JP3721932B2

JP3721932B2 - Electric power steering device

Info

Publication number: JP3721932B2
Application number: JP2000092603A
Authority: JP
Inventors: 真司竹内; 俊博高橋; 弘恒鈴木; 浩鈴木
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2001278084A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のステアリング・シャフト又はステアリング・ギヤに対してトルクを付与するモータを備えた操舵機構と、このモータを駆動制御する制御装置を有する電動パワーステアリング装置に関し、特に、ハンドル操舵の中立位置を学習する機能を有してハンドル戻し制御を実行する上記の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハンドル操舵の中立位置を学習する機能を有してハンドル戻し制御を実行する電動パワーステアリング装置としては、例えば、公開特許公報「特開平７−１３２８４５：学習機能付き電動パワーステアリング」に記載されているもの等が一般に知られている。
【０００３】
図７は、上記の従来技術により実施される中立位置学習機能を有するハンドル戻しトルク演算部の機能構成を例示するブロック図であり、本図における各符号は、Ｖ_nが車速、τがハンドルの操舵トルク、θ_Hが外付けの舵角センサより入力されたハンドル回転角、Θ_Oが学習されたハンドル中立位置、Ｔ_Rがハンドル戻しトルク（指令値）をそれぞれ示すものである。
【０００４】
この様に上記の従来技術は、車速条件、操舵トルク条件、舵角条件等から判定することができる「車両が直進する条件」のもとで、操舵角の中立位置を学習し、所定の統計操作によりこの中立位置の精度を徐々に高くし、この操舵角に基づいてハンドル戻し制御を実行することにより、特に、低速走行時のハンドル戻し性能を十分に確保しようとするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術においては、学習により操舵角の中立位置Θ_Oの精度を長時間に渡り徐々に高くしていくことが可能であるものの、少なくともこの学習開始当初においては、制御不感帯の幅を概ね±１５°程度と非常に幅広く設定せざるを得ず、このため少なくとも上記の「車両が直進する条件」が所定回数満たされるまでの間は、上記の制御不感帯において全くハンドル戻し性能を確保することができないという問題があった。
【０００６】
パワーステアリングの機能は元来、運転者が車両を発進させようとしてから、この様な「車両が直進する条件」が満たされるに至るまでの走行期間中に特に必要とされるケースが多いため、この問題はハンドル戻しトルクを生成する上で、極めて重大と言わざるを得ない。
【０００７】
また、上記の従来技術では、ハンドル戻しトルクの設定例を図７のＴ_R′のグラフに示す様に、上記の制御不感帯の外側において十分なハンドル戻し性能を確保するためには、この制御不感帯の幅が広い場合程、制御不感帯の境界付近（外側）において、Ｔ_R′の値を急激に変化させなくてはならなくなる。しかしながら、この様な設定を行うと、操舵角が制御不感帯を脱出した直後からハンドル戻しトルクが急増して、操舵に大きな違和感が生じるという問題が発生する。この問題は、中立位置Θ_Oの精度が徐々に高くなるにつれて徐々に解消可能となるものの、特に学習開始当初等においては顕著にならざるを得ない。
【０００８】
また、上記の従来技術においては、学習開始当初等の操舵角の中立位置Θ_Oの精度が非常に低いため、ハンドル戻しトルクＴ_Rの左右対称性が、特に学習開始当初等では正確には保証されない。このため、中立位置Θ_Oの誤差が大きい場合には、一方に大きく偏った左右非対称の操舵感（ハンドル戻しトルク）が実現されてしまい、操作安定性の面で望ましくない。
【０００９】
また、上記の従来技術においては、舵角センサとして、減速ギヤ付近に外付けされた回転角センサが使用されているが、この様に舵角センサを構成した場合、部品点数や材料コストが抑制できず、生産コストの面で問題が生じる。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、運転者が車両を発進させようとした時から、常時適度なハンドル戻しトルクが生成可能な電動パワーステアリング装置を提供することであり、また、油圧式のパワーステアリング装置と同様の操舵感が得られる電動パワーステアリング装置を安価に提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、第１の手段は、車両のステアリング・シャフト又はステアリング・ギヤに対してトルクを付与するモータを備えた操舵機構と、このモータを駆動制御する制御装置とを有する電動パワーステアリング装置において、車両の車速Ｖ_n、及び運転者がハンドルに対して及ぼす操舵トルクτが所定の「車両直進条件」を満たす際にハンドルの操舵角θ_Hの中立位置を所定の統計操作に従って学習する中立位置学習手段と、この中立位置を基準として操舵角θ_Hに基づいてハンドル戻しトルクＴ_Rを算出する第１ハンドル戻し制御手段と、モータの回転角速度ω_Mに基づいてハンドル戻しトルクＴ_Rを算出する第２ハンドル戻し制御手段とを備え、少なくとも中立位置学習手段による中立位置の学習が１回完了するまでの間は、第２ハンドル戻し制御手段によりハンドル戻しトルクＴ_Rを決定することである。
【００１６】
また、第２の手段は、上記の第１の手段において、中立位置学習手段による中立位置の学習が完了した後は、ハンドル戻しトルクＴ_Rを第１ハンドル戻し制御手段により決定することである。
以上の手段により、前記の課題を解決することができる。
【００１７】
【作用及び発明の効果】
操舵角の中立位置Θ_Oの精度が非常に低い場合、即ち、中立位置学習手段による中立位置の学習が少なくとも１回完了するまでの間は、図７に示した様に制御不感帯の幅が相当に広いため、学習開始当初においては前記の課題が発生する。しかしながら、本発明の第１の手段を用いれば、この様な場合、ハンドル戻しトルクＴ_Rはモータ回転角速度ω_M（或いは、その関連値である操舵速度ω_H等）に基づいて決定できるため、ハンドルの操舵角θ_Hが制御不感帯に位置する場合、即ち中立位置の学習開始当初等においても、おおよそ所望のハンドル戻しトルクＴ_Rを生成することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の第２の手段を用いれば、例えば凍結路等の低摩擦路面においてもハンドル戻し性能が十分に確保可能となると共に、勢い余ってハンドルが戻り過ぎてしまう所謂オーバーシュート現象も回避可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
図１は、本実施例の電動パワーステアリング装置１００のハードウエア構成図である。
【００２３】
ステアリングシャフト１０の一端には、ハンドル（ステアリングホイール）１１が取り付けられ、他端にはギヤボックス１２に軸承されたピニオン軸１３が結合されている。ピニオン軸１３は、ギヤボックス１２に嵌装されたラック軸１４に噛合され、また図示していないが、このラック軸１４の両端はボールジョイント等を介して図略の操向車輪に連結されている。また、ステアリングシャフト１０には、アシストトルクを付与するブラシレス直流モータＭ（以下、単に「モータＭ」という）が、２つの歯車１７を介して連結されている。
【００２４】
この直流モータＭには、モータ制御装置１１０の駆動回路１１３より、電流検出器１１５を介してＵ，Ｖ，Ｗの３相に対する各モータ駆動電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが供給される。
更に、ステアリングシャフト１０には、運転者からステアリングホイール（ハンドル）１１に加えられたマニュアル操舵力の大きさ及びその方向（操舵トルクτ）を検出するためのトルク検出器１５が設けられている。
【００２５】
また、モータＭには、その回転角を検出する同期用のレゾルバＲ／Ｄ（回転角センサ）が内蔵されており、ＣＰＵ１１１は、レゾルバＲ／Ｄが出力するモータＭの位相ｎ（６ビットの整数情報（０≦ｎ＜６３）。π／３２ラジアンを１単位とする。）を入力して、モータＭの回転角θ_M（位相：０≦θ_M＜２π）を算出する。レゾルバＲ／Ｄはこの１単位の回転角をカウントする図略のカウンタを内蔵しており、ｎはモータＭが所定方向に回転した際には増加し、その逆方向に回転した際には減少する。ｎはモーターが１周する毎にオーバーフロー又はアンダーフローする数値である。
【００２６】
モータ制御装置１１０は、ＣＰＵ１１１、ＲＯＭ１１２ｂ、ＲＡＭ１１２ａ、駆動回路１１３、入力インターフェイス（ＩＦ）１１４、電流検出器１１５等から構成されている。駆動回路１１３は、図略のバッテリー、ＰＷＭ変換器、ＰＭＯＳ駆動回路等から構成され、チョッパ制御により駆動電流を正弦波にしてモータＭに電力を供給する。
【００２７】
モータ制御装置１１０のＣＰＵ１１１には、上記の位相ｎや、ハンドルの操舵トルクτの検出に利用されるトルクセンサ１５、車速Ｖ_nの算出に利用される車速計５０等からの出力信号（測定値）が入力インターフェイス（ＩＦ）１１４を介して入力される。ＣＰＵ１１１は、これらの入力値から所定のトルク計算に基づいて、モータＭが出力すべきトルク値（指令トルクＴ）を決定し、更に、この指令トルクＴに基づいてｄ軸とｑ軸の各電流指令値（ｉｄ^*，ｉｑ^*）を決定する。だだし、本実施例においては、「ｉｄ^*＝０」とする。
【００２８】
図２は、本実施例のモータＭを駆動制御するモータ制御装置１１０の論理的構成を示すブロック図である。本図２のトルク電流変換部２８０は、ｑ軸の電流指令値ｉｑ^*を指令トルクＴに基づいて決定する制御ブロックであり、主にｉｑ^*−Ｔマップ（テーブルデータ）等から構成されている。
【００２９】
指令トルク演算部２００は、角度検出部３１０により算出されたモータＭの位相θ_Mや、操舵トルク演算部３３０により算出されたハンドルの操舵トルクτや、車速演算部３２０により算出された車速Ｖ_nや、操舵角演算部５００により算出された操舵角θ_H等に基づいて、出力すべき所望のトルク（指令トルクＴ）の値を算出する。
例えば、角度検出部３１０は、レゾルバＲ／Ｄの出力値ｎに基づいて、次式（１）により、モータＭの回転角（位相）θ_Mを算出する。
【数１】
θ_M＝２πｎ／６４（ｎは整数。０≦ｎ＜６３） …（１）
【００３０】
指令トルク演算部２００は、主に、アシスト・トルクＴ_Aを算出するアシストトルク演算部２１０と、慣性補償トルクＴ_Kを算出する慣性補償トルク演算部２２０と、ダンパー・トルクＴ_Dを算出するダンパー・トルク演算部２３０と、ハンドル戻しトルクＴ_Rを算出するハンドル戻しトルク演算部２４０等から構成されている。指令トルク演算部２００は、次式（２）に従って、指令トルクＴを算出する。
【数２】
Ｔ＝Ｔ_A＋Ｔ_K＋Ｔ_D＋Ｔ_R …（２）
【００３１】
図３は、本実施例の中立位置学習部２４１の初回の学習完了前のハンドル戻しトルク演算部２４０の機能構成を示すブロック図である。中立位置学習部２４１は、車両のイグニッションキーがＯＮ状態にスイッチされてから、ハンドルの中立位置（操舵角のゼロ点）Θ_Oの学習を開始する。この学習は、車両の車速Ｖ_n、及び運転者がハンドルに対して及ぼす操舵トルクτが所定の「車両直進条件」を満たす際に、ハンドルの操舵角θ_Hをサンプリングし、このサンプルデータに基づいて所定の統計操作によって実行される。従って、このサンプル数が所定の数に達しない内は、ハンドル中立位置Θ_Oは中立位置学習部２４１から１度も出力されることがない。
【００３２】
この学習結果であるハンドル中立位置Θ_Oが、少なくとも１回（最初に）出力されるまでの間は、ハンドル戻しトルクＴ_R（指令値）は、操舵速度ω_Hに基づいて決定する。この操舵速度ω_Hは、操舵トルクτとモータ回転角θ_Mに基づいて、操舵速度推定部２４２により算出される。この操舵速度ω_Hは、操舵トルクτの変化量より算出されるトルクセンサ１５のトーション・バーの回転角速度と、モータ回転角θ_Mの変化量より算出されるピニオン軸１３の回転角速度の和として算出される。
【００３３】
更に、その後、中立位置の学習の少なくとも最初の１回が完了するまでの間は、ハンドル戻しトルクＴ_Rは、次式（３）〜（５）に従って決定される。
【数３】
Ｔ_R＝Ｇ１・Ｔ_R″ …（３）
【数４】
Ｇ１＝ｇ１（Ｖ_n） …（４）
【数５】
Ｔ_R″＝ｆ１（ω_H） …（５）
ただし、ここで、関数ｇ１、ｆ１は、例えば図３のデータマップ２４３、及びデータマップ２４４の様な形で定義されるものである。
【００３４】
この様に、中立位置の学習の少なくとも最初の１回が完了するまでの間、ハンドル戻しトルクの指令値Ｔ_Rを操舵速度ω_Hに基づいて決定すれば、従来大きく取らざるを得なかった制御不感帯においても、所望のハンドル戻しトルクをモータＭより出力することが可能となる。
【００３５】
また、中立位置の学習の少なくとも最初の１回が完了してから、より望ましくは、中立位置学習部２４１により学習されたハンドル中立位置Θ_Oの精度が十分に向上してから、その後の制御は、セルフ・アライニング・トルクによりハンドルが回転し難い、（即ち、路面反力によりモータＭが回転させられ難い、）凍結路等の低摩擦路面でも十分なハンドル戻し性能を発揮することが可能な、操舵角（ハンドル回転角）θ_Hに基づいたハンドル戻し制御を実施する。
この操舵角θ_Hに基づいた制御によれば、操舵速度ω_Hに基づく制御では補償し難い低摩擦路でのハンドル戻し性能も十分に確保できる様になり、同時に、ハンドルが過剰に戻ってしまう所謂オーバーシュート現象も回避することができる様になる。
【００３６】
即ち、より具体的には、この様な操舵角θ_Hに基づいたハンドル戻しトルクの制御は、例えば図４のハンドル戻しトルク演算部２４０によって実現することができる。
図４は、本実施例の中立位置学習部２４１の学習完了後のハンドル戻しトルク演算部２４０の機能構成を示すブロック図である。
【００３７】
本図４に示す様に、ハンドルの操舵角θ_Hのサンプル数が所定の数に達した後は、ハンドル中立位置Θ_Oは中立位置学習部２４１から出力される。
その後、ハンドル戻しトルクＴ_Rは、次式（６）〜（９）に従って決定することができる。
【数６】
Ｔ_R＝Ｇ１・Ｇ２・Ｔ_R′ …（６）
【数７】
Ｔ_R′＝ｆ２（Θ） …（７）
【数８】
Θ＝θ_H−Θ_O …（８）
【数９】
Ｇ２＝ｇ２（τ）（Θ＞０の時），
Ｇ２＝ｇ２（−τ）（Θ＜０の時） …（９）
ただし、ここで、関数ｆ２、ｇ２は、例えば図４のデータマップ２４５、及びデータマップ２４６（Θ＞０の時）の様な形で定義されるものである。
【００３８】
ここで、関数ｇ２は、本発明のハンドル戻しトルク制限手段を実現するものであり、運転者がハンドル戻し操作をゆっくり（或いは弱く）行った際や手放し状態の場合に、ゲインＧ２を１にする様に構成されている。このため、図４の方法、即ち、例えば図４の操舵判定マップ２４６を用いて実現することができる本発明の操舵状態判別手段とハンドル戻し電流制限手段（図４では、「Θ＞０」の場合を例示。）によれば、低速走行時にハンドルが切られている状態から、運転者がハンドル戻し操作をゆっくり（或いは弱く）行った際、及び手放し状態の場合にもハンドル戻しトルクＴ_Rが有効となるので、油圧式のパワーステアリング装置と略同様の操舵感が実現できる。
【００３９】
また、図５（ｂ）に、本実施例の学習完了後のハンドル戻しトルク演算部２４０の操舵判定マップ２４６の変形例（操舵判定マップ２４６ｂ）を例示する。本グラフは、「Θ＞０」成る時の関数ｇ２の変形例である関数ｇ３の形を示すものである。この様に、τの絶対値｜τ｜が大きい場合には、ハンドル戻し時に、アシスト・トルクＴ_Aとハンドル戻しトルクＴ_Rとの和が大きくなり過ぎない様に、Ｇ２の大きさを調整する方法も考えられる。この様な方法によれば、ハンドル戻し時に、モータＭが操舵系（操舵機構）に対してトルクを付与し過ぎると言う現象（オーバーシュート）をより確実に防止することができる。
【００４０】
また、この様な調整は、アシスト・トルクＴ_Aを算出するアシスト・トルク演算部２１０（図１）の側で実施しても良い。例えば、アシスト・トルク演算部２１０の側に学習後の中立位置が調整済みの操舵角Θを入力する等の方法によれば、この様な調整は、上記の方法と略同様に実施することが可能である。
【００４１】
図６は、図１の操舵角演算部５００（操舵角推定手段）を実現する制御プログラム５００ａのフローチャートである。本制御プログラム５００ａでは、まず最初にステップ５２０により、角度検出部３１０（図１）にて式（１）に従って算出されたモータＭの回転角（位相）θ_Mを用いて、この位相θ_Mの前制御周期からの変化量Ｄ（＝θ_M−θ０）を求める。ただし、ここで、θ０は前制御周期における位相θ_Mの値である。
【００４２】
次に、ステップ５３０では、変化量Ｄの大きさを判定し、πよりも大きければステップ５４０へ、そうでなければステップ５５０へ処理を移す。ステップ５４０では、変化量Ｄの値を２π減少させる（アンダーフロー時）。
ステップ５５０では、変化量Ｄの大きさを判定し、−πよりも小さければステップ５６０へ、そうでなければステップ５７０へ処理を移す。ステップ５６０では、変化量Ｄの値を２π増加させる（オーバーフロー時）。
【００４３】
ステップ５７０では、モータ回転角θ_mの値を、以上の処理で求めた変化量Ｄに基づいて、即ち、次式（１０）に従って算出する。
【数１０】
θ_m＝θ_m＋Ｄ …（１０）
【００４４】
ステップ５８０では、ハンドル（ピニオン軸１３）の回転角θ_Hを次式（１１）に従って算出する。ただし、ここで、Ｒはモータとハンドルとの間の減速比（図１の２つのギヤ（１７）の間のギヤ比）である。
【数１１】
θ_H＝θ_m／Ｒ …（１１）
ステップ５９０では、今回の（現制御周期の）モータＭの位相θ_Mを退避領域θ０に記憶する。
【００４５】
この様なオーバーフロー／アンダーフロー判定は、ハンドルの回転角速度（、即ち、操舵速度ω_H）の最大値ω_Hmaxと、本プログラム５００ａが定期的に実行される制御実行周期ｔ０が次式（１２）を満たす際に成立する。
【数１２】
π＞Ｒ・ω_Hmax・ｔ０ …（１２）
【００４６】
操舵速度ω_Hの最大値ω_Hmaxは、操舵機構の構成にも若干は依存するものの、これは通常人間が操作可能な操舵速度の最大値であるため、おおよそ２０〔ｒａｄ／ｓｅｃ〕程度が普通である。従って、式（１２）から判る様に、減速比Ｒと制御実行周期ｔ０との積Ｒ・ｔ０の値が、π／ω_Hmaxを確実に下回る様にシステムを構成することにより、上記の本発明の操舵角推定手段を実現する、即ち、プログラム５００ａを有効に動作させることが可能となる。
より具体的には、例えば、Ｒ＝５、ｔ０＝１／１００〔ｓｅｃ〕程度に設定すれば、この様な条件を確実に満たすことが可能となる。
【００４７】
また、前記のレゾルバＲ／Ｄ（回転角センサ）の出力値ｎ（６ビット情報：０〜６３）は、モータＭの位相（０≦θ_M＜２π）のみを表現するものであったが、この出力値ｎの情報量を例えば上位ビット側に３〜５ビット程度拡張すれば、プログラム５００ａで算出した前記のモータ回転角θ_mは、容易に、即ちオーバーフロー等の判定処理を省略して、ハードウェア（レゾルバＲ／Ｄ）より直截的に求めることも可能となる。
【００４９】
また、前記の所定の「車両直進条件」は、例えば学習回数等の学習履歴や学習結果に応じて動的に変化させても良い。その一例としては、例えば学習回数の増加と共に、「車両直進条件」の判定に用いられる車速の境界値を、最小３０ｋｍ／ｈｒ程度から最大５０ｋｍ／ｈｒ程度にまで徐々に増加させていく等の方法が挙げられる。例えばこの様な手段によれば、初期学習完了までの時間を短縮できると共に、学習履歴等に応じて学習精度の向上をも同時に図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わる電動パワーステアリング装置１００のハードウエア構成図。
【図２】本発明の実施例に係わる電動パワーステアリング装置１００のモータＭを駆動制御するモータ制御装置１１０の論理的構成を示すブロック図。
【図３】本発明の実施例に係わる中立位置学習部２４１の学習完了前のハンドル戻しトルク演算部２４０の機能構成を示すブロック図。
【図４】本発明の実施例に係わる中立位置学習部２４１の学習完了後のハンドル戻しトルク演算部２４０の機能構成を示すブロック図。
【図５】本発明の実施例に係わる、学習完了後のハンドル戻しトルク演算部２４０の操舵判定マップ２４６を例示するグラフ（ａ），（ｂ）。
【図６】本発明の実施例に係わる操舵角演算部（操舵角推定手段）５００を実現する制御プログラム５００ａのフローチャート。
【図７】従来技術による中立位置学習機能を有するハンドル戻しトルク演算部の機能構成を示すブロック図。
【符号の説明】
Ｍ … モータ
Ｒ／Ｄ … レゾルバ（モータＭの回転角センサ）
ｎ … レゾルバ出力信号
θ_M … モータ回転角（位相：０≦θ_M＜２π）
θ_m … モータ回転角
θ_H … ハンドル回転角
ω_H … 操舵速度
Θ_O … ハンドル中立位置
Ｔ_R … ハンドル戻しトルク（指令値）
Ｔ … 指令トルク
τ … 操舵トルク
Ｖ_n … 車速
１０ … ステアリング・シャフト
１１ … ステアリング・ホイール（ハンドル）
１００ … 電動パワーステアリング装置
１１０ … モータ制御装置
１１１ … ＣＰＵ
２００ … 指令トルク演算部
２４０ … ハンドル戻しトルク演算部
２４１ … 中立位置学習部
２４６ … 操舵判定マップ（操舵状態判別手段とハンドル戻し電流制限手段に相当。図４では、「Θ＞０」の場合を例示。）
５００ … 操舵角演算部（操舵角推定手段）
５００ａ… 操舵角演算部（操舵角推定手段）を実現する制御プログラム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steering mechanism having a motor for applying torque to a steering shaft or steering gear of a vehicle, and an electric power steering apparatus having a control device for driving and controlling the motor. The present invention relates to the above-described control device that has a function of learning a position and executes handle return control.
[0002]
[Prior art]
An example of an electric power steering apparatus that has a function of learning a neutral position of steering wheel steering and that performs steering wheel return control is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-132845: Electric power steering with learning function. Things are generally known.
[0003]
FIG. 7 is a block diagram exemplifying a functional configuration of a steering wheel return torque calculation unit having a neutral position learning function implemented by the above-described conventional technology. In the drawing, V _n is a vehicle speed, and τ is a steering wheel. wheel rotation angle steering torque, theta _H is inputted from the steering angle sensor external, theta _O handle neutral position learned illustrates T _R is wheel return torque (command value), respectively.
[0004]
In this way, the above-described conventional technique learns the neutral position of the steering angle under the “condition that the vehicle goes straight” that can be determined from the vehicle speed condition, the steering torque condition, the steering angle condition, etc. The accuracy of the neutral position is gradually increased by the operation, and the steering wheel return control is executed based on the steering angle, so that the steering wheel returning performance particularly at the time of low speed traveling is sufficiently ensured.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above prior art, it is possible to gradually increase the accuracy of the neutral position Θ _O of the steering angle over a long time by learning, but at least at the beginning of this learning, the width of the control dead zone Must be set to a very wide range of approximately ± 15 °, and therefore the steering wheel return performance is ensured in the above control dead zone at least until the above-mentioned “condition that the vehicle goes straight” is satisfied a predetermined number of times. There was a problem that could not be done.
[0006]
The power steering function is originally required in many cases during the driving period from when the driver tries to start the vehicle until this "condition that the vehicle goes straight" is satisfied. This problem must be extremely serious in generating the steering wheel return torque.
[0007]
Further, in the above prior art, as shown in the graph of T _R ′ in FIG. 7 in the setting example of the steering wheel return torque, in order to ensure a sufficient steering wheel return performance outside the above control dead zone, this control dead zone. as when the width is large, in the vicinity of the boundary of the control dead zone (outside), no longer has to be rapidly changed the value of T _R '. However, if such a setting is made, the steering wheel return torque rapidly increases immediately after the steering angle escapes from the control dead zone, which causes a problem that a great sense of discomfort occurs in steering. This problem can be solved gradually as the accuracy of the neutral position Θ _O gradually increases, but it must be remarkable especially at the beginning of learning.
[0008]
Further, in the conventional techniques described above, for the neutral position theta _O of accuracy of the steering angle of learning beginning like is very low, left and right symmetry of the steering wheel return torque T _R are exactly the particular learning beginning such guarantee Not. For this reason, when the error of the neutral position Θ _O is large, a left-right asymmetric steering feeling (steering wheel return torque) greatly biased to one side is realized, which is not desirable in terms of operation stability.
[0009]
Further, in the above-described conventional technology, a rotation angle sensor externally attached near the reduction gear is used as the rudder angle sensor. However, when the rudder angle sensor is configured in this way, the number of parts and the material cost are suppressed. This is not possible and causes problems in terms of production costs.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric power steering device capable of always generating an appropriate steering wheel return torque from when the driver tries to start the vehicle. In addition, an electric power steering device that can provide the same steering feeling as that of a hydraulic power steering device is provided at low cost.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the following means are effective.
That is, the first means is an electric power steering apparatus having a steering mechanism having a motor for applying torque to a steering shaft or steering gear of the vehicle, and a control device for driving and controlling the motor. Neutral position learning means for learning the neutral position of the steering angle θ _H of the steering wheel according to a predetermined statistical operation when the vehicle speed V _n of the vehicle and the steering torque τ exerted on the steering wheel by the driver satisfy a predetermined “straight vehicle condition” When, a calculated and a first handle return control means for calculating the neutral position wheel return torque T _R based on the steering angle theta _H as a reference, the steering wheel return torque T _R based on the rotational angular velocity omega _M of the motor 2 And a second handle return control until at least one neutral position learning by the neutral position learning means is completed. It is to determine the steering wheel return torque T _R by stage.
[0016]
The second means is the first means described above, after the neutral position by the neutral position learning means learning has been completed, it is to determine the first wheel return controlling means steering wheel return torque T _R.
The above-described problems can be solved by the above means.
[0017]
[Operation and effect of the invention]
When the accuracy of the neutral position Θ _O of the steering angle is very low, that is, until the neutral position learning by the neutral position learning means is completed at least once, the width of the control dead zone is considerable as shown in FIG. Therefore, the above problem occurs at the beginning of learning. However, if the first means of the present invention is used, in such a case, the steering wheel return torque T _R can be determined based on the motor rotation angular velocity ω _M (or the related value such as the steering velocity ω _H ). when the steering angle theta _H of the steering wheel is located in the control dead zone, i.e., in the learning beginning or the like of the neutral position, approximately it is possible to generate a desired steering wheel return torque T _R.
[0021]
Further, when the second means of the present invention is used, the handle return performance can be sufficiently secured even on a low friction road surface such as a frozen road, and the so-called overshoot phenomenon in which the handle is excessively returned is avoided. It becomes possible.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
FIG. 1 is a hardware configuration diagram of an electric power steering apparatus 100 according to the present embodiment.
[0023]
A steering wheel (steering wheel) 11 is attached to one end of the steering shaft 10, and a pinion shaft 13 supported by a gear box 12 is coupled to the other end. The pinion shaft 13 is engaged with a rack shaft 14 fitted in the gear box 12, and both ends of the rack shaft 14 are connected to steering wheels (not shown) via ball joints or the like, although not shown. Yes. Further, a brushless DC motor M (hereinafter simply referred to as “motor M”) for applying assist torque is connected to the steering shaft 10 via two gears 17.
[0024]
The DC motor M is supplied with motor drive currents iu, iv, and iw for the three phases U, V, and W via the current detector 115 from the drive circuit 113 of the motor control device 110.
Further, the steering shaft 10 is provided with a torque detector 15 for detecting the magnitude and direction (steering torque τ) of the manual steering force applied from the driver to the steering wheel (handle) 11.
[0025]
The motor M has a built-in resolver R / D (rotation angle sensor) for detecting the rotation angle. The CPU 111 outputs the phase n (6 bits of the motor M) output from the resolver R / D. Integer information (0 ≦ n <63), with π / 32 radians as one unit, is input to calculate the rotation angle θ _M (phase: 0 ≦ θ _M <2π) of the motor M. The resolver R / D has a built-in counter (not shown) that counts the rotation angle of one unit, and n increases when the motor M rotates in a predetermined direction and decreases when the motor M rotates in the opposite direction. To do. n is a numerical value that overflows or underflows every time the motor makes one revolution.
[0026]
The motor control device 110 includes a CPU 111, a ROM 112b, a RAM 112a, a drive circuit 113, an input interface (IF) 114, a current detector 115, and the like. The drive circuit 113 includes a battery (not shown), a PWM converter, a PMOS drive circuit, and the like, and supplies electric power to the motor M by changing the drive current to a sine wave by chopper control.
[0027]
The CPU 111 of the motor control device 110 receives output signals (measured values) from the phase sensor _n , the torque sensor 15 used to detect the steering torque τ of the steering wheel, the vehicle speedometer 50 used to calculate the vehicle speed Vn, and the like. ) Is input via the input interface (IF) 114. The CPU 111 determines a torque value (command torque T) to be output from the motor M based on a predetermined torque calculation from these input values, and further, based on the command torque T, each current of the d-axis and the q-axis. The command value (id ^* , iq ^* ) is determined. However, in this embodiment, “id ^* = 0”.
[0028]
FIG. 2 is a block diagram showing a logical configuration of the motor control device 110 that drives and controls the motor M of the present embodiment. The torque current conversion unit 280 in FIG. 2 is a control block that determines the q-axis current command value iq ^* based on the command torque T, and mainly includes an iq ^* -T map (table data). .
[0029]
The command torque calculation unit 200 includes the phase θ _{M of the} motor M calculated by the angle detection unit 310, the steering torque τ of the steering wheel calculated by the steering torque calculation unit 330, and the vehicle speed V _n calculated by the vehicle speed calculation unit 320. Further, based on the steering angle θ _H calculated by the steering angle calculator 500, the value of the desired torque (command torque T) to be output is calculated.
For example, the angle detection unit 310 calculates the rotation angle (phase) θ _M of the motor M by the following equation (1) based on the output value n of the resolver R / D.
[Expression 1]
θ _M = 2πn / 64 (n is an integer. 0 ≦ n <63) (1)
[0030]
Command torque calculation section 200 mainly calculates an assist torque calculation unit 210 for calculating the assist torque T _A, the inertia compensation torque calculation unit 220 for calculating the inertia compensation torque T _K, the damper torque T _D Damper a torque calculating unit 230, and a steering wheel return torque calculation unit 240 or the like calculates the steering wheel return torque T _R. The command torque calculator 200 calculates the command torque T according to the following equation (2).
[Expression 2]
_{_{T = T A + T K +}} T D + T R ... (2)
[0031]
FIG. 3 is a block diagram illustrating a functional configuration of the steering wheel return torque calculation unit 240 before completion of the initial learning of the neutral position learning unit 241 of the present embodiment. The neutral position learning unit 241 starts learning the neutral position (zero point of the steering angle) Θ _{O after} the ignition key of the vehicle is switched to the ON state. In this learning, the steering angle θ _H of the steering wheel is sampled when the vehicle speed V _n of the vehicle and the steering torque τ exerted on the steering wheel by the driver satisfy a predetermined “straight vehicle traveling condition”. And executed by a predetermined statistical operation. Therefore, as long as the number of samples does not reach the predetermined number, the neutral position Θ _O of the steering wheel is never output from the neutral position learning unit 241.
[0032]
The steering wheel return torque T _R (command value) is determined based on the steering speed ω _H until the steering wheel neutral position Θ _{O as} a learning result is output at least once (first time). The steering speed ω _H is calculated by the steering speed estimation unit 242 based on the steering torque τ and the motor rotation angle θ _M. This steering speed ω _H is the sum of the rotational angular velocity of the torsion bar of the torque sensor 15 calculated from the amount of change in the steering torque τ and the rotational angular velocity of the pinion shaft 13 calculated from the amount of change in the motor rotational angle θ _M. Calculated.
[0033]
Further, thereafter, until at least the first cycle is completed in the neutral position learning wheel return torque T _R are determined in accordance with the following equation (3) to (5).
[Equation 3]
T _R = G1 · T _R ″ (3)
[Expression 4]
G1 = g1 (V _n ) (4)
[Equation 5]
T _R ″ = f 1 (ω _H ) (5)
Here, the functions g1 and f1 are defined in the form of, for example, the data map 243 and the data map 244 in FIG.
[0034]
Thus, until at least the first cycle is completed in the neutral position learning, it is determined based on the command value T _R of the steering wheel return torque to the steering speed omega _H, conventional large taken compelled not control Even in the dead zone, a desired handle return torque can be output from the motor M.
[0035]
Further, after at least the first one of the neutral position learning is completed, more preferably, the accuracy of the steering wheel neutral position Θ _O learned by the neutral position learning unit 241 is sufficiently improved, and the subsequent control is performed. The steering wheel is difficult to rotate due to self-aligning torque (that is, the motor M is difficult to rotate due to the road surface reaction force), and sufficient steering wheel return performance can be exhibited even on a low friction road surface such as a frozen road. Then, steering wheel return control based on the steering angle (steering wheel rotation angle) θ _H is performed.
According to the control based on the steering angle θ _H , it is possible to sufficiently secure the handle returning performance on the low friction road that is difficult to compensate by the control based on the steering speed ω _H , and at the same time, the steering wheel returns excessively. The so-called overshoot phenomenon can also be avoided.
[0036]
That is, more specifically, such control of the steering wheel return torque based on the steering angle θ _H can be realized by, for example, the steering wheel return torque calculation unit 240 in FIG.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a functional configuration of the steering wheel return torque calculation unit 240 after completion of learning by the neutral position learning unit 241 of the present embodiment.
[0037]
As shown in FIG. 4, after the number of steering wheel steering angle θ _H samples reaches a predetermined number, the steering wheel neutral position Θ _O is output from the neutral position learning unit 241.
Then, steering wheel return torque T _R can be determined according to the following equation (6) to (9).
[Formula 6]
T _R = G1, G2, T _R ′ (6)
[Expression 7]
T _R '= f2 (Θ) (7)
[Equation 8]
Θ = θ _H −Θ _O (8)
[Equation 9]
G2 = g2 (τ) (when Θ> 0),
G2 = g2 (−τ) (when Θ <0) (9)
Here, the functions f2 and g2 are defined in the form of, for example, the data map 245 and the data map 246 (when Θ> 0) in FIG.
[0038]
Here, the function g2 implements the steering wheel return torque limiting means of the present invention, and the gain G2 is set to 1 when the driver performs the steering wheel return operation slowly (or weakly) or in the hand-off state. It is configured like this. Therefore, the steering state discriminating means and the steering wheel return current limiting means of the present invention that can be realized using the method of FIG. 4, for example, the steering judgment map 246 of FIG. 4 (in FIG. 4, “Θ> 0” According to the case, for example, the steering wheel return torque T _R is also increased when the driver performs the steering wheel return operation slowly (or weakly) from the state in which the steering wheel is cut during low-speed driving, and also in the hand-off state. Since this is effective, it is possible to realize a steering feeling substantially similar to that of a hydraulic power steering apparatus.
[0039]
FIG. 5B illustrates a modified example (steering determination map 246b) of the steering determination map 246 of the steering wheel return torque calculation unit 240 after completion of learning according to the present embodiment. This graph shows the form of a function g3 which is a modification of the function g2 when “Θ> 0”. As described above, when the absolute value | τ | of τ is large, the magnitude of G2 is adjusted so that the sum of the assist torque T _A and the handle return torque T _R does not become too large when the handle is returned. A method is also conceivable. According to such a method, it is possible to more reliably prevent a phenomenon (overshoot) that the motor M applies too much torque to the steering system (steering mechanism) when the handle is returned.
[0040]
Further, such adjustment may be performed on the side of the assist torque calculation unit 210 for calculating the assist torque T _A (Figure 1). For example, according to a method such as inputting the steering angle Θ whose neutral position after learning has been adjusted to the assist torque calculation unit 210 side, such adjustment can be performed in substantially the same manner as the above method. Is possible.
[0041]
FIG. 6 is a flowchart of a control program 500a for realizing the steering angle calculation unit 500 (steering angle estimation means) of FIG. In the present control program 500a, first, at step 520, the rotation angle (phase) θ _M of the motor M calculated by the angle detection unit 310 (FIG. 1) according to the equation (1) is used, and the phase θ _M A change amount D (= θ _M −θ0) from the previous control cycle is obtained. Here, θ0 is the value of the phase θ _M in the previous control period.
[0042]
Next, in step 530, the magnitude of the change amount D is determined. If greater than π, the process proceeds to step 540, and if not, the process proceeds to step 550. In step 540, the value of the change amount D is decreased by 2π (during underflow).
In step 550, the magnitude of the change amount D is determined. If smaller than −π, the process proceeds to step 560, and if not, the process proceeds to step 570. In step 560, the value of the change amount D is increased by 2π (when overflowing).
[0043]
In step 570, the value of the motor rotational angle theta _m, based on the change amount D obtained in the above process, that is, calculated according to the following equation (10).
[Expression 10]
θ _m = θ _m + D (10)
[0044]
In step 580, the rotation angle θ _H of the handle (pinion shaft 13) is calculated according to the following equation (11). Here, R is the reduction ratio between the motor and the handle (the gear ratio between the two gears (17) in FIG. 1).
[Expression 11]
θ _H = θ _m / R (11)
In step 590, the current phase θ _{M of the} motor M (in the current control cycle) is stored in the retreat area θ0.
[0045]
In such overflow / underflow determination, the maximum value ω _Hmax of the rotational angular velocity of the steering wheel (that is, the steering speed ω _H ) and the control execution cycle t0 in which the program 500a is periodically executed are expressed by the following equation (12). It is established when satisfying.
[Expression 12]
π> R · ω _Hmax · t0 (12)
[0046]
Although the maximum value ω _Hmax of the steering speed ω _H slightly depends on the configuration of the steering mechanism, this is usually the maximum value of the steering speed that can be operated by a human, and is usually about 20 [rad / sec]. It is. Therefore, as can be seen from the equation (12), by configuring the system so that the value of the product R · t0 of the reduction ratio R and the control execution period t0 is surely below π / ω _Hmax , That is, the steering angle estimating means can be realized, that is, the program 500a can be operated effectively.
More specifically, for example, by setting R = 5 and t0 = 1/100 [sec], it is possible to reliably satisfy such a condition.
[0047]
Further, the output value n (6-bit information: 0 to 63) of the resolver R / D (rotation angle sensor) represents only the phase of the motor M (0 ≦ θ _M <2π). If the information amount of the output value n is expanded to about 3 to 5 bits, for example, on the upper bit side, the motor rotation angle θ _m calculated by the program 500a can be easily determined, that is, the determination process such as overflow can be omitted. It can also be obtained directly from the hardware (resolver R / D) .
[0049]
Further, the predetermined “vehicle straight running condition” may be dynamically changed according to a learning history such as the number of learnings or a learning result, for example. As an example thereof, for example, a method of gradually increasing the boundary value of the vehicle speed used for the determination of “straight condition of vehicle” from about 30 km / hr to about 50 km / hr as the number of learning increases. Is mentioned. For example, according to such means, it is possible to shorten the time until the completion of the initial learning and simultaneously improve the learning accuracy according to the learning history or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a hardware configuration diagram of an electric power steering apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a logical configuration of a motor control device 110 that drives and controls a motor M of an electric power steering device 100 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of a steering wheel return torque calculation unit 240 before completion of learning of the neutral position learning unit 241 according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of a handle return torque calculation unit 240 after completion of learning by a neutral position learning unit 241 according to the embodiment of the present invention.
FIGS. 5A and 5B are graphs illustrating a steering determination map 246 of the steering wheel return torque calculation unit 240 after learning according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart of a control program 500a for realizing a steering angle calculation unit (steering angle estimation means) 500 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of a steering wheel return torque calculation unit having a neutral position learning function according to the prior art.
[Explanation of symbols]
M: Motor R / D: Resolver (Motor M rotation angle sensor)
n: Resolver output signal θ _M : Motor rotation angle (phase: 0 ≦ θ _M <2π)
θ _m ... Motor rotation angle θ _H ... Steering wheel rotation angle ω _H ... Steering speed Θ _O ... Steering wheel neutral position T _R ... Steering wheel return torque (command value)
T ... Command torque τ ... Steering torque V _n ... Vehicle speed 10 ... Steering shaft 11 ... Steering wheel (handle)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Electric power steering apparatus 110 ... Motor control apparatus 111 ... CPU
200 ... Command torque calculation unit 240 ... Steering wheel return torque computing unit 241 ... Neutral position learning unit 246 ... Steering determination map (corresponding to a steering state determining unit and a steering wheel return current limiting unit. In FIG. Ex.)
500 ... Steering angle calculation unit (steering angle estimating means)
500a ... Control program for realizing a steering angle calculation unit (steering angle estimation means)

Claims

車両のステアリング・シャフト又はステアリング・ギヤに対してトルクを付与するモータを備えた操舵機構と、前記モータを駆動制御する制御装置とを有する電動パワーステアリング装置において、
前記車両の車速Ｖ_n、及び運転者がハンドルに対して及ぼす操舵トルクτが、所定の「車両直進条件」を満たす際に、前記ハンドルの操舵角θ_Hの中立位置を所定の統計操作に従って学習する中立位置学習手段と、
前記中立位置を基準として、前記操舵角θ_Hに基づいて、ハンドル戻しトルクＴ_Rを算出する第１ハンドル戻し制御手段と、
前記モータの回転角速度ω_Mに基づいて、ハンドル戻しトルクＴ_Rを算出する第２ハンドル戻し制御手段とを有し、
少なくとも前記中立位置学習手段による前記中立位置の学習が１回完了するまでの間は、前記第２ハンドル戻し制御手段により前記ハンドル戻しトルクＴ_Rを決定する
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。In an electric power steering apparatus comprising: a steering mechanism including a motor that applies torque to a steering shaft or steering gear of a vehicle; and a control device that drives and controls the motor.
When the vehicle speed V _n of the vehicle and the steering torque τ exerted on the steering wheel by the driver satisfy a predetermined “straight vehicle condition”, the neutral position of the steering angle θ _H of the steering wheel is learned according to a predetermined statistical operation. Neutral position learning means,
Based on the said neutral position, on the basis of the steering angle theta _H, a first handle return control means for calculating a torque T _R back handle,
Based on the rotational angular velocity omega _M of the motor, and a second handle return control means for calculating the steering wheel return torque T _R,
At least until the said neutral position by the neutral position learning means learning is completed once, the electric power steering apparatus characterized by determining the steering wheel return torque T _R by said second wheel return controlling means.

前記中立位置学習手段による前記中立位置の学習が完了した後は、前記ハンドル戻しトルクＴ_Rを前記第１ハンドル戻し制御手段により決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。The neutral position after learning of the neutral position is completed by the learning means, the electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the determining by the steering wheel return torque T _R to return the first handle control means.