JP2789233B2 - Control method of all-electric power steering system - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は全電気式動力舵取装置のアシスト用モータ出
力の制御方法に関するものである。The present invention relates to a method for controlling the output of an assist motor of an all-electric power steering apparatus.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のアシスト用モータ出力の制御方法においては、
ハンドル戻り時における操舵車輪からの復元力の減衰に
よるハンドル戻りの悪さを防止するため、ハンドルトル
クをステアリングホイール側トルクセンサにて検出し、
路面からの外力をステアリングギヤ側トルクセンサにて
検出し、モータによる操舵アシスト力を制御していた。In the conventional assist motor output control method,
The steering wheel torque is detected by the steering wheel side torque sensor in order to prevent the steering wheel from being deteriorated due to the attenuation of the restoring force from the steering wheel when the steering wheel returns.
The external force from the road surface is detected by a torque sensor on the steering gear side, and the steering assist force by the motor is controlled.

第４図はラック軸推力センサを使用した従来の全電気
式動力舵取装置を示す回路図である。同図において、１
はハンドルトルクT_SEをトルク信号ａとして出力するト
ルクセンサ、２はトルク信号ａのノイズおよび系の共振
周波数を除去するためのフィルタ、３は車速信号ｂを出
力する車速センサ、25はラック軸推力センサ、25aはフ
ィルタ、25bはアンプ、４は回路全体を制御するCPU、4a
はCPU4のA/D変換部、５はD/A変換器、６は比較器、7,8
はアンド回路、９〜12は駆動部、13はリレー等のパワー
スイッチ手段、14〜17は駆動部９〜12と接続されたトラ
ンジスタ、18はアシスト用モータ、19,20はモータ電流
検出用の抵抗、21はアシスト用モータ18の電流値I_Mを出
力する電流検出器、22,23はアナログスイッチ、24はア
シスト用モータ18の端子間電圧値V_Mを出力するバッファ
（電圧検出器）、BTはバッテリである。FIG. 4 is a circuit diagram showing a conventional all-electric power steering device using a rack shaft thrust sensor. In the figure, 1
Is a torque sensor that outputs the steering wheel torque _TSE as a torque signal a, 2 is a filter for removing noise of the torque signal a and a resonance frequency of the system, 3 is a vehicle speed sensor that outputs a vehicle speed signal b, and 25 is a rack shaft thrust. Sensor, 25a is a filter, 25b is an amplifier, 4 is a CPU that controls the entire circuit, 4a
Is the A / D converter of the CPU 4, 5 is the D / A converter, 6 is the comparator, 7, 8
Is an AND circuit, 9 to 12 are drive units, 13 is power switch means such as a relay, 14 to 17 are transistors connected to the drive units 9 to 12, 18 is an assist motor, and 19 and 20 are motor current detection. resistance, 21 is a current detector which outputs a current value I _M of the assist motor 18, the analog switches 22, 23, 24 buffer (voltage detector) for outputting a voltage across V _M of the assist motor 18, BT is a battery.

次に、第４図の回路の一般的動作について説明する。
トルク信号ａはCPU4のA/D変換部4aに入力され。車速信
号ｂは直接CPU4に入力される。CPU4は、信号ａとｂから
指令値としてのラック推力値ｃを第５図のラック推力F_R
対トルクT_SEのマップより求めてD/A変換器５に出力する
と共に、モータの回転方向を決める右信号d,左信号ｅを
出力する。Next, the general operation of the circuit of FIG. 4 will be described.
The torque signal a is input to the A / D converter 4a of the CPU 4. The vehicle speed signal b is directly input to the CPU 4. The CPU 4 converts the rack thrust value c as a command value from the signals a and b into the rack thrust F _R shown in FIG.
A right signal d and a left signal e that determine the rotation direction of the motor are output, as well as output to the D / A converter 5 obtained from a map of the torque _TSE .

なお、第５図ではｓは車速を表し、ｓ＝０→ｓ＝１→
ｓ＝２と数値が大きくなるに伴い車速が大きくなる。車
速大の場合はアシスト力は小で、ハンドルは重めとす
る。In FIG. 5, s represents the vehicle speed, s = 0 → s = 1 →
The vehicle speed increases as the numerical value increases as s = 2. When the vehicle speed is high, the assist power is small and the steering wheel is heavy.

D/A変換器５から出力されるアナログのラック推力値
（目標値）5cは、比較器５で、ラック軸推力センサ25か
らフィルタ25a,アンプ25bを介して入力されたラック推
力値（実際値）25cと比較され、値5cが値25cより大きい
場合はアンド回路7,8に「１」を出力し、小さい場合に
は「０」を出力する。ここで、CPU4は「１」の右信号ｄ
と「０」の左信号ｅを出力しているとすると、値5cが値
25cより大きい場合には、アンド回路７から「１」の信
号が出力され、駆動部９はトランジスタ14を駆動する。
また、駆動部12は直接にCPU4からの右信号ｄを入力し、
トランジスタ17を駆動する。従って、モータ18に左から
右への電流が流れ、モータ18は右方向に回転する。値5c
が値25cより小さい場合、あるいは右信号d,左信号ｅが
共に「０」である場合には、いずれのトランジスタも駆
動されない。The analog rack thrust value (target value) 5c output from the D / A converter 5 is a comparator 5 which outputs the rack thrust value (actual value) input from the rack axis thrust sensor 25 via the filter 25a and the amplifier 25b. ) Is compared with 25c. If the value 5c is larger than the value 25c, "1" is output to the AND circuits 7, 8; otherwise, "0" is output. Here, the CPU 4 outputs a right signal d of “1”.
And the left signal e of “0” is output, the value 5c becomes the value
If it is greater than 25c, a signal of "1" is output from the AND circuit 7, and the drive unit 9 drives the transistor 14.
The drive unit 12 directly receives the right signal d from the CPU 4,
The transistor 17 is driven. Therefore, a current flows from left to right through the motor 18, and the motor 18 rotates rightward. Value 5c
Is smaller than the value 25c, or when both the right signal d and the left signal e are "0", none of the transistors is driven.

なお、右回転の場合にはアナログスイッチ22がオンと
なり、モータ18の左端の電圧がバッファ24を介してCPU4
に入力される。このときモータ18の右端の電圧は略車体
のボディ電位に近く、従って、モータ18の左端の電圧は
略モータ端電圧となる。左回転の場合にはアナログスイ
ッチ23がオンとなり、同様の動作を行う。In the case of clockwise rotation, the analog switch 22 is turned on, and the voltage at the left end of the motor 18 is supplied to the CPU 4 via the buffer 24.
Is input to At this time, the voltage at the right end of the motor 18 is substantially close to the body potential of the vehicle body, and therefore, the voltage at the left end of the motor 18 is substantially the motor end voltage. In the case of the left rotation, the analog switch 23 is turned on, and the same operation is performed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、この従来の全電気式動力舵取装置で
は、路面からの外力相当を検出するラック軸推力センサ
25を必要とし、コスト高、取付けのための工数の増加等
を生じていた。However, in this conventional all-electric power steering device, a rack shaft thrust sensor for detecting an external force equivalent from a road surface is used.
25 were required, resulting in high costs and an increase in man-hours for installation.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、車両の操舵力としてタイヤ・
路面摩擦力に打ち勝つ力をラック軸の推力として出力さ
せ、該推力を検出する手段としてのセンサ等を必要とし
ない全電気式動力舵取装置の制御方法を得ることにあ
る。The present invention has been made in view of such a point,
The purpose is to use the tire
An object of the present invention is to provide a control method for an all-electric power steering device that outputs a force that overcomes road surface friction force as a thrust of a rack shaft and does not require a sensor or the like as a means for detecting the thrust.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

このような目的を達成するために本発明は、トルクセ
ンサからの検出ハンドルトルクと電流検出器からの演出
電流値（アシスト用モータに流れる電流値）と電圧検出
器からの検出端子間電圧（アシストモータの端子間電
圧）とから、各種定数が設定されたステアリングの運動
方程式より、ラック軸推力の実際値を算出するようにし
たものである。In order to achieve such an object, the present invention provides a detection handle torque from a torque sensor, an effect current value from a current detector (a current value flowing through an assist motor), and a detection terminal voltage (assist current) from a voltage detector. The actual value of the rack shaft thrust is calculated from the equation of motion of the steering, in which various constants are set, from the voltage between the terminals of the motor.

〔作用〕[Action]

この発明によれば、検出ハンドルトルク（T_SE）と検
出電流値（I_M）と検出端子間電圧（V_M）とから各種定数
（J,D,F_RI,α,U_p,U_g等）の設定されたステアリング系の
運動方程式よりラック軸推力の実際値が算出され、ハン
ドルトルクと車速とから定められるラック軸推力の目標
値と比較され、この比較結果に基づいてアシスト用モー
タの駆動電流が制御される。According to the invention, the detection steering wheel torque (T _SE) and the detected current value (I _M) and the detected terminal voltage (V _M) from the various constants _{(J, D, F RI,} α, U p, U g , etc. ), The actual value of the rack shaft thrust is calculated from the set equation of motion of the steering system, and is compared with a target value of the rack shaft thrust determined from the steering wheel torque and the vehicle speed. The current is controlled.

〔実施例〕〔Example〕

第２図はステアリング系を模式的に示す説明図であ
る。同図において、１はハンドルトルクT_SEを検出する
トルクセンサ、18はアシスト用モータ、26は有効半径R_P
をピニオン軸、26aはピニオンギヤ、27は推力F_Rが現れ
るラック軸、28は車輪である。FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a steering system. In the figure, 1 is a torque sensor for detecting a steering wheel torque T _SE , 18 is an assist motor, and 26 is an effective radius R _P
The pinion shaft, 26a is a pinion gear, 27 is a rack shaft thrust F _R appears, 28 is a wheel.

このようなステアリング系においては次式が成立す
る。In such a steering system, the following equation is established.

T_SE＋T_M0＝Ｊ・d²θ/dt²＋Ｄ・ｄθ/dt＋F_RI ＋Ｆ（sinα×U_P＋cosα×U_g）×R_P・・・・（１） F_R＝Ｆ・cosα・U_g ・・・・（２） ここで、T_M0はモータ出力トルクであり、第３図に示
すようなグラフによりモータ電流値I_Mから算出する。Ｊ
およびＤはギヤ・ボックス系の慣性および粘性であり、
ピニオン軸26への換算等価値である。θはピニオン軸26
の角度、F_RIはステアリング系の摩擦、αはラック歯の
圧力角、U_pはラック軸27のパッド部摩擦係数、U_gはラッ
ク軸27のホルダ部摩擦係数、Ｆはピニオン歯がラック歯
に作用するラック歯面垂直方向の力である。 _{T SE + T M0 = J ·} d 2 θ / dt 2 + D · dθ / dt + F RI + F (sinα × U P + cosα × U g) × R P ···· (1) F R = F · cosα · U g · (2) where, T _M0 is the motor output torque is calculated from the motor current value I _M by the graph shown in Figure 3. J
And D are the inertia and viscosity of the gearbox system,
This is the equivalent value converted to the pinion shaft 26. θ is the pinion axis 26
Angle, F _RI friction of the steering system, the pressure angle α rack teeth, U _p the pad portion the friction coefficient of the rack shaft 27, U _g is the holder of friction coefficient of the rack shaft 27, F pinion teeth rack teeth Is a force acting on the rack tooth surface in the vertical direction.

（１）式から次式（３）が得られる。 The following equation (3) is obtained from the equation (1).

Ｆ＝（T_SE＋T_M0−Ｊ・d²θ/dt²−Ｄ・ｄθ/dt−F_RI） ／（sinα×U_P＋cosα×U_g）×R_P ・・・・（３） ピニオン軸26の角加速度d²θ/dt²および角速度ｄθ/d
tを求め、この値を上記（３）式に代入することにより
Ｆを求めることができ、これを（２）式へ代入すること
によりラック軸の推力F_Rが求められる。 _{F = (T SE + T M0} -J · d 2 θ / dt 2 -D · dθ / dt-F RI) / (sinα × U P + cosα × U g) × R P ···· (3) a pinion shaft 26 Angular acceleration d ² θ / dt ² and angular velocity d θ / d
By obtaining t and substituting this value into the above equation (3), F can be obtained. By substituting this into the equation (2), the thrust F _R of the rack shaft can be obtained.

ピニオン軸26の角加速度d²θ/dt²および角速度ｄθ/d
tは次のようにして求める。モータ端子間電圧をV_M、回
転子抵抗Ｒ、モータ電流I_M、回転速度をΦ、モータ定数
をＫとすると次式が成立する。Angular acceleration d ² θ / dt ² and angular velocity d θ / d of the pinion shaft 26
t is obtained as follows. If the motor terminal voltage is V _M , the rotor resistance R, the motor current I _M , the rotation speed is Φ, and the motor constant is K, the following equation is established.

V_M＝R_IM＋ＫΦ ・・・・（４） ∴Φ＝（V_M−R_IM）/K ・・・・（５） 減速ギヤ比をＮとすると、 ｄθ/dt＝（Φ/N） ・・・・（６） d²θ/dt²＝ｄ（Φ/N）/dt ・・・・（７） このようにしてｄθ/dtおよびd²θ/dt²を求めること
ができる。V _M = R _IM + KΦ (4) ∴Φ = (V _M -R _IM ) / K (5) _{Assuming that the} reduction gear ratio is N, dθ / dt = (Φ / N) (6) d ² θ / dt ² = d (Φ / N) / dt (7) In this way, d θ / dt and d ² θ / dt ² can be obtained.

次に、各定数の値の一例を下記の表に示す。 Next, an example of the value of each constant is shown in the following table.

第１図はこのラック軸の推力F_Rの演算をCPU4において
行うようにした全電気式動力舵取装置を示す回路図であ
る。第１図において第４図と同一部分又は相当部分には
同一符号が付してある。第１図において、CPU4は演算に
より求めたラック軸の垂直F_Rを信号ｆとし、D/A変換器
５を介して比較器６へ与える。これにより、従来と同様
のモータアシスト力の制御を行うことができる。この全
電気式動力舵取装置では、第１図と第４図とを比較して
分かるように、従来必要としていたラック軸推力センサ
25が不要となるばかりでなく、回路も簡単化される。FIG. 1 is a circuit diagram showing an entire electric power steering apparatus that performs calculation of thrust F _R of the rack shaft in the CPU 4. In FIG. 1, the same or corresponding parts as in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In Figure 1, CPU 4 provides a vertical F _R of the rack shaft obtained by the calculation as a signal f, to the comparator 6 via the D / A converter 5. Thereby, the same control of the motor assist force as in the related art can be performed. In this all-electric power steering apparatus, as can be seen by comparing FIGS. 1 and 4, a rack shaft thrust sensor conventionally required
Not only is 25 unnecessary, but the circuit is simplified.

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、トルクセンサからの検
出ハンドルトルクと電流検出器からの検出電流値（アシ
スト用モータに流れる電流値）と電圧検出器からの検出
端子間電圧（アシストモータの端子間電圧）とから、各
種定数が設定されたステアリング系の運動方程式より、
ラック軸推力の実際値を算出するようにしたので、推力
センサが不要となり、センサによるコスト高、センサ取
付けのための工数の増加等を無くすことができる効果が
ある。また、従来はセンサで生じていたノイズが無くな
る効果もある。 [Effects of the Invention] As described above, the present invention provides a detection handle torque from a torque sensor, a detection current value from a current detector (a current value flowing to an assist motor), and a voltage between detection terminals from a voltage detector ( From the voltage of the assist motor) and the equation of motion of the steering system in which various constants are set.
Since the actual value of the rack shaft thrust is calculated, a thrust sensor is not required, and there is an effect that cost increase due to the sensor, an increase in man-hour for mounting the sensor, and the like can be eliminated. In addition, there is also an effect that noise that has conventionally occurred in the sensor is eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１図は本発明に係る全電気式動力舵取装置の一実施例
を示す回路図、第２図はステアリング系を模式的に示す
説明図、第３図はトルク対モータ電流の関係を示すグラ
フ、第４図はラック軸推力センサを使用した場合の全電
気式動力舵取装置を示す回路図、第５図はラック推力対
トルクのマップを示す特性図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an all-electric power steering apparatus according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a steering system, and FIG. 3 shows a relationship between torque and motor current. FIG. 4 is a circuit diagram showing an all-electric power steering device using a rack shaft thrust sensor, and FIG. 5 is a characteristic diagram showing a map of rack thrust versus torque.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−34846（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−275057（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−229867（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−41467（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B62D 5/04 B62D 6/00Continuation of the front page (56) References JP-A-62-34846 (JP, A) JP-A-61-275057 (JP, A) JP-A-60-229867 (JP, A) JP-A 64-41467 (JP) , A) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁶ , DB name) B62D 5/04 B62D 6/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】ハンドルトルクと車速とからラック軸推力
の目標値を定め、このラック軸推力の目標値とラック軸
推力の実際値とを比較し、この比較結果に基づいてアシ
スト用モータへの駆動電流を制御する全電気式動力舵取
装置において、 前記ハンドルトルクを検出するトルクセンサと、前記ア
シスト用モータに流れる電流値を検出する電流検出器
と、前記アシスト用モータの端子間電圧を検出する電圧
検出器とを備え、 前記トルクセンサからの検出ハンドルトルクと前記電流
検出器からの検出電流値と前記電圧検出器からの検出端
子間電圧とから各種定数が設定されたステアリング系の
運動方程式よりラック軸推力の実際値を算出する ようにしたことを特徴とする全電気式動力舵取装置の制
御方法。A target value of the rack shaft thrust is determined from the steering wheel torque and the vehicle speed, and the target value of the rack shaft thrust is compared with the actual value of the rack shaft thrust. In an all-electric power steering device that controls a driving current, a torque sensor that detects the steering wheel torque, a current detector that detects a current value flowing through the assist motor, and a voltage between terminals of the assist motor is detected. A motion detector of a steering system in which various constants are set from a detected steering wheel torque from the torque sensor, a detected current value from the current detector, and a voltage between detection terminals from the voltage detector. A method for controlling an all-electric power steering apparatus, wherein an actual value of rack shaft thrust is calculated more.