JP2008296679A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両のハンドル操舵補助に用いられる電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering device used for assisting steering of a vehicle steering wheel.
図4は、従来技術による電動パワーステアリング装置100のブロック構成図を示す。
FIG. 4 shows a block diagram of an electric
図4中、101は、ハンドル(図示せず)の操舵トルクを検出するトルクセンサを示し、102は、車速を検出する車速センサを示す。103は、前記トルクセンサ101及び車速センサ102の後段に設けられた目標値演算手段を示す。目標値演算手段103は、操舵トルクa及び車速bを入力して、電流指令信号cを出力するものである。操舵トルクa及び車速bによって、請求項1に記載のセンサ信号が構成される。
In FIG. 4, 101 indicates a torque sensor that detects a steering torque of a handle (not shown), and 102 indicates a vehicle speed sensor that detects a vehicle speed.
目標値演算手段103は、操舵トルクa及び車速bから電流指令信号cを演算するテーブルTを内蔵している。 The target value calculation means 103 has a built-in table T for calculating a current command signal c from the steering torque a and the vehicle speed b.
目標値演算手段103の後段には、減算器104が設けられている。この減算器104は、前記電流指令信号cと、実測されたアシスト電流値との差を求めて電流偏差値eとして出力する機器である。この実測されたアシスト電流値は、後述するモータMに実際に流れている電流値であって、モータ電流検出手段105によって検出される。
A
前記電流偏差値eは、後段の比例制御手段106と、積分制御手段107に入力される。比例制御手段106は、前記電流偏差値eを入力し、この電流偏差値eに係数αを乗算して、比例制御値fとして出力する機器である。 The current deviation value e is input to the subsequent proportional control means 106 and the integration control means 107. The proportional control means 106 is a device that receives the current deviation value e, multiplies the current deviation value e by a coefficient α, and outputs the result as a proportional control value f.
積分制御手段107は、加算器108と、遅れ演算子109と、利得調整部110とを備えている。遅れ演算子109は、減算器104から出力された現在の電流偏差値e(i)よりも前の電流偏差値e(i−1),e(i−2),e(i−3),,,を出力する機器である。
The
加算器108において、前記電流偏差値e(i)にe(i−1),e(i−2),e(i−3),,,を順次加算するループを繰り返すことによって、電流偏差値eの積分を実行して、積分制御信号gを出力するように構成されている。前記利得調整部110は、前記積分制御信号gに係数βを乗算して出力する機器である。
The
前記比例制御手段106と積分制御手段107との後段には、加算器111が設けられている。この加算器111は、前記比例制御値fと積分制御値gを加算して、モータ電流制御値hとして出力する機器である。
An
前記加算器111の後段には、PWM制御手段112が設けられている。このPWM制御手段112は、前記モータ電流制御値hを入力し、このモータ電流制御値hに基づき、後段のモータ駆動手段113をPWM制御する機器である。
A
前記モータ駆動手段113の後段には、モータ回路114が設けられている。このモータ回路114は、4つのスイッチング素子F1,F2,F3,F4と、直流モータMとによって構成されている。このモータ回路114は、電源115とアースとの間に設けられて、電源115からは電流検出抵抗器116を介して電力が供給される構成になっている。
A
モータ回路114は、ハイサイド側の2つのスイッチング素子F1,F2と、ローサイド側の2つのスイッチング素子F3,F4とがブリッジ接続されたHブリッジ回路で構成され、ハイサイド側の2つのスイッチング素子F1,F2と、ローサイド側の2つのスイッチング素子F3,F4との間には、前記操舵補助用の直流モータMが設けられている。各スイッチング素子F1,F2,F3,F4は、FETなどのパワートランジスタ等で構成されている。各FETのゲートは前記モータ駆動手段113に接続されて、モータ駆動手段113から各FETに駆動信号が入力される構成になっている。
The
前記スイッチング素子F1とスイッチング素子F4とが対になり、前記スイッチング素子F2とスイッチング素子F3とが対になっている。 The switching element F1 and the switching element F4 are paired, and the switching element F2 and the switching element F3 are paired.
ここで、前記4つのスイッチング素子F1,F2,F3,F4が作動するモードには、第1モードと第2モードとがある。第1モードとは、ローサイド側の2つのスイッチング素子F3,又はF4が常にオン状態にあり、スイッチング素子F3,又はF4と対になるハイサイド側のスイッチング素子F1、F2をPWM制御するモードである。又、第2モードは、スイッチング素子F1及びスイッチング素子F4と、スイッチング素子F2及びスイッチング素子F3をそれぞれPWM制御するモードである。 Here, the modes in which the four switching elements F1, F2, F3, and F4 operate include a first mode and a second mode. The first mode is a mode in which the two switching elements F3 or F4 on the low side are always in the ON state and the switching elements F1 and F2 on the high side that are paired with the switching element F3 or F4 are PWM-controlled. . The second mode is a mode in which the switching elements F1 and F4, and the switching elements F2 and F3 are PWM-controlled, respectively.
ところで、前記第1モードの場合には、ハイサイド側のスイッチング素子F1、又はF2のみがPWM制御されるため、スイッチングの回数が少なく、スイッチング時の損失による発熱が少ないという利点を有する反面、図5に示すような問題がある。 By the way, in the case of the first mode, since only the high-side switching element F1 or F2 is PWM-controlled, there is an advantage that the number of times of switching is small and heat generation due to loss during switching is small. There is a problem as shown in FIG.
図5は、第1モードにおいて、モータ回路114に流れる電流を示した図であって、図5(A)はモータMの正転時にモータ回路114に流れる電流を示す。モータMの正転時には、スイッチング素子F1、F4が導通しているとする。
FIG. 5 is a diagram illustrating a current flowing through the
図5(B)は、第1モードの際にハイサイド側のFETがOFFした時のモータ回路114に流れる電流を示す。即ち、第1モードの際にハイサイド側のFETがOFFした時にはスイッチング素子F4、スイッチング素子F3の寄生ダイオードD3及びモータMで構成される回路内で電流が流れるため、電流検出抵抗器116を流れない構成になる。この状況を実際の車両で考えると、運転者がハンドルを操舵するときには問題にならないが、操舵を解除し車両のセルフアライニングトルクによってハンドルが自動的に中立位置に復帰しようとした場合などのハンドルの戻り時において、モータが発生する逆起電圧による回生電流が生じるが、上記の理由から第1モードではこのときの電流を検出できないため、モータMに流れる電流を制御できない状態になってしまう。このため、ハンドル戻り時にスムーズな回転が得られず、これが原因で異音が発生するなどの問題がある。
FIG. 5B shows a current flowing through the
このため、特許文献1には、ハンドルの操舵補助を第1モードによって制御することを基本とする一方、第2モードによってハンドルの戻り制御を実行するようにした発明が開示されている。
しかし、前記特許文献1においては、以下の問題がある。図6は、PWM制御とアシスト電流との関係を示す特性図である。図6中、横軸に、PWM制御即ち、デュティー比を示し、縦軸にアシスト電流を示す。図6中、点線は第1モードの特性を示し、実線は第2モードの特性を示す。
However,
そして、第1モードにおいては、図6中の点線で示す特性に基づきモータMのアシスト電流を制御しているが、第2モードにおいては、図6中の実線で示す特性に基づきアシスト電流を制御する。このため、第1モードの特性と第2モードの特性との間の電流差Sによって、その切り替え時の反動によって、当該電流差Sが図7に示すように、ノイズNとなって現れる。 In the first mode, the assist current of the motor M is controlled based on the characteristic indicated by the dotted line in FIG. 6, but in the second mode, the assist current is controlled based on the characteristic indicated by the solid line in FIG. To do. Therefore, due to the current difference S between the first mode characteristic and the second mode characteristic, the current difference S appears as noise N as shown in FIG.
当該ノイズNの発生について、図7に基づき説明する。図7は横軸に入力トルクを示し、縦軸にアシスト電流を示す。同図7の第1象限において、第2モードで制御されながら同図7中、矢示A方向へ入力トルクが増大していき、第1モードに切り替わったとする。この場合、図7に示すように、第2モードと第1モードとの電流差S(図6に示す)に基づいて、電流が上昇する向きのノイズN(1)が発生する。一方、第1モードで制御されながら同図7中、矢示B方向へ入力トルクが減少していき、第2モードに切り替わったとする。この場合、第2モードと第1モードとの電流差S(図6に示す)に基づいて、電流が下降する向きのノイズN(2)が発生する。 Generation of the noise N will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the input torque on the horizontal axis and the assist current on the vertical axis. In the first quadrant of FIG. 7, it is assumed that the input torque increases in the direction indicated by the arrow A in FIG. 7 while being controlled in the second mode, and is switched to the first mode. In this case, as shown in FIG. 7, noise N (1) in the direction of increasing current is generated based on the current difference S (shown in FIG. 6) between the second mode and the first mode. On the other hand, it is assumed that the input torque decreases in the direction of arrow B in FIG. 7 while being controlled in the first mode, and the mode is switched to the second mode. In this case, based on the current difference S (shown in FIG. 6) between the second mode and the first mode, noise N (2) in the direction in which the current decreases is generated.
更に、前記ノイズNには、前述の原因の他に、積分制御手段107の応答性の悪さに基づいたノイズも加算される。 Furthermore, in addition to the above-mentioned causes, noise based on the poor response of the integration control means 107 is also added to the noise N.
そして、前記ノイズNがモータMに流れた場合には、運転者に衝撃となって伝わり、運転中において違和感が起きるだけでなく、運転中においては好ましい現象ではない。 When the noise N flows to the motor M, it is transmitted as an impact to the driver, causing not only an uncomfortable feeling during driving, but also a undesirable phenomenon during driving.
一方、図6に示す第2モードの特性を仮に特定できれば、即ち、第2モードの特性線の形態を特定できれば、第2モードの特性と第1モードの特性との差Sを固定値として予め予想し、当該差Sでアシスト電流を補正することによって、前記ノイズNの発生を防止することが予想される。 On the other hand, if the characteristic of the second mode shown in FIG. 6 can be specified, that is, if the form of the characteristic line of the second mode can be specified, the difference S between the characteristic of the second mode and the characteristic of the first mode is set in advance as a fixed value. Anticipating and correcting the assist current with the difference S is expected to prevent the noise N from occurring.
しかし、このように、第2モードの特性と第1モードの特性との差Sを特定しようとした場合、以下の問題がある。 However, when the difference S between the characteristic of the second mode and the characteristic of the first mode is to be specified in this way, there are the following problems.
即ち、モータM自体の特性や、ハーネスの長さ等によって第2モードの特性が変動する。即ち、モータM自体の特性や、ハーネスの長さ等によって第2モードの特性線が異なった形態になる。このため、第2モードと第1モードとの差S(図6に示す)を予め特定することは困難であった。 That is, the characteristics of the second mode vary depending on the characteristics of the motor M itself, the length of the harness, and the like. That is, the characteristic line of the second mode varies depending on the characteristics of the motor M itself, the length of the harness, and the like. For this reason, it is difficult to specify the difference S (shown in FIG. 6) between the second mode and the first mode in advance.
又、モータMは、出力軸側から外力により回転させられた際に発電機として作用する。そして、このモータMに流れる電流は、モータMで発電した電力と、電源115の電力との和に基づいて決定する。このため、図8に示すように、第2モードの特性線は変動する。同図8において、中央の特性線は、モータMをロック状態にした際の特性を示す。右側の特性線は、モータMに制御方向と同じ向きの外力が作用している際の特性を示す。又、左側の特性線は、モータMに制御方向とは逆向きの外力が作用している際の特性を示す。
The motor M acts as a generator when rotated by an external force from the output shaft side. The current flowing through the motor M is determined based on the sum of the power generated by the motor M and the power of the
このように、第2モードの特性線は、モータMの発電条件により電流特性が変動するため、第2モードの特性線を特定することができず、その結果、第1モードと第2モードとの差Sを予め固定値として求め、当該固定値によってノイズの発生を防止することで、モータMのアシスト電流をノイズの影響を受けないように制御することができなかった。 Thus, since the current characteristic of the second mode characteristic line varies depending on the power generation condition of the motor M, the second mode characteristic line cannot be specified. As a result, the first mode and the second mode By obtaining the difference S in advance as a fixed value and preventing the generation of noise by the fixed value, the assist current of the motor M could not be controlled so as not to be affected by the noise.
本発明は、前記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、第1モードと第2モードとの切り替え時において、ノイズの影響を受けることのない電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the background art, and an object thereof is to provide an electric power steering device that is not affected by noise when switching between the first mode and the second mode. For the purpose.
請求項1に記載の発明は、 車速を検出する車速センサ、及びハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、ハンドルの操舵補助用のモータと、4つのスイッチング素子から成るHブリッジ回路で構成されて前記モータを駆動するモータ回路と、該モータ回路を駆動するモータ駆動手段と、前記車速センサ、及びトルクセンサから出力されたセンサ信号に対応した電流指令信号と、前記モータに流れる実測のアシスト電流とを減算して得た電流偏差値をデジタルデータの形式で入力し積分してモータ電流制御値として出力する積分制御手段と、前記モータ電流制御値に基づき前記モータ駆動手段をPWM制御するPWM制御手段とを少なくとも備え、前記PWM制御は、前記4つのスイッチング素子のローサイド側のスイッチング素子をンのままハイサイド側のスイッチング素子をPWM制御する第1モードと、前記4つのスイッチング素子の全てをPWM制御する第2モードからなる電動パワーステアリング装置において、現在の電流偏差値のデジタルデータよりも1つ又は複数個前のデジタルデータと、現在の電流偏差値のデジタルデータとの差分を求め、その差分に係数を乗算して得られた値を前記モータ電流制御値に加算する制御信号補正手段を備えたことを特徴とするものである。
The invention according to
現在の電流偏差値と、一つ又は複数個前の電流偏差値との差を求め、当該差をモータ電流制御値に即座に加算することによって、アシスト電流を制御するようにしたため、積分制御手段の応答性が悪くても、ノイズの影響を受けることなく、アシスト電流を即座に良好に制御することが可能である。 Since the assist current is controlled by calculating the difference between the current current deviation value and one or more previous current deviation values and immediately adding the difference to the motor current control value, the integral control means Even if the responsiveness is poor, the assist current can be immediately and satisfactorily controlled without being affected by noise.
図1は、本実施例に係る電動パワーステアリング装置1のブロック構成図を示す。図2は作用を説明する図である。電動パワーステアリング装置1は、トルクセンサ101、車速センサ102、目標値演算手段103、減算器104、モータ電流検出手段105、比例制御手段106、積分制御手段107、加算器108、PWM制御手段112、モータ駆動手段113、及びモータ回路114を備えている点については、背景技術の電動パワーステアリング装置100と同様である。
FIG. 1 is a block diagram of an electric
図1に示すように、本実施例に係る電動パワーステアリング装置1は、制御信号補正手段2を備えている。制御信号補正手段2は、減算器3と利得制御手段4とを備えている。減算器3は、現在の電流偏差値e(i)と、遅れ演算子109から入力された一つ前の電流偏差値e(i―1)との差分を求めて差分信号jとして出力する機器である。ここで、一つ前の電流偏差値e(i―1)とは、積分制御手段107が積分する際に用いたデジタル形式の電流偏差値であって、現在の電流偏差値e(i)よりも一つ前のサンプリングのタイミングで取り込まれた電流偏差値e(i―1)である。尚、二個のサンプリング前、又は複数個のサンプリング前の電流偏差値を取り込むようにしても良い。
As shown in FIG. 1, the electric
前記制御信号補正手段2の減算器3は、以下の演算式(1)を実行して、差分信号jを出力する機器である。前記利得制御手段4は、前記差分信号jに係数γを乗算して補正制御信号kを求めると共に、この補正制御信号kを加算器111に出力する機器である。この加算器111において、モータ電流制御値hに補正制御信号kが加算される。
j=[−{現在の電流偏差値e(i)}+{一つ前のサンプリングによって取込まれた電流偏差値e(i―1)}] (1)
又、前記係数γを調節することで、前記ノイズを容易に相殺又は、低減させることができる。
The
j = [− {current current deviation value e (i)} + {current deviation value e (i−1)} acquired by the previous sampling]] (1)
Further, the noise can be easily canceled or reduced by adjusting the coefficient γ.
次に、作用を説明する。仮に、図7中、矢印A方向に、第2モードによって入力トルクが増大していったとする。そして、背景技術においては、第2モードから第1モードに切り替わる際に、電流が上昇するノイズN(1)が発生した。 Next, the operation will be described. Suppose that the input torque increases in the direction of arrow A in FIG. In the background art, when switching from the second mode to the first mode, noise N (1) in which the current increases is generated.
一方、本実施形態においては、この場合、制御信号補正手段2の出力は、前記演算式 (1)に基づき負になる。つまり、この場合、現在の電流偏差e(i)と一つ前の電流偏差e(i―1)とを比較した場合、現在の電流偏差e(i)の方が大きい。このため、前記演算式(1)に示すように、制御信号補正手段2からは負の値が出力されることで、図2に示すように、前記ノイズN(1)が相殺され、又は、低減することでノイズN(2)が消滅、又は減少する。
On the other hand, in this embodiment, in this case, the output of the control
次に、図7中、矢印B方向へ示すように、入力トルクが減少していったとする。この場合、第1モードから第2モードに切り替わる。そして、背景技術においては、電流が下降するノイズN(2)が発生した。 Next, it is assumed that the input torque decreases as shown in the arrow B direction in FIG. In this case, the mode is switched from the first mode to the second mode. In the background art, noise N (2) in which the current decreases is generated.
一方、本実施形態においては、この場合、制御信号補正手段2の出力は、前記演算式(1)に基づき正になる。つまり、この場合、現在の電流偏差e(i)と一つ前の電流偏差e(i―1)とを比較した場合、現在の電流偏差e(i)の方が小さい。このため、制御信号補正手段2からは正の値が出力されて、図2に示すように、前記ノイズN(2)と相殺され、又は、低減することでノイズN(2)が消滅、又は減少する。
On the other hand, in this embodiment, in this case, the output of the control
以上の説明においては、図7中、第1象限に発生するノイズN(1)、N(2)を消滅、又は、低減させる場合について説明したが、第3象限に発生するノイズNを消滅、又は、低減させる場合についても同様である。 In the above description, the case where the noises N (1) and N (2) generated in the first quadrant are eliminated or reduced in FIG. 7 has been described. However, the noise N generated in the third quadrant is eliminated, The same applies to the case of reduction.
以上説明したように、制御信号補正手段2から出力された補正制御信号kによって、ノイズNが消滅、或いは、低減することになって、運転中、不快感を感ずることのない良好な制御を行うことが可能である。 As described above, the noise N is eliminated or reduced by the correction control signal k output from the control signal correction means 2, and good control without feeling uncomfortable during driving is performed. It is possible.
又、図1に示すように、本実施形態においては、現在の電流偏差値e(i)と、一つ前のサンプリングのタイミングで取り込まれた電流偏差値e(i―1)とを減算することで求められた補正制御信号kをPWM制御手段112に入力してアシスト電流を即座に制御するようにしたため、積分制御手段107の応答性が悪くても、アシスト制御を即座に良好に実行することができて、図7に示すようなノイズNが発生しない。 As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the current current deviation value e (i) is subtracted from the current deviation value e (i-1) captured at the previous sampling timing. Since the correction control signal k obtained in this way is inputted to the PWM control means 112 to immediately control the assist current, the assist control is immediately and satisfactorily executed even if the integration control means 107 has poor responsiveness. Therefore, noise N as shown in FIG. 7 does not occur.
図3は、図7に示す特性線図の一部を拡大した図を示す。一般に、積分器の出力値は、入力値に対して、90度の位相遅れが生じ、応答性が悪い。特に、図6に示すように、第2モードの特性は、小電流の際には、傾きが小さく、応答性が悪いため、図3中、一点鎖線で示すように、入力トルクが積分器の閾値以上に大きくなってからアシスト電流が急激に立ち上がるという現象がある。この場合、アシスト電流が急激に立ち上がることによって、アシスト開始時に違和感を感じることがある。 FIG. 3 is an enlarged view of a part of the characteristic diagram shown in FIG. In general, the output value of the integrator has a phase delay of 90 degrees with respect to the input value, and the response is poor. In particular, as shown in FIG. 6, the characteristics of the second mode have a small slope and poor response when the current is small. Therefore, as shown by the alternate long and short dash line in FIG. There is a phenomenon that the assist current suddenly rises after the threshold value is exceeded. In this case, when the assist current suddenly rises, a sense of incongruity may be felt at the start of the assist.
しかし、本実施形態においては、制御信号補正手段2から出力された補正制御信号kが、PWM制御手段112に加えられるため、図3中、実線で示すように、アシスト電流は速やかに立ち上がることができて、パワーステアリングの制御を滑らかに実行することができる。このため、操舵開始時の違和感を受けることなく、良好な走行が可能である。
However, in this embodiment, since the correction control signal k output from the control
1 電動パワーステアリング装置
2 制御信号補正手段
101 トルクセンサ
102 車速センサ
104 モータ回路
107 積分制御手段
112 PWM制御手段
113 モータ駆動手段
M モータ
F1〜F4 スイッチング素子
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記PWM制御は、前記4つのスイッチング素子のローサイド側のスイッチング素子をオンのままハイサイド側のスイッチング素子をPWM制御する第1モードと、前記4つのスイッチング素子をPWM制御する第2モードからなる電動パワーステアリング装置において、
現在の電流偏差値のデジタルデータよりも1つ又は複数個前のデジタルデータと、現在の電流偏差値のデジタルデータとの差分を求め、その差分に係数を乗算して得られた値を前記モータ電流制御値に加算する制御信号補正手段を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 A vehicle speed sensor for detecting the vehicle speed, a torque sensor for detecting the steering torque of the steering wheel, a motor for assisting steering of the steering wheel, and a motor circuit configured to include an H bridge circuit including four switching elements, and driving the motor; A current deviation value obtained by subtracting a motor driving means for driving the motor circuit, a current command signal corresponding to the sensor signal output from the vehicle speed sensor and the torque sensor, and an actually measured assist current flowing through the motor. At least integration control means for inputting and integrating as digital data and outputting as a motor current control value, and PWM control means for PWM controlling the motor drive means based on the motor current control value,
The PWM control includes a first mode in which the high-side switching elements are PWM-controlled while the low-side switching elements of the four switching elements are on, and a second mode in which the four switching elements are PWM-controlled. In the power steering device,
A difference between one or a plurality of digital data before the current current deviation value digital data and the current current deviation value digital data is obtained, and a value obtained by multiplying the difference by a coefficient is used as the motor. An electric power steering apparatus comprising control signal correction means for adding to a current control value.
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