JP2008213643A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算部と、ステアリング機構に操舵補助力を与える電動モータと、前記電流指令値に基づいて電動モータを制御するモータ制御部とを備えた電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention includes a current command value calculation unit that calculates a current command value based on at least a steering torque, an electric motor that applies a steering assist force to a steering mechanism, and a motor control unit that controls the electric motor based on the current command value And an electric power steering apparatus.
従来、ステアリング装置として運転者がステアリングホイールを操舵する操舵トルクに応じて電動モータ駆動することによりステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が普及している。
一般に、ステアリング機構では、ステアリングホイールを中立位置から左及び右の何れかの操舵方向に操舵を続けて、ステアリングホイールの操作量がその最大値に相当する最大舵角に達すると、ステアリング機構がメカニカルストッパに当接してそれ以上の操舵ができない操舵限界となる。このような操舵限界となって、メカニカルストッパに当接する状態となることを所謂端当てと称している。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a steering device, an electric power steering device that applies a steering assist force to a steering mechanism by driving an electric motor in accordance with a steering torque for a driver to steer a steering wheel has been widespread.
Generally, in the steering mechanism, when the steering wheel is continuously steered in the left or right steering direction from the neutral position and the steering wheel operation amount reaches a maximum steering angle corresponding to the maximum value, the steering mechanism is mechanically operated. A steering limit occurs at which the steering wheel cannot contact any further when it comes into contact with the stopper. It is called so-called end pad that such a steering limit is brought into contact with the mechanical stopper.
そして、ステアリングホイールが素早く操作される場合即ち操舵速度が大きい場合には、電動パワーステアリング装置で発生する操舵補助力も大きくなり、端当ての際に生じる衝撃力が大きなものとなり、その結果、ステアリング機構の耐久性が低下したり、操舵操作において運転者が不快感を覚えたりすることがある。
このため、従来、端当て時の衝撃を緩和するように構成された電動パワーステアリング装置として、舵角が最大舵角近傍の所定舵角を超えると電動機の操舵補助トルクを低減補正するアンローダ補正部を有し、このアンローダ補正部で、操舵速度が速いほど前記補助操舵トルクの低減補正量を増大修正するというものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
When the steering wheel is operated quickly, that is, when the steering speed is high, the steering assist force generated by the electric power steering device is also increased, and the impact force generated at the time of end contact is increased, resulting in a steering mechanism. The durability of the vehicle may decrease, or the driver may feel uncomfortable during the steering operation.
For this reason, conventionally, as an electric power steering device configured to relieve impact at the time of end contact, an unloader correction unit that reduces and corrects the steering assist torque of the motor when the rudder angle exceeds a predetermined rudder angle near the maximum rudder angle It is known that the unloader correction unit increases and corrects the reduction correction amount of the auxiliary steering torque as the steering speed increases (see, for example, Patent Document 1).
また、操舵輪が所定の最大舵角に接近して減衰開始舵角を超えたことが検出された場合に、電動モータの駆動力を減衰させる減衰手段と、操舵輪の負荷及び操舵輪の操舵速度に応じて前記減衰開始舵角を設定する減衰開始舵角設定手段とを備えた電気式パワーステアリング装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
ところが、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、最大舵角近傍において操舵補助トルクの低減補正量を増大修正するようにしているので、舵角を検出するセンサが必要となると共に、操舵速度が速い場合には、電動機の慣性により、必ずしも端当て時の衝撃を十分に緩和することができない。
In addition, when it is detected that the steered wheel approaches the predetermined maximum steering angle and exceeds the attenuation start steering angle, a damping unit that attenuates the driving force of the electric motor, the load on the steering wheel, and the steering wheel steering There is also known an electric power steering device including an attenuation start steering angle setting unit that sets the attenuation start steering angle according to speed (for example, see Patent Document 2).
However, in the conventional example described in
また、上記特許文献２に記載の従来例にあっては、操舵輪の負荷及び操舵輪の操舵速度に応じて減衰開始舵角を設定するので、操舵速度が高速である場合には、最大舵角と減衰開始舵角との差を大きくする（電動モータの駆動力を減衰させる時点を早める）ことで、モータ慣性によって端当て時に大きな衝撃が発生することを防止することが可能となるものであるが、最大舵角近傍でアシスト力が不足してしまうと共に、ステアリングホイールを最大舵角近傍から中立位置へ向かって切り戻す場合には、電動モータの駆動力の減衰により、操舵補助力が不十分となってステアリングホイールが最大舵角付近に張り付くような感覚を与え、操舵フィーリングが悪化してしまう。
Further, in the conventional example described in
そこで、機械的に端当ての衝撃を低減することが考えられている（例えば、特許文献３参照）。
この特許文献３に記載の発明では、電動モータから操舵輪への操舵力伝達系の途中であって、電動モータから伝えられるトルクが作用する部分に、該部分に作用するトルクが所定値に達した場合に当該トルクの伝達を制限するトルクリミッタを設けることにより、操舵輪がステアリングエンドに達した時等、操舵輪の操舵動作が急激に停止した場合に瞬間的に増加する電動モータの回転エネルギによるトルクをトルクリミッタにより制限し、所定値以上のトルクの操舵輪側への電動を阻止して大きな衝撃力の発生を防止するようにしている。
In the invention described in
ところで、端当て時やタイヤが縁石に当接した時のように操舵限界に達した時の衝撃荷重が及ぼす影響のうち、ステアリングシャフトとステアリングギヤとの間に介挿されたトルク伝達部材としての中間シャフトに与える影響が大きく、この中間シャフトの耐久性が低下する。
上記各従来例にあっては、ステアリング機構がメカニカルストッパに当接する端当て時などの操舵限界となった時の衝撃を緩和できるものであるが、第１及び第２の従来例のような対策では、ステアリングホイールの絶対角度情報を使用するため、高精度の舵角センサ又は絶対舵角推定機能が必要となり、横滑り防止装置用の低精度の舵角センサを流用することはできず、高価な舵角センサや絶対舵角推定機能を必要とするので、製造コストが嵩む。また、タイヤが縁石に当接した場合など、舵角に関係なく中間シャフト等のトルク伝達部材に伝達される衝撃力を緩和することができない。
By the way, of the effects of impact load when the steering limit is reached, such as when hitting the end or when the tire abuts against the curbstone, as a torque transmission member inserted between the steering shaft and the steering gear The influence on the intermediate shaft is large, and the durability of the intermediate shaft is reduced.
In each of the above conventional examples, the impact can be reduced when the steering mechanism reaches the steering limit, such as when the steering mechanism comes into contact with the mechanical stopper, but the countermeasures as in the first and second conventional examples are possible. Therefore, since the absolute angle information of the steering wheel is used, a highly accurate rudder angle sensor or an absolute rudder angle estimation function is required, and a low accuracy rudder angle sensor for a skid prevention device cannot be diverted and is expensive. Since a rudder angle sensor and an absolute rudder angle estimation function are required, the manufacturing cost increases. In addition, when the tire comes into contact with the curbstone, the impact force transmitted to the torque transmission member such as the intermediate shaft cannot be reduced regardless of the steering angle.
また、第３の従来例のように、端当て時の衝撃を、トルクリミッタを使用して機械的に防止するには、トルクリミッタを組込む必要があり、同様に製造コストが嵩む。
そこで、本発明は、別途高精度の舵角センサやトルクリミッタ等を追加することなく、端当て時やタイヤが縁石等に当接した時などの操舵限界となった時に中間シャフト等のトルク伝達部材に伝達される衝撃力を緩和することができる電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。
Further, as in the third conventional example, in order to mechanically prevent the impact at the time of end application using the torque limiter, it is necessary to incorporate the torque limiter, which similarly increases the manufacturing cost.
Therefore, the present invention does not add a separate high-precision rudder angle sensor or torque limiter, etc., and transmits torque to the intermediate shaft or the like when the steering limit is reached, such as when the tire is in contact with a curb or the like. An object of the present invention is to provide an electric power steering device that can alleviate an impact force transmitted to a member.
上記課題を解決するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリング機構に入力される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクに基づいて電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、前記ステアリング機構のステアリングシャフトに与える操舵補助トルクを発生する電動モータと、前記電流指令値に基づいて前記電動モータをパルス幅変調信号によって駆動制御するモータ制御手段とを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記モータ制御手段は、操舵角を検出又は推定する操舵角検出手段と、該操舵角検出手段で検出又は推定した操舵角に基づいて操舵限界を判断する閾値を設定する閾値設定手段と、前記電動モータと前記ステアリングシャフト間に発生しているモータトルクを検出するモータトルク検出手段と、該モータトルク検出手段で検出したモータトルクの変化率を演算するモータトルク変化率検出手段と、該モータトルク変化率検出手段で演算したモータトルクの変化率が、前記閾値設定手段で設定した閾値以上であるとき、デューティ比制限条件を満足したものと判断して、前記パルス幅変調信号のデューティ比を、前記ステアリング機構の前記ステアリングシャフト及び転舵輪間のトルク伝達部材に伝達されるトルクを抑制する所定値に固定するデューティ比制限手段とを有することを特徴としている。
In order to solve the above problems, an electric power steering apparatus according to
The motor control means includes a steering angle detection means for detecting or estimating a steering angle, a threshold setting means for setting a threshold for judging a steering limit based on the steering angle detected or estimated by the steering angle detection means, and the electric motor Motor torque detecting means for detecting a motor torque generated between the motor and the steering shaft; motor torque change rate detecting means for calculating a rate of change of the motor torque detected by the motor torque detecting means; and the motor torque change When the rate of change of the motor torque calculated by the rate detecting means is equal to or higher than the threshold set by the threshold setting means, it is determined that the duty ratio limiting condition is satisfied, and the duty ratio of the pulse width modulation signal is The torque transmitted to the torque transmission member between the steering shaft and the steered wheels of the steering mechanism is fixed to a predetermined value. It is characterized by having a Yuti ratio limiting means.
また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記閾値設定手段は、前記操舵角検出手段で検出した操舵角が大きいほど、前記モータトルクの変化率が前記閾値を越えやすくなる方向に当該閾値を変更することで、操舵限界と判断し易くすることを特徴としている。
さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記電動モータの駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、前記電動モータの回転角加速度を検出する回転角加速度検出手段とを有し、前記モータトルク検出手段は、前記駆動電流検出手段で検出したモータ駆動電流と前記回転角加速度検出手段で検出した回転角加速度とから前記電動モータと前記ステアリングシャフトとの間に発生しているトルクを演算することを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the electric power steering apparatus according to the first aspect of the invention, the threshold value setting means has a rate of change of the motor torque that is greater than the threshold value as the steering angle detected by the steering angle detection means increases. By changing the threshold value in a direction that easily exceeds the steering angle, it is easy to determine the steering limit.
The electric power steering apparatus according to a third aspect is the invention according to the first or second aspect, wherein a driving current detecting unit that detects a driving current of the electric motor and a rotational angle that detects a rotational angular acceleration of the electric motor. Acceleration detecting means, and the motor torque detecting means is configured to determine whether the electric motor and the steering shaft are based on the motor driving current detected by the driving current detecting means and the rotational angular acceleration detected by the rotational angular acceleration detecting means. It is characterized by calculating the torque generated between them.
また、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記モータトルク検出手段は、前記電動モータの出力軸から前記ステアリングシャフトに至る間のトルク伝達軸に配設した磁歪式トルクセンサで構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１〜４の何れか１項に係る発明において、前記操舵角検出手段は、操舵角センサで構成されていることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the electric power steering apparatus according to the first or second aspect, the motor torque detecting means is disposed on a torque transmission shaft between the output shaft of the electric motor and the steering shaft. It is characterized by comprising a magnetostrictive torque sensor.
Furthermore, the electric power steering apparatus according to a fifth aspect is characterized in that, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the steering angle detecting means comprises a steering angle sensor.
また、請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１〜４の何れか１項に係る発明において、前記操舵角検出手段は、車両の舵角位置を相対的に検出する舵角位置検出手段と、舵角位置の中立点を特定する中立点特定手段とを有し、前記舵角位置検出手段で検出した舵角位置及び中立点特定手段で特定した中立点に基づいて操舵角を推定することを特徴としている。 An electric power steering apparatus according to a sixth aspect is the invention according to any one of the first to fourth aspects, wherein the steering angle detection means relatively detects a steering angle position of the vehicle. And a neutral point specifying means for specifying a neutral point of the steering angle position, and the steering angle is estimated based on the steering angle position detected by the steering angle position detecting means and the neutral point specified by the neutral point specifying means It is characterized by doing.
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、モータトルクの変化率が、操舵角に基づいて設定される操舵限界を判断する閾値以上であるとき、デューティ比制限条件を満足したものと判断して、パルス幅変調信号のデューティ比をステアリング機構のステアリングシャフト及び転舵輪間のトルク伝達部材に伝達されるトルクを抑制する所定値に固定するので、ステアリングシャフト及びステアリングギヤ間に介挿された中間シャフト等のトルク伝達部材に過大なトルクが伝達される前に電動モータで発生する操舵補助トルクを制限することができ、別途高精度の舵角センサやトルクリミッタ等を追加することなく、端当て時やタイヤが縁石等に当接した時などの操舵限界となった時に中間シャフト等のトルク伝達部材に伝達される衝撃力を緩和することができるという効果が得られる。 According to the electric power steering apparatus of the present invention, when the rate of change of the motor torque is equal to or greater than a threshold value for determining a steering limit set based on the steering angle, it is determined that the duty ratio limiting condition is satisfied. The duty ratio of the pulse width modulation signal is fixed to a predetermined value for suppressing the torque transmitted to the torque transmission member between the steering shaft and the steered wheels of the steering mechanism, so that the intermediate shaft interposed between the steering shaft and the steering gear It is possible to limit the steering assist torque generated by the electric motor before excessive torque is transmitted to the torque transmission member, etc., and at the time of end application without adding a separate high precision rudder angle sensor or torque limiter etc. Or the torque transmitted to the torque transmission member such as the intermediate shaft when the steering limit is reached, such as when the tire contacts the curb There is an advantage that it is possible to relieve the force.
また、操舵角が大きいほど、モータトルクの変化率が上記閾値を越えやすくなる方向に当該閾値を変更して、操舵限界と判断し易くすることで、本来のラックエンド当てにおけるデューティ比の制限制御の効果を低減させることなく、舵角エンド以外での操舵限界の誤検出を防止することができるという効果が得られる。さらに、舵角エンド以外においてデューティ比の制限制御を非作動とするわけではないため、縁石当てが発生した場合など、舵角エンド以外にてトルク伝達部材への過大トルクを抑制する必要がある場合には、確実に上記制限制御を機能させることができるという効果が得られる。 Also, the duty ratio limiting control in the original rack end application is made easier by determining the steering limit by changing the threshold in such a direction that the rate of change of the motor torque easily exceeds the above threshold as the steering angle increases. The effect that the erroneous detection of the steering limit other than the steering angle end can be prevented without reducing the above effect. Furthermore, since duty ratio restriction control is not deactivated except at the rudder angle end, excessive torque to the torque transmission member needs to be suppressed at other than the rudder angle end, such as when curb bumps occur. In this case, there is an effect that the restriction control can be functioned reliably.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図中、符号ＳＭはステアリング機構である。このステアリング機構ＳＭは、ステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が伝達される入力軸２ａとこの入力軸２ａに図示しないトーションバーを介して連結された出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２を備えている。このステアリングシャフト２は、ステアリングコラム３に回転自在に内装され、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は図示しないトーションバーに連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an electric power steering apparatus according to the present invention.
In the figure, symbol SM is a steering mechanism. This steering mechanism SM has a
そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、２つのヨーク４ａ，４ｂとこれらを連結する十字連結部４ｃとで構成されるユニバーサルジョイント４を介して中間シャフト５に伝達され、さらに、２つのヨーク６ａ，６ｂとこれらを連結する十字連結部６ｃとで構成されるユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。
このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介して左右のタイロッド９に伝達され、これらタイロッド９によって図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ８は、ギヤハウジング８ａ内に、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ｂとこのピニオン８ｂに噛合するラック軸８ｃとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ｂに伝達された回転運動をラック軸８ｃで直進運動に変換している。
The steering force transmitted to the
The steering force transmitted to the
ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結された操舵補助力を発生する電動機としての例えばブラシレスモータで構成される電動モータ１２とを備えている。
また、減速ギヤ１１のステアリングホイール１側に連接されたハウジング１３内に操舵トルクセンサ１４が配設されている。この操舵トルクセンサ１４は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を非接触の磁気センサで検出するように構成されている。
A
A
そして、操舵トルクセンサ１４から出力される操舵トルク検出値Ｔは、図２に示すように、コントローラ１５に入力される。このコントローラ１５には、トルク検出値Ｔの他に車速センサ１６で検出した車速検出値Ｖ、電動モータ１２に流れるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗ、レゾルバ、エンコーダ等で構成される回転角センサ１７で検出した電動モータ１２の回転角θ、及び操舵角センサ１８で検出した操舵角δも入力される。そして、入力されるトルク検出値Ｔ及び車速検出値Ｖに応じた操舵補助力を電動モータ１２で発生させる操舵補助トルク指令値ＩM *を算出し、算出した操舵補助トルク指令値ＩM *に対して、回転角θに基づいて算出するモータ角速度ω及びモータ角加速度αに基づいて各種補償処理を行ってからｄ−ｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*に変換する。また、モータ電流Ｉｕ〜Ｉｗを３相／ｄ−ｑ変換してｄ−ｑ軸モータ電流Ｉｄ，Ｉｑを算出し、前記ｄ−ｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*とｄ−ｑ軸モータ電流Ｉｄ，Ｉｑとに基づいて電動モータ１２に供給する駆動電流をフィードバック処理して、その結果をｄ−ｑ／３相変換し、電動モータ１２を駆動制御するモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ及びＩｗを出力する。
The steering torque detection value T output from the
すなわち、コントローラ１５は、操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて操舵補助トルク指令値ＩM *を演算する操舵補助トルク指令値演算部２１と、算出された操舵補助トルク指令値ＩM *を補償する指令値補償部２２と、この指令値補償部２２で補償されたトルク指令値Ｉｒに基づいてｄ−ｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を算出し、これら指令電流に基づいてモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗを生成するモータ電流制御部２３とを備えている。
That is, the controller 15 compensates the steering assist torque command value I M *, which calculates the steering assist torque command value I M * based on the steering torque T and the vehicle speed V, and the calculated steering assist torque command value I M * . Based on the command
また、コントローラ１５は、操舵角センサ１８で検出した操舵角δに基づいて、ステアリングギヤ８のラック軸８ｃがラックストロークエンドに達するか又はタイヤが縁石等に接触してこれ以上の転舵ができない操舵限界に達しているか否かを判断するための閾値ΔＴｍａTHを設定する舵角判定部５１と、ｑ軸電流Ｉｑ及びモータ角加速度αに基づいて、電動モータ１２とステアリングシャフト２との間に発生しているモータトルクＴｍａを演算すると共に、そのモータトルクＴｍａに基づいてステアリングギヤ８のラック軸８ｃが操舵限界に達しているか否かを判断し、選択信号ＳＬを出力する端当て判定部５２とを備えている。そして、端当て判定部５２から出力される選択信号ＳＬは、モータ電流制御部２３の後述するデューティ比演算部６５に出力されるようになっている。
Further, based on the steering angle δ detected by the
操舵補助トルク指令値演算部２１では、先ず、トルク指令値演算部４１で、操舵トルクＴ及び車速Ｖをもとに図３に示す操舵補助トルク指令値算出マップを参照して電流指令値となる操舵補助トルク指令値ＩM *を算出する。
この操舵補助トルク指令値算出マップは、図３に示すように、横軸に操舵トルクＴをとり、縦軸に操舵補助トルク指令値ＩM *をとると共に、車速Ｖをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成され、操舵トルクＴが“０”からその近傍の設定値Ｔｓ１までの間は操舵補助トルク指令値ＩM *が“０”を維持し、操舵トルクＴが設定値Ｔｓ１を超えると最初は操舵補助トルク指令値ＩM *が操舵トルクＴの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクＴが増加すると、その増加に対して操舵補助トルク指令値ＩM *が急峻に増加するように設定され、この特性曲線が車速の増加に従って傾きが小さくなるように設定されている。
In the steering assist torque command
As shown in FIG. 3, the steering assist torque command value calculation map has a parabolic shape with the steering torque T on the horizontal axis, the steering assist torque command value I M * on the vertical axis, and the vehicle speed V as a parameter. It is composed of a characteristic diagram represented by a curve, and the steering assist torque command value I M * is maintained at “0” while the steering torque T is between “0” and a set value Ts1 in the vicinity thereof, and the steering torque T is When the set value Ts1 is exceeded, initially, the steering assist torque command value I M * increases relatively slowly with respect to the increase in the steering torque T. However, when the steering torque T further increases, the steering assist torque command with respect to the increase. The value I M * is set so as to increase steeply, and this characteristic curve is set so that the inclination becomes smaller as the vehicle speed increases.
そして、位相補償部４２で、上記操舵補助トルク指令値ＩM *に対して位相補償を行い、位相補償後の操舵補助トルク指令値ＩM *を後述する加算器３８に出力する。また、トルク微分回路４３では、操舵トルクＴを微分した操舵トルク変化率Ｔｄをもとに操舵トルクＴに対する補償値を算出し、これを後述する加算器３８に出力する。
指令値補償部２２は、回転角センサ１７で検出されるモータ回転角θを微分してモータ角速度ωを算出する角速度演算部３１と、この角速度演算部３１で算出されたモータ角速度ωを微分してモータ角加速度αを算出する角加速度演算部３２と、角速度演算部３１で算出されたモータ角速度ωに基づいてヨーレートの収斂性を補償する収斂性補償部３３と、角加速度演算部３２で算出されたモータ角加速度αに基づいて電動モータ１２の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止する慣性補償部３４と、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）を推定するＳＡＴ推定フィードバック部３５とを少なくとも有する。
Then, the
The
ここで、収斂性補償部３３は、角速度演算部３１で算出されたモータ角速度ωが入力され、車両のヨーの収斂性を改善するためにステアリングホイール１が振れ回る動作に対して、ブレーキをかけるように、収斂性補償値Ｉｃを算出する。
また、ＳＡＴ推定フィードバック部３５は、操舵トルクＴ、モータ角速度ω、モータ角加速度α及び操舵補助トルク指令値演算部２１で算出した操舵補助トルク指令値ＩM *が入力され、これらに基づいてセルフアライニングトルクＳＡＴを推定演算する。
Here, the
The SAT estimation feedback unit 35 receives the steering torque T, the motor angular velocity ω, the motor angular acceleration α, and the steering assist torque command value I M * calculated by the steering assist torque command
このセルフアライニングトルクＳＡＴを算出する原理は、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４に示して説明する。
すなわち、ドライバがステアリングホイール１を操舵することによって操舵トルクＴが発生し、その操舵トルクＴに従って電動モータ１２がアシストトルクＴｍを発生する。その結果、車輪Ｗが転舵され、反力としてセルフアライニングトルクＳＡＴが発生する。また、その際、電動モータ１２の慣性Ｊ及び摩擦（静摩擦）Ｆｒによってステアリングホイール１の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。
The principle of calculating the self-aligning torque SAT will be described with reference to FIG. 4 showing the state of torque generated between the road surface and the steering.
That is, when the driver steers the
Ｊ・α＋Ｆｒ・ｓｉｇｎ（ω）＋ＳＡＴ＝Ｔｍ＋Ｔ ………（１）
ここで、上記（１）式を初期値ゼロとしてラプラス変換し、セルフアライニングトルクＳＡＴについて解くと下記（２）式が得られる。
ＳＡＴ（ｓ）＝Ｔｍ（ｓ）＋Ｔ（ｓ）−Ｊ・ω´（ｓ）−Ｆｒ・ｓｉｇｎ（ω（ｓ）） ………（２）
上記（２）式から分かるように、電動モータ１２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、モータ角速度ω、回転角加速度α、アシストトルクＴｍ及び操舵トルクＴよりセルフアライニングトルクＳＡＴを推定することができる。ここで、アシストトルクＴｍは操舵補助トルク指令値ＩM *に比例するので、アシストトルクＴｍに代えて操舵補助トルク指令値ＩM *を適用する。
J · α + Fr · sign (ω) + SAT = Tm + T (1)
Here, when the above equation (1) is Laplace transformed with the initial value zero and the self-aligning torque SAT is solved, the following equation (2) is obtained.
SAT (s) = Tm (s) + T (s) −J · ω ′ (s) −Fr · sign (ω (s)) (2)
As can be seen from the above equation (2), the inertia J and static friction Fr of the
そして、慣性補償部３４で算出された慣性補償値Ｉｉ及びＳＡＴ推定フィードバック部３５で算出されたセルフアライニングトルクＳＡＴが加算器３６で加算され、この加算器３６の加算出力と収斂性補償部３３で算出された収斂性補償値Ｉｃとが加算器３７で加算されて指令補償値Ｉｃｏｍが算出され、この指令補償値Ｉｃｏｍが操舵補助トルク指令値演算部２１から出力される操舵補助トルク指令値ＩM *に加算器３８で加算されて補償後トルク指令値Ｉｒが算出され、この補償後トルク指令値Ｉｒがモータ電流制御部２３に出力される。
Then, the inertia compensation value Ii calculated by the
モータ電流制御部２３は、電動モータ１２の各相コイルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗに供給されるモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを検出するモータ電流検出器６０と、制限後トルク指令値Ｉｒからｄ−ｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を算出する電流指令値算出部６１と、モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗをｄ−ｑ軸モータ電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する３相／ｄ−ｑ変換部６２と、ｄ−ｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*からｄ−ｑ軸モータ電流Ｉｄ，Ｉｑを個別に減算して各相電流偏差ΔＩｄ，ΔＩｑを求める減算器６１ｄ，６１ｑと、各相電流偏差ΔＩｄ，ΔＩｑに対して比例積分制御を行って電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑを算出する電流制御部６３と、当該電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑが入力されて、３相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが算出されるｄ−ｑ／３相変換部６４と、これら電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに基づいてデューティ演算を行って各相のデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗを算出するデューティ比演算部６５とを備えている。
The motor
さらに、モータ電流制御部２３は、デューティ比演算部６５から出力されるデューティ比に基づいてパルス幅変調を行ってパルス幅変調信号を求め、このパルス幅変調信号に基づいて３相モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを電動モータ１２に出力するインバータ６６を備えている。
前記デューティ比演算部６５は、図５に示すように、端当て判定部５２から出力される選択信号ＳＬに応じて、電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに基づいて演算される各相のデューティ比ＤｕB、ＤｖB及びＤｗBと、デューティ比ＤｕB、ＤｖB及びＤｗBを所定値（例えば、３％）に制限した制限デューティ比ＤｕL、ＤｖL及びＤｗLとのうち一方を選択して、最終的な各相のデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗとして出力するデューティ演算／制限演算部６５ｕ、６５ｖ及び６５ｗを備えている。
Further, the motor
As shown in FIG. 5, the duty
ここで、ディーティ演算／制限演算部６５ｕは、電圧指令値Ｖｕに基づいて正負のデューティ比ＤｕBを演算するデューティ比演算部６５ａと、このデューティ比演算部６５ａで算出されたデューティ比ＤｕBを所定値（例えば、３％）に制限するリミッタ６５ｂとを備えている。
さらに、ディーティ演算／制限演算部６５ｕは、テューティ比ＤｕB及び制限デューティ比ＤｕLが入力され、選択信号ＳＬが、ステアリングギヤ８のラック軸８ｃがラックストロークエンドに達するか又はタイヤが縁石等に接触してこれ以上の転舵ができない操舵限界に達していないことを意味する論理値“０”であるときにデューティ比ＤｕBを選択し、選択信号ＳＬが操舵限界に達していることを意味する論理値“１”であるときに制限デューティ比ＤｕLを選択して、デューティ比Ｄｕとして出力する選択スイッチ部６５ｃを備えている。また、他のデューティ演算／制限演算部６５ｖ及び６５ｗも上記デューティ演算／制限演算部６５ｕと同様の構成を有する。
Here, the duty calculation /
Further, the duty ratio /
舵角判定部５１には、操舵角センサ１８で検出した操舵角δが入力され、操舵角δに基づいて、図６に示す閾値算出マップを参照して、ステアリングギヤ８のラック軸８ｃが操舵限界に達しているか否かを判断するための閾値である操舵限界検出閾値ΔＴｍａTHを算出する。
ここで、操舵限界検出閾値ΔＴｍａTHは、ステアリングギヤ８のラック軸８ｃがラックストロークエンドに達するか又はタイヤが縁石等に接触してこれ以上の転舵ができない操舵限界となったときに生じる通常の操舵では発生することがない大きな傾きのモータトルクを判別する閾値であり、閾値算出マップは、操舵角δがラックエンド付近の所定舵角δｔｈまでの領域では閾値ΔＴｍａTH＝ＴＨ１に算出され、操舵角δが所定舵角δｔｈ以上の領域では、操舵角δが大きくなるにつれて閾値ΔＴｍａTHが所定値ＴＨ１より小さく算出されるように設定されている。このように、舵角センタにおける閾値ΔＴｍａTHより、ラックエンド付近での閾値ΔＴｍａTHが小さく算出されるようになっている。
The steering angle δ detected by the
Here, the steering limit detection threshold value ΔTma TH is usually generated when the rack shaft 8c of the
端当て判定部５２には、舵角判定部５１で算出される操舵限界検出閾値ΔＴｍａTH、３相／ｄ−ｑ変換部６２から出力されるｑ軸電流Ｉｑ及び角加速度演算部３２で算出されたモータ角加速度αが入力され、これらに基づいて、ステアリングギヤ８のラック軸８ｃがラックストロークエンドに達するか又はタイヤが縁石等に接触してこれ以上の転舵ができない操舵限界となっているか否かを判定する。
The end
図７は、端当て判定部５２で実行される端当て判定処理手順を示すフローチャートである。
先ず、ステップＳ１で、端当て判定部５２は、舵角判定部５１で算出した操舵限界検出閾値ΔＴｍａTHを読み込み、ステップＳ２に移行する。
ステップＳ２では、端当て判定部５２は、３相／ｄ−ｑ変換部６２から出力されるｑ軸電流Ｉｑ及び角加速度演算部３２で演算されるモータ角加速度αを読み込み、これらに基づいて、下記（３）式の演算を行ってモータトルクＴｍａを算出する。
FIG. 7 is a flowchart showing the end contact determination processing procedure executed by the end
First, in step S1, the end
In step S2, the end
Ｔｍａ= Ｋｔ・Ｉｑ−Ｊｍ・α ………（３）
ここで、Ｋｔはモータのトルク定数、Ｊｍはモータのロータ部の慣性モーメントである。
次に、ステップＳ３では、端当て判定部５２は、前記ステップＳ２で演算したモータトルクＴｍａを微分して、モータトルク変化率ΔＴｍａを演算し、ステップＳ４に移行する。
Tma = Kt · Iq−Jm · α (3)
Here, Kt is the torque constant of the motor, and Jm is the moment of inertia of the rotor portion of the motor.
Next, in step S3, the end
ステップＳ４では、端当て判定部５２は、前記ステップＳ３で算出したモータトルク変化率ΔＴｍａが、前記ステップＳ１で読み込んだ操舵限界検出閾値ΔＴｍａTH以上であるか否かを判定する。そして、このステップＳ４で、ΔＴｍａ≧ΔＴｍａTHであると判定したときには、操舵限界に達したものと判断してステップＳ５に移行する。
ステップＳ５では、端当て判定部５２は、論理値“１”の選択信号ＳＬをデューティ比演算部６５に出力してから端当て判定処理を終了する。
In step S4, the end
In step S <b> 5, the end
また、前記ステップＳ４で、端当て判定部５２がΔＴｍａ＜ΔＴｍａTHであると判定したときには、ステップＳ６に移行し、論理値"０"の選択信号ＳＬをデューティ比演算部６５に出力してから端当て判定処理を終了する。
通常操舵時にラック軸８ｃが操舵限界に到達したときの操舵トルクＴ（ｑ軸電流Ｉｑ）とモータ角速度ωとの波形は、図８に示すようになる。なお、前述したように、操舵トルクＴに基づいて演算されたｄ−ｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*をもとに電動モータ１２が駆動制御されるため、ｑ軸電流Ｉｑは操舵トルクＴに基づいて決定されることになり、ｑ軸電流Ｉｑは操舵トルクＴと同等の波形となる。
In step S4, when the end
The waveforms of the steering torque T (q-axis current Iq) and the motor angular velocity ω when the rack shaft 8c reaches the steering limit during normal steering are as shown in FIG. As described above, since the
時点ｔ１でラック軸８ｃが操舵限界となったものとすると、図８（ａ）に示すように、操舵トルクＴ（ｑ軸電流Ｉｑ）が通常の操舵では発生しないような大きな傾きで増加する。モータトルクＴｍａは前記（３）式をもとに演算されるものであり、ｑ軸電流の増加に伴ってモータトルクＴｍａも増加するため、モータトルク波形も図８（ａ）と同等の波形となる。このため、ΔＴｍａ≧ΔＴｍａTHであるときには、確実に操舵限界に達したものと判断することができる。 Assuming that the rack shaft 8c reaches the steering limit at time t1, as shown in FIG. 8A, the steering torque T (q-axis current Iq) increases with a large gradient that does not occur in normal steering. The motor torque Tma is calculated based on the above equation (3). Since the motor torque Tma increases as the q-axis current increases, the motor torque waveform is the same as that shown in FIG. Become. For this reason, when ΔTma ≧ ΔTma TH , it can be determined that the steering limit has been reached reliably.
また、据え切りのようなハンドルが重い状態で操舵限界に達したときの操舵トルクＴ（ｑ軸電流Ｉｑ）とモータ角速度ωとの波形は、図９に示すようになる。時点ｔ１１でラック軸８ｃが操舵限界となったものとすると、図９（ａ）に示すように、操舵トルクＴ（ｑ軸電流Ｉｑ）は増加するが、操舵限界となる前の操舵トルクＴ（ｑ軸電流Ｉｑ）がもともと大きいため、変化率は小さい。また、変化する時間も短い。 Further, the waveforms of the steering torque T (q-axis current Iq) and the motor angular velocity ω when the steering limit is reached when the steering wheel is heavy, such as a stationary steering wheel, are as shown in FIG. Assuming that the rack shaft 8c reaches the steering limit at time t11, as shown in FIG. 9A, the steering torque T (q-axis current Iq) increases, but the steering torque T ( Since the q-axis current Iq) is originally large, the rate of change is small. Also, the change time is short.
しかし、この場合、図９（ｂ）に示すようにモータ角速度ωは急激に低下する。モータトルクＴｍａは、上述したように前記（３）式をもとに演算されるものであるため、モータ角加速度αが負の方向に大きいほど大きくなる。このため、据え切り状態である場合にも、モータトルク波形は図８（ａ）と同等の波形となり、ΔＴｍａ≧ΔＴｍａTHであるときには、確実に操舵限界に達したものと判断することができる。 However, in this case, the motor angular velocity ω decreases rapidly as shown in FIG. Since the motor torque Tma is calculated based on the equation (3) as described above, the motor torque Tma increases as the motor angular acceleration α increases in the negative direction. Therefore, even in the stationary state, the motor torque waveform is the same as that shown in FIG. 8A, and when ΔTma ≧ ΔTma TH , it can be determined that the steering limit has been reached reliably.
なお、図２において、操舵トルクセンサ１４が操舵トルク検出手段に対応し、操舵角センサ１８が操舵角検出手段に対応し、操舵補助トルク指令値演算部２１及び指令値補償部２２が電流指令値演算手段に対応し、舵角判定部５１が閾値設定手段に対応し、端当て判定部５２及びデューティ比演算部６５がデューティ比制限手段に対応し、モータ電流制御部２３がモータ制御手段に対応し、角加速度演算部３２が回転角加速度検出手段に対応し、モータ電流検出器６０が駆動電流検出手段に対応している。
In FIG. 2, the
また、図７において、ステップＳ２の処理がモータトルク検出手段に対応し、ステップＳ３の処理がモータトルク変化率検出手段に対応している。
次に、本発明の実施形態における動作について説明する。
今、車両の走行を開始するために、イグニッションスイッチをオン状態としたものとすると、コントローラ１５に電源が投入されて操舵補助制御処理が実行開始され、操舵トルクセンサ１４で検出した操舵トルクＴ、車速センサ１６で検出した車速Ｖ、モータ電流検出器６０で検出したモータ電流検出値Ｉｕ〜Ｉｗ、回転角センサ１７で検出したモータ回転角θ、操舵角センサ１８で検出した操舵角δがコントローラ１５に供給される。
In FIG. 7, the process of step S2 corresponds to the motor torque detecting means, and the process of step S3 corresponds to the motor torque change rate detecting means.
Next, the operation in the embodiment of the present invention will be described.
Assuming that the ignition switch is turned on to start running the vehicle, the controller 15 is turned on to start execution of the steering assist control process, and the steering torque T detected by the
したがって、操舵補助トルク指令値演算部２１で、操舵トルクＴと車速Ｖとに基づいて図３に示す操舵補助トルク指令値算出マップを参照して操舵補助トルク指令値ＩM *を算出する。一方、回転角センサ１７で検出したモータ回転角θが角速度演算部３１に入力されてモータ角速度ωが算出され、このモータ角速度ωが角加速度演算部３２に入力されてモータ角加速度αが算出される。
Therefore, the steering assist torque command
そして、収斂性補償部３３でモータ角速度ωに基づいて収斂性補償値Ｉｃが算出され、慣性補償部３４でモータ角加速度αに基づいて慣性補償値Ｉｉが算出され、さらにＳＡＴ推定フィードバック部３５でモータ角速度ω及びモータ角加速度αに基づいてセルフアライニングトルクＳＡＴが算出され、これらが加算器３６及び３７で加算されて指令値補償値Ｉｃｏｍが算出され、これが加算器３８で操舵補助トルク指令値ＩM *に加算されて補償後トルク指令値Ｉｒが算出される。
Then, the
このとき、車両が停止状態にあって、ステアリングホイール１が操舵されていない状態では、操舵トルクセンサ１４で検出される操舵トルクＴが“０”であり、車速センサ１６で検出される車速Ｖも“０”であるので、操舵補助トルク指令値演算部２１で算出される操舵補助トルク指令値ＩM *も“０”となっている。また、角速度演算部３２で演算されるモータ角加速度αも“０”となっている。
At this time, when the vehicle is stopped and the
電動モータ１２が停止状態にあるので、モータ電流検出器６０で検出したモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗも“０”であり、このモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗを３相／ｄ−ｑ軸変換部６２で変換したｑ軸電流Ｉｑも“０”となる。このため、端当て判定部５２は、図７のステップＳ２で前記（３）式をもとにＴｍａ＝０に算出する。
ΔＴｍａ＜ΔＴｍａTHであるため、端当て判定部５２は、図７のステップＳ４でＮｏと判定し、操舵限界に達していないものと判断してステップＳ６に移行して、論理値"０"の選択信号ＳＬをデューティ比演算部６５に出力する。
Since the
Since ΔTma <ΔTma TH , the end
そのため、デューティ比演算部６５は、各相のデューティ比ＤｕB、ＤｖB及びＤｗBをそのままデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗとして出力し、これらに基づいて電動モータ１２が駆動制御される。このとき、デューティ比ＤｕB、ＤｖB及びＤｗBは０％であるので、インバータ６６から出力されるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗも“０”となって、電動モータ１２は停止状態を継続する。
Therefore, the duty
この電動モータ１２の停止状態で、ステアリングホイール１を右切り（又は左切り）操舵する所謂据え切りを行うと、操舵トルクセンサ１４で操舵方向に応じた操舵トルクＴが検出され、この操舵トルクＴがコントローラ１５に供給される。このとき、車速Ｖが“０”であるので、操舵補助トルク指令値演算部２１では、図３の一番内側の特性曲線が選択されて操舵トルクＴの増大に応じて早めに大きな値となる操舵補助トルク指令値ＩM *が算出され、この操舵補助指令値ＩM *が加算器３８に出力される。また、操舵によりモータ角加速度αが出力される。
When the
そして、指令値補償部２２で算出される指令補償値Ｉｃｏｍによって操舵補助指令値ＩM *に対する補償が行われ、補償後トルク指令値Ｉｒが算出される。
この状態で発生するモータトルク変化率ΔＴｍａは、モータ角加速度αのみによるものなので、操舵限界到達時のモータトルク変化率よりは小さく、ΔＴｍａ＜ΔＴｍａTHとなって、端当て判定部５２では論理値“０”の選択信号ＳＬの出力を継続し、デューティ比演算部６５は、デューティ比ＤｕB〜ＤｗBをそのままデューティ比Ｄｕ〜Ｄｗとして出力し、これらに基づいて電動モータ１２が駆動制御される。これにより、操舵トルクＴに応じた操舵補助トルクが発生され、これが減速ギヤ１１を介してステアリングシャフト２の出力軸２ｂに伝達されるので、据え切り状態での操舵を軽く行うことができる。
Then, compensation for the steering assist command value I M * is performed by the command compensation value Icom calculated by the command
Since the motor torque change rate ΔTma generated in this state is solely due to the motor angular acceleration α, it is smaller than the motor torque change rate when the steering limit is reached, and ΔTma <ΔTma TH. The output of the selection signal SL of “0” is continued, and the duty
また、本実施形態では、操舵限界検出閾値ΔＴｍａTHは操舵角δに応じて設定されるものであり、上記のようにラックストロークエンドに達していない場合には、図６の閾値算出マップを参照して、操舵限界検出閾値ΔＴｍａTHが、モータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｍａTHを超え難くなるような比較的大きいＴＨ１に設定されるため、操舵限界と判断し難くなって、操舵限界の誤検出を防止することができる。 In this embodiment, the steering limit detection threshold value ΔTma TH is set according to the steering angle δ. If the rack stroke end has not been reached as described above, refer to the threshold value calculation map of FIG. Since the steering limit detection threshold value ΔTma TH is set to a relatively large TH1 that makes it difficult for the motor torque change rate ΔTma to exceed the threshold value ΔTma TH , it is difficult to determine that the steering limit is the steering limit. Can be prevented.
その後、車両を発進させると、車速センサ１６で検出される車速Ｖが増加することにより、操舵補助トルク指令値演算部２１では、図３のマップにおいて車速Ｖが速くなるほど外側の特性曲線が選択されることになる。したがって、操舵トルクＴの増加に対応する操舵補助トルク指令値ＩM *の増加量が少なくなることにより、電動モータ１２で発生される操舵補助トルクも据え切り時に比較して小さい値となり、車速Ｖに応じた最適な操舵補助トルクを発生させることができる。
Thereafter, when the vehicle is started, the vehicle speed V detected by the
ところで、前述した据え切り状態や車庫入れ等の極低速走行状態でステアリングホイール１を右又は左に操舵限界まで比較的速い操舵を行うと、操舵限界に達するまでは、前述したように、コントローラ１５で、そのときの操舵トルクセンサ１４で検出される操舵トルクＴに応じたモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが形成されて、これらが電動モータ１２に供給され、軽い操舵を行うことができる。
By the way, if the
このとき、据え切り状態や極低速走行状態での操舵であるので、操舵トルクＴが大きく、パルス幅変調部６３から出力されるパルス幅変調信号のデューティ比は略１００％に近い状態となっている。
この状態で、操舵限界に達すると、ラック軸８ｃの移動が停止されることにより、ピニオン８ｂ、ピニオンシャフト７、ユニバーサルジョイント６、中間シャフト５、ユニバーサルジョイント４、ステアリングシャフト２の出力軸２ｂの回転が停止し、これに応じて減速ギヤ１１を介して電動モータ１２の回転も停止される。
At this time, since the steering is performed in the stationary state or the extremely low speed traveling state, the steering torque T is large, and the duty ratio of the pulse width modulation signal output from the pulse
In this state, when the steering limit is reached, the movement of the rack shaft 8c is stopped, whereby the
このとき、コントローラ１５では、パルス幅変調信号のデューティ比が１００％に近い状態であるため、インバータ６６から出力されるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが急増し、且つモータの慣性モーメントによるトルクが加わる。したがって、端当て判定部５２で演算されるモータトルクＴｍａが急勾配で増加する状態となり、モータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｍａTH以上となる。このとき、操舵角δが大きく舵角エンド側にある場合、舵角判定部５１で閾値ΔＴｍａTHが比較的小さい値に設定されていることから、操舵限界と判断し易くなっている。
At this time, in the controller 15, since the duty ratio of the pulse width modulation signal is close to 100%, the motor currents Iu to Iw output from the
そして、端当て判定部５２は、図７のステップＳ４でＹｅｓと判定してステップＳ５に移行し、論理値“１”の選択信号ＳＬがデューティ比演算部６５に出力する。これにより、デューティ比演算部６５は、デューティ比ＤｕB、ＤｖB及びＤｗBを所定値（３％）に制限し、これをデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗとして出力する。その結果、所定値（３％）に固定されたデューティ比に基づいて電動モータ１２が駆動制御されることになる。
Then, the end
このように、デューティ比が制限されることにより、インバータ６６から出力されるモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗが減少されて、電動モータ１２で発生する操舵補助トルクが減少し、中間シャフト５に伝達される伝達トルクのピーク値が、デューティ比の制限を行わない場合と比較して抑制されることになり、中間シャフト等のトルク伝達部材の耐久性を向上させることができる。
As described above, by limiting the duty ratio, the motor currents Iu to Iw output from the
しかも、モータ電流検出器６０で検出したモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗと角加速度演算部３２で演算したモータ角加速度αに基づいてモータトルク値Ｔｍａを演算し、これを微分してモータトルク変化率ΔＴｍａを演算し、その演算結果と閾値ΔＴｍａTHとを比較することにより、端当て状態やタイヤが縁石に接触した状態の操舵限界を検出するので、操舵限界に達した時から短時間（例えば１０ｍｓｅｃ程度）で操舵限界状態を検出することができる。
Moreover, the motor torque value Tma is calculated based on the motor currents Iu to Iw detected by the motor current detector 60 and the motor angular acceleration α calculated by the angular
また、この操舵限界検出時から短時間（例えば２０ｍｓｅｃ程度）で電動モータ１２によって発生する操舵補助トルクを制限することができるので、操舵限界到達時から中間シャフト５にピークトルクが発生するまでの時間（約３０ｍｓｅｃ程度）内に操舵補助トルク制限を行うことが可能となり、中間シャフトに発生するトルクを低減して、中間シャフト５の耐久性の低下を防止することができる。しかも、この効果を別途高精度の舵角センサ等のセンサを設けることなく発揮することができる。
Further, since the steering assist torque generated by the
このように、上記実施形態では、モータトルクの変化率が、操舵角に基づいて設定される操舵限界を判断する閾値以上であるとき、デューティ比制限条件を満足したものと判断して、パルス幅変調信号のデューティ比をステアリング機構のステアリングシャフト及び転舵輪間のトルク伝達部材に伝達されるトルクを抑制する所定値に固定するので、ステアリングシャフト及びステアリングギヤ間に介挿された中間シャフト等のトルク伝達部材に過大なトルクが伝達される前に電動モータで発生する操舵補助トルクを制限することができ、別途高精度の舵角センサやトルクリミッタ等を追加することなく、端当て時やタイヤが縁石等に当接した時などの操舵限界となった時に中間シャフト等のトルク伝達部材に伝達される衝撃力を緩和することができる。 Thus, in the above embodiment, when the rate of change of the motor torque is equal to or greater than the threshold for determining the steering limit set based on the steering angle, it is determined that the duty ratio limiting condition is satisfied, and the pulse width The duty ratio of the modulation signal is fixed to a predetermined value that suppresses the torque transmitted to the torque transmission member between the steering shaft and the steered wheels of the steering mechanism, so that the torque of the intermediate shaft or the like inserted between the steering shaft and the steering gear The steering assist torque generated by the electric motor before the excessive torque is transmitted to the transmission member can be limited, and without adding a separate high precision rudder angle sensor or torque limiter etc. Reducing the impact force transmitted to the torque transmission member such as the intermediate shaft when the steering limit is reached, such as when it contacts a curb It can be.
また、操舵角が大きいほど、モータトルクの変化率が操舵限界検出閾値を越えやすくなる方向に閾値を変更することで、操舵限界と判断し易くするので、本来のラックエンド当てにおけるデューティ比の制限制御の効果を低減させることなく、舵角エンド以外での操舵限界の誤検出を防止することができる。また、舵角エンド以外においてデューティ比の制限制御を非作動とするわけではないため、縁石当てが発生した場合など、舵角エンド以外にてトルク伝達部材への過大トルクを抑制する必要がある場合には、確実に上記制限制御を機能させることができる。 In addition, the greater the steering angle, the easier it is to determine the steering limit by changing the threshold in such a direction that the motor torque change rate is more likely to exceed the steering limit detection threshold. Without reducing the control effect, it is possible to prevent erroneous detection of the steering limit other than at the steering angle end. Also, since duty ratio restriction control is not deactivated except at the rudder angle end, excessive torque to the torque transmission member needs to be suppressed at other than the rudder angle end, such as when a curbstone hit occurs. Therefore, it is possible to ensure that the above limit control functions.
また、操舵角検出手段を操舵角センサで構成し、操舵角センサで検出した操舵角に基づいて操舵限界検出閾値を設定するので、閾値設定を比較的簡易な構成で行うことができると共に、横滑り防止装置用の低精度の舵角センサを流用可能であるため、ステアリングホイールの絶対角度情報を使用して操舵限界を検出する場合のように高精度の舵角センサを別途設ける必要はなく、製造コストが嵩むのを抑制することができる。 In addition, since the steering angle detection means is constituted by a steering angle sensor and the steering limit detection threshold is set based on the steering angle detected by the steering angle sensor, the threshold can be set with a relatively simple configuration, and the skid Since it is possible to divert the low-precision steering angle sensor for the prevention device, it is not necessary to provide a high-precision steering angle sensor separately as in the case of detecting the steering limit using the absolute angle information of the steering wheel. The increase in cost can be suppressed.
また、上記実施形態においては、モータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｍａTH以上であるときに、操舵限界であるとしてデューティ比を所定値に固定する場合について説明したが、モータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｍａTH以上であり、且つモータトルクＴｍａが所定値（例えば２．０Ｎｍ）以上であるときに操舵限界であると判断したり、モータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｍａTH以上であり、且つモータトルクＴｍａが所定値（例えば２．０Ｎｍ）以上である状態を所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）継続したときに操舵限界であると判断したりすることもできる。 In the above embodiment, the case where the duty ratio is fixed to a predetermined value as the steering limit when the motor torque change rate ΔTma is equal to or greater than the threshold value ΔTma TH has been described. However, the motor torque change rate ΔTma is set to the threshold value ΔTma. and the TH or more, and or it is determined that the steering limit when the motor torque Tma is a predetermined value (e.g. 2.0 Nm) or more, the motor torque change rate DerutaTma is not less threshold DerutaTma TH or more, and the motor torque Tma It is also possible to determine that the steering limit is reached when a state of a predetermined value (for example, 2.0 Nm) or more continues for a predetermined time (for example, 10 msec).
これにより正確に操舵限界到達状態を検出することができる。この場合には、通常操舵時に、車両が例えばベルジアン路（石畳路）等で制動を行うことにより、タイヤから大きな振動荷重が入力されるときがあり、この振動荷重が大きいと電動モータ１２のモータ電流の傾きが大きくなる傾向があるが、タイヤからの振動荷重に対して継続して大きな電流が流れることはないので、この走行状態を誤検出することを確実に防止することができる。
Thereby, the steering limit reaching state can be detected accurately. In this case, during normal steering, the vehicle may be braked on, for example, a Belgian road (cobblestone road) or the like, whereby a large vibration load may be input from the tire. If the vibration load is large, the motor of the
また、操舵限界が生じるのは、ステアリングホイール１を切り増し方向に操舵する場合のみであることから、モータトルクＴｍａの符号とモータトルク変化率ΔＴｍａの符号とが一致する切り増し状態であり、且つモータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｍａTH以上であるときに操舵限界であると判断することもできる。
さらに、端当て判定部５２に、角速度演算部３１で算出されるモータ角速度ωをさらに供給し、モータ角速度ωが所定値以上で且つモータトルク変化率ΔＴｍａが閾値ΔＴｍａTH以上であるときに操舵限界であると判断することもできる。操舵限界到達時のモータ角速度ωは図１０に示すように急激に低下するので、この場合には、モータ角速度ωとして、操舵限界となる直前のモータ角速度（所定時間前（例えば２０ｍｓｅｃ程度前）のモータ角速度）を使用する。
Further, since the steering limit occurs only when the
Further, the motor angular velocity ω calculated by the angular
このように、モータ角速度ωを操舵限界検出条件に入れることにより、モータ角速度ωが所定値より小さい状態では、操舵限界到達時の衝撃荷重も小さく、中間シャフト５に伝達される伝達トルクのピーク値も小さいので、小さい値の固定デューティ比を使用する操舵補助トルク制限を行う必要がないと判断し、モータ角速度ωが所定値以上である場合には、操舵限界到達時の衝撃荷重が大きくなるので、中間シャフト５に伝達され伝達トルクのピーク値も大きくなることから操舵補助トルク制限を行う必要があるとして、当該操舵補助トルク制限を行い、中間シャフト５に伝達されるピークトルクを確実に減少させることができる。
In this way, by putting the motor angular velocity ω into the steering limit detection condition, when the motor angular velocity ω is smaller than a predetermined value, the impact load when the steering limit is reached is small, and the peak value of the transmission torque transmitted to the
さらにまた、上記実施形態においては、デューティ比を所定値に固定する操舵補助トルク制限の継続時間を所定時間（例えば２０ｍｓｅｃ程度）に設定し、操舵補助トルク制限状態を上記所定時間継続した後に、当該制限を解除することもできる。これにより、中間シャフト５に発生する伝達トルクのピークを低減するに十分な時間だけ操舵補助トルク制限を継続させて、長い時間操舵補助トルク制限が継続されることに起因する運転者の違和感を抑制することができる。このとき、モータ角速度ωが大きいときには衝撃荷重も大きいことから、モータ角速度ωが大きいほど、操舵補助トルク制限の継続時間を長く設定する。
Furthermore, in the above embodiment, the duration of the steering assist torque limit for fixing the duty ratio to a predetermined value is set to a predetermined time (for example, about 20 msec), and after the steering assist torque limit state is continued for the predetermined time, You can also remove the restriction. As a result, the steering assist torque limitation is continued for a time sufficient to reduce the peak of the transmission torque generated in the
また、上記実施形態においては、操舵限界検出時に、比較的小さい値の制限デューティ比ＤｕL〜ＤｗLに基づいて電動モータ１２を制御する場合について説明したが、インバータの上アーム部（又は下アーム部）を構成する３つのスイッチング素子に対するパルス幅変調信号のデューティ比を０％とし、下アーム部（又は上アーム部）を構成する３つのスイッチング素子に対するパルス幅変調信号のデューティ比を１００％に固定して、電動モータ１２の各コイルを短絡状態の閉回路とすることにより、電磁ブレーキモードとし、電動モータ１２のロータの慣性力が中間シャフト５に伝達されないようにすることもできる。
In the above embodiment, the case where the
さらにまた、上記実施形態においては、制限デューティ比ＤｕL〜ＤｗLを例えば３％に設定する場合について説明したが、電動モータ１２の特性に合わせて任意の固定デューティ比を設定することができる。
さらに、上記実施形態においては、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑとｄ軸目標電流Ｉｄ*及びｑ軸目標電流Ｉｑ*との偏差に対して比例積分制御を行う場合について説明したが、電流指令値算出部６１の出力側に３相／２相変換部を設けて電流指令値Ｉｕ*、Ｉｖ*及びＩｗ*に変換し、３つの減算部で電流指令値Ｉｕ*〜Ｉｗ*とモータ電流Ｉｕ〜Ｉｗとの偏差に対して夫々比例積分制御を行うこともできる。
Furthermore, in the above embodiment, the case where the limit duty ratios Du L to Dw L are set to 3%, for example, has been described. However, any fixed duty ratio can be set in accordance with the characteristics of the
Furthermore, in the above embodiment, the case where proportional integral control is performed with respect to the deviation between the d-axis current Id and q-axis current Iq and the d-axis target current Id * and q-axis target current Iq * has been described. A three-phase / two-phase converter is provided on the output side of the
また、上記実施形態においては、デューティ比演算部６５ａでデューティ比ＤｕBを演算してからリミッタ６５ｂで制限デューティ比ＤｕLを算出し、これらを選択スイッチ部６５ｃで選択する場合について説明したが、電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗをリミッタで所定値に制限し、電圧指令値Ｖｕ〜Ｖｗと制限電圧指令値ＶｕL〜ＶｗLとを選択スイッチ部で選択し、選択された指令値に基づいてデューティ比Ｄｕ〜Ｄｗ、Ｄを演算することもできる。
In the above embodiment, the duty ratio Du B is calculated by the duty
さらに、上記実施形態においては、ｑ軸電流Ｉｑとモータ角加速度αとに基づいてモータトルクＴｍａを演算するように構成した場合について説明したが、電動モータ１２の出力軸、減速ギヤ１１の入出力軸等のトルク伝達軸に磁歪式トルクセンサなどのトルクセンサを配設して直接モータトルクＴｍａを検出するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、操舵角検出手段として操舵角センサ１８を適用する場合について説明したが、操舵角センサ１８に代えて、コントローラ１５に操舵角δを推定する操舵角推定部を設けることもできる。この場合、操舵角推定部に、例えば、車両の舵角位置を相対的に検出する舵角位置検出部（舵角位置検出手段）と、舵角位置の中立点を特定する中立点特定部（中立点特定手段）とを設け、舵角位置検出部で検出した舵角位置及び中立点特定部で特定した中立点に基づいて操舵角を推定するようにすればよい。このとき、ステアリングホイールの絶対角度情報を使用して操舵限界を検出する場合のように、高精度の絶対舵角推定機能を必要とすることがないため、製造コストが嵩むのを抑制することができる。
Further, in the above embodiment, the case where the motor torque Tma is calculated based on the q-axis current Iq and the motor angular acceleration α has been described. However, the output shaft of the
In the above-described embodiment, the case where the
さらに、上記実施形態においては、操舵角センサや操舵角推定部で検出又は推定した操舵角を利用する場合について説明したが、セルフアライニングトルクＳＡＴは、タイヤ及び路面のグリップがある程度確保されている場合、車両走行特性として、操舵角と相関があると言える為、操舵角の代わりにセルフアライニングトルクＳＡＴを適用することもできる。 Furthermore, in the above-described embodiment, the case of using the steering angle detected or estimated by the steering angle sensor or the steering angle estimation unit has been described. However, the self-aligning torque SAT ensures a certain amount of grip on the tire and the road surface. In this case, since it can be said that the vehicle running characteristics have a correlation with the steering angle, the self-aligning torque SAT can be applied instead of the steering angle.
なおさらに、上記実施形態においては、電動モータとしてブラシレスモータを適用する場合について説明したが、ブラシモータシステムを適用することもできる。この場合、例えば、モータの逆起電力からモータ角速度ωを推定すればよい。 Furthermore, although the case where a brushless motor was applied as an electric motor was demonstrated in the said embodiment, a brush motor system can also be applied. In this case, for example, the motor angular velocity ω may be estimated from the back electromotive force of the motor.
ＳＭ…ステアリング機構、１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…ステアリングコラム、４，６…ユニバーサルジョイント、５…中間シャフト、８…ステアリングギヤ、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ、１２…電動モータ、１４…操舵トルクセンサ、１５…コントロールユニット、１６…車速センサ、１７…回転センサ、１８…操舵角センサ、２１…操舵補助トルク指令値演算部、２２…指令値補償部、２３…モータ電流制御部、５１…舵角判定部、５２…端当て判定部 SM ... steering mechanism, 1 ... steering wheel, 2 ... steering shaft, 3 ... steering column, 4, 6 ... universal joint, 5 ... intermediate shaft, 8 ... steering gear, 10 ... steering assist mechanism, 11 ... reduction gear, 12 ... Electric motor, 14 ... steering torque sensor, 15 ... control unit, 16 ... vehicle speed sensor, 17 ... rotation sensor, 18 ... steering angle sensor, 21 ... steering assist torque command value calculation unit, 22 ... command value compensation unit, 23 ... motor Current control unit, 51 ... rudder angle determination unit, 52 ... end contact determination unit
Claims (6)
前記モータ制御手段は、操舵角を検出又は推定する操舵角検出手段と、該操舵角検出手段で検出又は推定した操舵角に基づいて操舵限界を判断する閾値を設定する閾値設定手段と、前記電動モータと前記ステアリングシャフト間に発生しているモータトルクを検出するモータトルク検出手段と、該モータトルク検出手段で検出したモータトルクの変化率を演算するモータトルク変化率検出手段と、該モータトルク変化率検出手段で演算したモータトルクの変化率が、前記閾値設定手段で設定した閾値以上であるとき、デューティ比制限条件を満足したものと判断して、前記パルス幅変調信号のデューティ比を、前記ステアリング機構の前記ステアリングシャフト及び転舵輪間のトルク伝達部材に伝達されるトルクを抑制する所定値に固定するデューティ比制限手段とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 Steering torque detection means for detecting steering torque input to the steering mechanism, current command value calculation means for calculating a current command value based on at least the steering torque detected by the steering torque detection means, and a steering shaft of the steering mechanism An electric power steering apparatus comprising: an electric motor that generates a steering assist torque to be applied to the motor; and a motor control unit that drives and controls the electric motor by a pulse width modulation signal based on the current command value,
The motor control means includes a steering angle detection means for detecting or estimating a steering angle, a threshold setting means for setting a threshold for judging a steering limit based on the steering angle detected or estimated by the steering angle detection means, and the electric motor Motor torque detecting means for detecting a motor torque generated between the motor and the steering shaft; motor torque change rate detecting means for calculating a rate of change of the motor torque detected by the motor torque detecting means; and the motor torque change When the change rate of the motor torque calculated by the rate detection means is equal to or higher than the threshold set by the threshold setting means, it is determined that the duty ratio restriction condition is satisfied, and the duty ratio of the pulse width modulation signal is The torque transmitted to the torque transmission member between the steering shaft and the steered wheels of the steering mechanism is fixed to a predetermined value. An electric power steering apparatus characterized by having a Yuti ratio limiting means.
Priority Applications (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010241165A (en) * | 2009-04-01 | 2010-10-28 | Toyota Motor Corp | Electric power steering device |
| KR101205629B1 (en) * | 2010-08-31 | 2012-11-27 | 주식회사 만도 | Electronic Controlled Power Steering Apparatus Of Vehicle |
| KR101319812B1 (en) | 2012-05-24 | 2013-10-17 | 삼성전기주식회사 | Apparatus and method for controlling motor speed |
| JP2014223832A (en) * | 2013-05-15 | 2014-12-04 | 株式会社ジェイテクト | Electric power steering device |
| JP2016064718A (en) * | 2014-09-24 | 2016-04-28 | 本田技研工業株式会社 | Electric power steering device |
| JP2016155519A (en) * | 2015-02-26 | 2016-09-01 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Control unit of power steering system |
| JP2017001554A (en) * | 2015-06-11 | 2017-01-05 | 株式会社デンソー | Communication system |
| JP2019130987A (en) * | 2018-01-30 | 2019-08-08 | 株式会社ショーワ | Electric power steering device |
-
2007
- 2007-03-02 JP JP2007053082A patent/JP2008213643A/en active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010241165A (en) * | 2009-04-01 | 2010-10-28 | Toyota Motor Corp | Electric power steering device |
| KR101205629B1 (en) * | 2010-08-31 | 2012-11-27 | 주식회사 만도 | Electronic Controlled Power Steering Apparatus Of Vehicle |
| KR101319812B1 (en) | 2012-05-24 | 2013-10-17 | 삼성전기주식회사 | Apparatus and method for controlling motor speed |
| JP2014223832A (en) * | 2013-05-15 | 2014-12-04 | 株式会社ジェイテクト | Electric power steering device |
| JP2016064718A (en) * | 2014-09-24 | 2016-04-28 | 本田技研工業株式会社 | Electric power steering device |
| JP2016155519A (en) * | 2015-02-26 | 2016-09-01 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Control unit of power steering system |
| JP2017001554A (en) * | 2015-06-11 | 2017-01-05 | 株式会社デンソー | Communication system |
| JP2019130987A (en) * | 2018-01-30 | 2019-08-08 | 株式会社ショーワ | Electric power steering device |
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