取り付けられた既存の舵角センサを用いると良い。また、演算によりラックの移動量を得られるデータであれば、舵角以外のデータを利用しても良いし、直接ラックの移動量を測定しても良い。モータ回転角検出器が備わっている場合、操舵角速度の代わりにモータ回転速度を用いても良い。 Furthermore, although the two-phase motor has been described above, the present invention can be similarly applied to a three-phase motor. The motor drive current Im used for the determination may be a 3 / 2-phase converted q-axis current detection value, and if the duty ratio is fixed so that all the upper arm or lower arm FETs of the inverter are turned on, the electromagnetic brake can be used. Can occur. An existing rudder angle sensor attached to the column shaft may be used as the rudder angle sensor. In addition, data other than the rudder angle may be used as long as the data can obtain the amount of movement of the rack by calculation, or the amount of movement of the rack may be directly measured. When a motor rotation angle detector is provided, the motor rotation speed may be used instead of the steering angular speed.
1 操向ハンドル
2 コラム軸
3 減速ギア
10 トルクセンサ
11 イグニションキー
12 車速センサ
14 バッテリ
20 モータ
30 コントロールユニット
31 電流指令値演算部
33 電流制限部
38 電流検出部
40 ラックエンド判定部
41 舵角センサ
42 角速度算出部
50、50A モータ駆動回路
50A1 デューティ演算部
50A2 リミッタ
50A3 切替部
51 変換部
52、53 デッドタイム回路
60 操舵限界判定部
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