JP3826286B2

JP3826286B2 - Electric power steering device

Info

Publication number: JP3826286B2
Application number: JP2002191036A
Authority: JP
Inventors: 貴志太田; 載寛李; 廉夫本山; 一親田島
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP2004040850A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載されＤＣモータを用いて操舵をアシストする電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用のパワーステアリング装置としては、油圧式のものが普及しているが、きめの細かい操舵アシスト制御を実施するには、電動式のものの方が有利であり、近年、電動パワーステアリング装置に関する技術が開発されている。
このような電動パワーステアリング装置では、操舵系に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、車速を検出する車速検出センサとを設けて、これらのセンサで検出された操舵トルクと車速とに応じて、モータによるアシストトルクを制御するのが一般的であった。
【０００３】
これに対して、さらに、操舵フィーリングを改善するために、モータの角速度や角加速度に基づいて、ステアリング系の慣性、粘性等を補償する制御方法も提案されている。
このような観点から、特許第３１３３９１４号公報には、操舵系に連結されたモータをＰＷＭ制御する電動パワーステアリング装置において、ＰＷＭ搬送波周波数よりも低い遮断周波数の低域通過特性を有する回路によって矩形波成分を除去してモータ印可電圧を検出して、このモータ印可電圧に基づいてモータ角速度を推定する技術が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動パワーステアリング装置に関する技術では、よりきめの細かい操舵アシストを実現でき操舵フィーリングの向上を図れるものの、制御モータによるアシストトルクを制御するためにいずれも操舵トルクセンサが必要であり、この分コスト増あるいはトルクセンサ故障時に操舵アシストが行なえなくなるといった不具合を招いていた。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、トルクセンサを要することなく、適切な操舵アシストを行なえるようにして操舵フィーリングを向上させることができるようにした、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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の電動パワーステアリング装置（請求項１）は、車両に搭載されＤＣモータを用いて操舵をアシストする電動パワーステアリング装置であって、該ＤＣモータを流れる電流を検出する電流検出手段と、該ＤＣモータへの付加電圧を制御する制御手段とをそなえて構成される。該制御手段では、推定手段が、該ＤＣモータへのモータ付加電圧値と、該電流検出手段により検出されたモータ電流値とを用いて、該ＤＣモータの制御系のモデルに基づいて、少なくとも該ＤＣモータの制御系に加わる外乱トルクを推定し、設定手段が、該推定手段により推定された該外乱トルクに応じて、該ＤＣモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定して、該設定手段により設定された該目標モータ付加電圧値を該ＤＣモータへ与える。
【０００７】
該制御手段を、推定手段によって、該ＤＣモータへのモータ付加電圧値と、該電流検出手段により検出されたモータ電流値とを用いて、該ＤＣモータの制御系のモデルに基づいて、該ＤＣモータの制御系に加わる外乱トルクを推定し、設定手段によって、該電流検出手段により検出された該電流値と該推定手段により推定された該角速度及び該外乱トルクとに応じて、該ＤＣモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定して、この設定手段により設定された該目標モータ付加電圧値を該ＤＣモータへ与えるように制御するように構成してもよい（請求項２）。
【０００８】
該推定手段は、状態量としての該モータ付加電圧値及び該モータ電流値から、状態量としての該角速度及び該外乱トルクを推定するオブザーバにより構成されていることが好ましい（請求項３）。
該車両の車速を検出する車速検出手段をそなえ、該設定手段は、該電流検出手段により検出された該電流値と該推定手段により推定された該角速度及び該外乱トルクと、該車速検出手段により検出された車速とに応じて、該ＤＣモータへ与えるべき該目標モータ付加電圧値を設定することが好ましい（請求項４）。
【０００９】
該設定手段は、該電流値を該車速に応じて設定される第１制御ゲインで乗算処理した値と、該角速度を該車速に応じて設定される第２制御ゲインで乗算処理した値と、該外乱トルクを該車速に応じて設定される第３制御ゲインで乗算処理した値と、の和を該目標モータ付加電圧値に設定することが好ましい（請求項５）。
【００１０】
また、本発明の電動パワーステアリング装置（請求項６）は、車両に搭載され操舵系に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルクセンサを備え、該操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクに基づいてＤＣモータを用いて操舵をアシストする電動パワーステアリング装置であって、該操舵トルクセンサの故障を検出する操舵トルクセンサ故障検出手段と、該ＤＣモータを流れる電流を検出する電流検出手段と、該ＤＣモータへの付加電圧を制御する制御手段とをそなえて構成される。該制御手段は、操舵トルクセンサ故障検出手段が該操舵トルクセンサの故障を検出したときに、該ＤＣモータへのモータ付加電圧値と、該電流検出手段により検出されたモータ電流値とを用いて、該ＤＣモータの制御系のモデルに基づいて、少なくとも該ＤＣモータの制御系に加わる外乱トルクを推定する推定手段と、該推定手段により推定された該外乱トルクに応じて、該ＤＣモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定する設定手段とを備え、該設定手段により設定された該目標モータ付加電圧値を該ＤＣモータへ与える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明の第１実施形態を説明すると、図１〜図４は本発明の第１実施形態としての電動パワーステアリング装置について示すもので、図１はその機能構成を示すブロック図、図２はそのモデル化を説明するブロック図、図３はその制御に用いる速度対応制御ゲインの特性を示す図、図４はその制御のシミュレーション結果を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、本電動パワーステアリング装置は、ＤＣモータの制御系（モータへの付加電圧を制御入力としてモータの出力トルクや回転数を制御する系全体、以下、モータ制御系という）を含む操舵−車両系（車両の操舵装置とこの操舵装置によって運動する車体の系全体）１に対して、ＤＣモータ１１によって発生するトルク（操舵アシストトルク）Ｔｍを付与して、ドライバの操舵負担を軽減できるようになっている。ＤＣモータ１１による操舵アシストトルクＴｍは、モータ制御系に加わるトルク（外乱トルク）ｗに応じて与えることで、フィーリング良くドライバの操舵負担を軽減できる。
【００１３】
この場合の外乱トルクｗとは、ドライバトルクＴｈから車両が路面から受ける操舵反力トルクＴｃを減算した値であり（ｗ＝Ｔｈ−Ｔｃ）、モータ制御系には、この外乱トルクｗと操舵アシストトルクＴｍとが加わることになる。なお、定常旋回走行時は、ドライバトルクＴｈと操舵反力トルクＴｃとが釣り合って外乱トルクｗは０（ｗ＝０）となる。
【００１４】
また、ＤＣモータ１１によって発生する操舵アシストトルクＴｍは、ＤＣモータ１１の作動電流（モータ電流）ｉに応じたもの、即ち、モータ電流ｉにモータトルク定数Ｋ_Tを乗算したものになる。
さらに、本装置におけるＤＣモータ１１は、モータへの付加電圧を制御することで、モータ電流ｉを調整するようになっており、このモータ付加電圧ｖを制御するために、制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０がそなえられている。
【００１５】
したがって、ＥＣＵ３０は、外乱トルク推定値ｗ_eに応じて目標モータ付加電圧値（以下、目標電圧値という）ｖ_tを設定しこの目標電圧値ｖ_tにモータ付加電圧ｖを制御することによって、操舵アシストトルクＴｍを調整するようになっている。
ただし、目標電圧値ｖ_tは、外乱トルク推定値ｗ_eのみならず、モータ電流推定値ｉ_e及びモータ角速度（ＤＣモータ１１の角速度）推定値ω_eにも応じて設定されるようになっている。
【００１６】
そこで、ＥＣＵ３０には、外乱トルク推定値ｗ_e，モータ作動電流推定値ｉ_e，モータ角速度推定値ω_eを推定するための、推定手段としてのオブザーバ３１と、オブザーバ３１で推定された各推定値ｗ_e，ｉ_e，ω_eに基づいて制御量（目標電圧値）ｖ_tを設定する設定手段としての制御量設定部３２とがそなえられている。
【００１７】
オブザーバ３１は、モータ付加電圧値ｖと、電流検出手段（電流センサ）４１により検出されたモータ電流値ｉ_sとを用いて、モータ制御系のモデルに基づいて、モータ電流推定値ｉ_e，モータ角速度推定値ω_e，外乱トルク推定値ｗ_eを推定する。
このオブザーバ３１による推定についてさらに説明すると、ＤＣモータ１１は、図２に示すようにモデル化することができる。
【００１８】
ただし、図２において、ｖ，ｉ，Ｔｍ，ω，ｗはいずれも変数であって、ｖは入力電圧（モータ付加電圧）、ｉは電流（モータ電流）、Ｔｍはモータ出力トルク（操舵アシストトルク）、ωはモータ角速度、ｗは外乱トルクである。また、Ｌ，Ｒ，Ｋ_T，Ｋ_E，Ｉ_Mはモータ固有のパラメータ（定数値）であって、Ｌはコイルのインダクタンス、Ｒはコイルの抵抗、Ｋ_Tはトルク定数、Ｋ_Eは逆起電力定数、Ｉ_Mはモータの慣性モーメントである。
【００１９】
このようなモデルから、モータ電流の微分方程式は次式（１）のように、モータ角速度の微分方程式は次式（２）のようにたてることができる。
Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）＋Ｒ・ｉ＋Ｋ_E・ω＝ｖ・・・（１）
Ｉ_M（ｄω／ｄｔ）＝Ｋ_T・ｉ＋ｗ・・・（２）
式（１），（２）を状態方程式で表現すると、次式（３）のようになる。
【００２０】
【数１】

【００２１】
ここで、外乱ｗを状態変数に拡張すると、次式（４）が得られる。
【００２２】
【数２】

【００２３】
式（４）に基づいて、電流ｉを観測値（検出値）とした場合のオブザーバの状態方程式を示すと、次式（５）のようになる。
【００２４】
【数３】

【００２５】
上記の状態方程式（５）において、ｉ_e，ω_e，ｗ_eはいずれも状態量としての推定値（前述のモータ電流推定値，モータ角速度推定値，外乱トルク推定値）であり、ｍ₁，ｍ₂，ｍ₃はいずれも係数である。ここで、係数ｍ₁，ｍ₂，ｍ₃を定めることによって、状態量ｉ_e，ω_e，ｗ_eを推定するオブザーバを構成することができる。また、係数ｍ₁，ｍ₂，ｍ₃は周波数特性を考慮した数式演算によって、適正値を設定することができる。
【００２６】
制御量設定部３２は、このように推定されたモータ電流推定値ｉ_e（この推定値はモータ電流検出値ｉ_sで置き換えることができる），モータ角速度推定値ω_e，外乱トルク推定値ｗ_eと車速検出手段（車速センサ）４２からの検出情報とを入力され、各推定値ｉ_e，ω_e，ｗ_eを、それぞれモータ電流の速度対応ゲイン処理部３２ａ，モータ角速度の速度対応ゲイン処理部３２ｂ，外乱トルクの速度対応ゲイン処理部３２ｃによって速度対応ゲインＫ_i，Ｋω，Ｋ_wで乗算処理し、これらを加算部３２ｄで、次式（６）のように加算して目標電圧値ｖ_tを設定するようになっている。
【００２７】
ｖ_t＝−Ｋ_i・ｉ_e−Ｋω・ω_e−Ｋ_w・ｗ_e・・・（６）
なお、速度対応ゲインＫ_i，Ｋω，Ｋ_wのうちモータ電流制御ゲインＫ_iは、図３（ａ）に示すように、車速にほとんど依存せずにほぼ定数に設定されており、目標電圧値ｖ_tに値Ｋ_i・ｉ_eを反映させることで、制御の動特性が向上するようになっている。
【００２８】
モータ角速度制御ゲインＫωは、図３（ｂ）に示すように、車速の増大に応じて増加するように設定されており、目標電圧値ｖ_tに値Ｋω・ω_eを反映させることで、ドライバトルクＴｈが過剰に加わった際などに過剰な角速度の発生を抑制するようになっている。
外乱トルク制御ゲインＫ_wは、図３（ｃ）に示すように、車速の増大に応じて減少するように設定されており、車速が高くなるほど目標電圧値ｖ_tを小さくして、操舵アシストトルクＴｍを減少させるようになっている。これは、車速が高いほど操舵安定感を重視して操舵アシストを弱め、逆に、車速が低いほど操舵操作を容易にできるように操舵アシストを強めるようにしているのである。速度対応ゲインＫ_i，Ｋω，Ｋ_wのうちこの外乱トルク制御ゲインＫ_wが最も大きく外乱トルク推定値ｗ_eが目標電圧値ｖ_tに最も大きく影響するようになっている。
【００２９】
本発明の第１実施形態としての電動パワーステアリング装置は、上述のように構成されているので、モータ指令値であるモータ付加電圧ｖと電流センサ１で検出されるモータ電流ｉとから、操舵トルク（ドライバトルク）Ｔｈと操舵反力トルクＴｃとの加算値である外乱トルクｗを推定して、この推定した外乱トルクに応じて、モータ２の付加電圧ｖを制御することにより、モータトルクＴｍを調整するので、トルクセンサを要することなく、演算ソフトを追加するだけで、低コストで操舵フィーリングを向上させることができる。
【００３０】
定常旋回走行時は、ドライバトルクＴｈと操舵反力トルクＴｃとが釣り合って外乱トルクｗは０（ｗ＝０）となって操舵アシストできなくなるが、もともと操舵反力の小さい車両に本技術を適用すれば何ら不具合はなく、ハンドルを切り込むような操舵操作に対しては十分に操舵アシストを行なうことができる。
また、外乱トルクｗを、車速の増大に応じて減少するように設定される外乱トルク制御ゲインＫ_wにより処理した上で、モータ２の付加電圧ｖを制御するので、車速が低いほど操舵アシストが強められ操舵操作を容易にできるようになり、車速が高いほど操舵アシストが弱められ操舵安定感が増大し、操舵アシストを車速に応じて適切に実施することができる。
【００３１】
さらに、本実施形態では、モータ２の付加電圧ｖの制御にモータ電流制御ゲインＫ_iを反映させているので、制御の動特性を向上させることができ、応答性のよい操舵アシスト制御を実現できる。また、モータ２の付加電圧ｖの制御にモータ角速度制御ゲインＫωを反映させているので、モータ２の過剰な角速度の発生を抑制することができ、モータの保護も図ることができる。
【００３２】
なお、制御の動特性に特に課題がなければ、モータ２の付加電圧ｖの制御にモータ電流制御ゲインＫ_iを反映させる必要はなく、モータ２での過剰な角速度の発生のおそれがなければ、モータ２の付加電圧ｖの制御にモータ角速度制御ゲインＫωを反映させる必要はない。
ところで、図４はモータ制御系に入力電圧（モータ付加電圧）ｖと外乱トルクｗとを付加した場合の真値と推定値との比較例を示す時であり、図中、細線は真値を太線（網掛け部分）は推定値を示す。オブザーバ３１により推定した推定値が、真値と略一致していることがわかり、このデータからも本装置の有効性が読み取れる。
【００３３】
つぎに、本発明の第２実施形態を説明すると、図５は本発明の第２実施形態としての電動パワーステアリング装置の機能構成を示すブロック図である。
本実施形態では、従来のトルクセンサ付き電動パワーステアリング装置に対して、トルクセンサ故障検出装置を追加するとともに、電動パワーステアリング制御装置に、適宜のソフトウェア，ハードウェアを追加して、トルクセンサ故障検出装置によりトルクセンサの故障の発生が検出されると、表示装置を通じてドライバに対してこの故障発生を知らせる一方で、トルクセンサを利用しない上述の手法適用して操舵アシストを継続するようにしている。
【００３４】
つまり、図５に示すように、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）５１を設け、ＥＣＵ３０には、この操舵トルクセンサ５１からの実操舵トルクの検出信号に基づいて実操舵トルクに対応してＤＣモータ２の付加電圧ｖを設定する第１制御量設定部（設定手段）５２を設け、操舵トルクセンサ５１が正常に作動しているときには、この第１制御量設定部５２により実操舵トルクに基づいて設定された付加電圧ｖをＤＣモータ２に与えて、実操舵トルクに対応して操舵アシストを行なうようにする。
【００３５】
さらに、上述の実施形態の制御量設定部３２、つまり、オブザーバ３１の推定に基づいてＤＣモータ２の付加電圧ｖを設定する制御量設定部３２をバックアップ用の第２制御量設定部（設定手段）３２´として設ける。そして、操舵トルクセンサ５１の故障を検出する操舵トルクセンサ故障検出手段５３を設けるとともに、故障検出手段５３により操舵トルクセンサ５１の故障が検出されたら、第１制御量設定部５２に代えて第２制御量設定部３２によりＤＣモータ２の付加電圧ｖの設定を行なうように切り換える制御量設定切換部５４を設ける。
【００３６】
本発明の第２実施形態としての電動パワーステアリング装置は、上述のように構成されているので、操舵トルクセンサ５１が故障した場合にも、第２制御量設定部３２によりＤＣモータ２の付加電圧ｖの設定を行なうことができるようになる。
すなわち、トルクセンサ故障時でも、操舵アシストが不可能になる事態を回避でき、常に操舵フィーリングを向上させることが可能になる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、速度対応ゲインＫ_i，Ｋω，Ｋ_wについては、図３に各設定例を示したが、速度対応ゲインＫ_i，Ｋω，Ｋ_wの設定特性はこれに限るものではなく、系の安定性や操舵フィーリングを向上させることができるように、速度対応ゲインＫ_i，Ｋω，Ｋ_wを車速に応じて適宜設定することが重要である。
【００３８】
また、制御量設定部３２に、速度対応ゲイン処理部３２ａ，３２ｂ，３２ｃに加えて、位相進み補償器や位相遅れ補償器を追加して、位相を調整するようにして、より適切に操舵アシスト制御を行なうことも考えられる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の電動パワーステアリング装置（請求項１）によれば、制御手段において、推定手段が、ＤＣモータへのモータ付加電圧値と、電流検出手段により検出されたモータ電流値とを用いて、ＤＣモータの制御系のモデルに基づいて、少なくともＤＣモータの制御系に加わる外乱トルクを推定し、設定手段が、該推定手段により推定された該外乱トルクに応じて、該ＤＣモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定して、該設定手段により設定された該目標モータ付加電圧値を該ＤＣモータへ与える。したがって、トルクセンサを要することなく、演算ソフトを追加するだけで、低コストで操舵フィーリングを向上させることができる。
【００４０】
さらに、推定手段によって、外乱トルクに加えてＤＣモータの角速度を推定し、設定手段によって、電流値と推定された該角速度及び該外乱トルクとに応じて、該ＤＣモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定して、この設定手段により設定された該目標モータ付加電圧値を該ＤＣモータへ与えるように制御すれば、制御の動特性を向上させ応答性のよい操舵アシスト制御を実現することや、モータにおける過剰な角速度の発生を抑制して、モータの保護も図ることも可能になる（請求項２）。
【００４１】
設定手段が、電流検出手段により検出された該電流値と該推定手段により推定された該角速度及び該外乱トルクと、該車速検出手段により検出された車速とに応じて、該ＤＣモータへ与えるべき該目標モータ付加電圧値を設定することで、車速に応じて綿密に操舵アシストを制御することができる（請求項４，５）。
また、本発明の電動パワーステアリング装置（請求項６）によれば、トルクセンサ故障時でも、操舵アシストが不可能になる事態を回避でき、常に操舵フィーリングを向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての電動パワーステアリング装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかるモータ制御系の状態量を推定するオブザーバのブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態としての電動パワーステアリング装置におけるオブザーバに用いる速度対応制御ゲインの特性を示す図であって、（ａ）はモータ電流に関する制御ゲインを示し、（ｂ）はモータ角速度に関する制御ゲインを示し、（ｃ）は外乱トルクに関する制御ゲインを示す。
【図４】本発明の第１実施形態としての電動パワーステアリング装置における制御のシミュレーション結果を示す図であって、（ａ）はモータへの入力電圧について示し、（ｂ）はモータ電流について示し、（ｃ）はモータ角速度について示し、（ｄ）は外乱トルクについて示す。
【図５】本発明の第２実施形態としての電動パワーステアリング装置の機能構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１操舵−車両系
１１ＤＣモータ
２１電流検出手段
２２車速検出手段
３０制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３１推定手段としてのオブザーバ
３２設定手段としての制御量設定部
３２´ 設定手段としての第２制御量設定部
３２ａモータ電流の速度対応ゲイン処理部
３２ｂモータ角速度の速度対応ゲイン処理部
３２ｃ外乱トルクの速度対応ゲイン処理部
３２ｄ加算部
４１モータトルク演算部
５１操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
５２設定手段としての第１制御量設定部
５３操舵トルクセンサ故障検出手段
５４制御量設定切換部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering device that is mounted on a vehicle and assists steering using a DC motor.
[0002]
[Prior art]
As a power steering device for automobiles, a hydraulic type is widely used. However, in order to perform fine steering assist control, an electric type is more advantageous. Has been developed.
In such an electric power steering apparatus, a steering torque sensor for detecting a steering torque applied to the steering system and a vehicle speed detection sensor for detecting a vehicle speed are provided, and the steering torque and the vehicle speed detected by these sensors are provided. In general, the assist torque by the motor is controlled.
[0003]
On the other hand, in order to further improve the steering feeling, a control method for compensating the inertia, viscosity, etc. of the steering system based on the angular velocity and angular acceleration of the motor has been proposed.
From this point of view, Japanese Patent No. 3133914 discloses a rectangular wave by a circuit having a low-pass characteristic having a cutoff frequency lower than a PWM carrier frequency in an electric power steering apparatus that performs PWM control of a motor connected to a steering system. There has been proposed a technique for detecting a motor applied voltage by removing a component and estimating a motor angular velocity based on the motor applied voltage.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional electric power steering apparatus technology, although finer steering assist can be realized and the steering feeling can be improved, a steering torque sensor is required in order to control the assist torque by the control motor. As a result, there was a problem that the steering assist could not be performed when the cost increased or the torque sensor failed.
[0005]
The present invention was devised in view of the above-described problems, and provides an electric power steering apparatus capable of improving steering feeling so that appropriate steering assist can be performed without requiring a torque sensor. The purpose is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the electric power steering apparatus according to the present invention (Claim 1) is an electric power steering apparatus that is mounted on a vehicle and assists steering by using a DC motor, and that detects current flowing through the DC motor. And control means for controlling the additional voltage to the DC motor. In the control means, the estimation means uses at least the motor addition voltage value to the DC motor and the motor current value detected by the current detection means, based on at least the model of the control system of the DC motor. A disturbance torque applied to the control system of the DC motor is estimated, and a setting means sets a target motor additional voltage value to be applied to the DC motor according to the disturbance torque estimated by the estimation means, and the setting means The target motor additional voltage value set by is applied to the DC motor.
[0007]
The control means uses the estimation means to add the motor additional voltage value to the DC motor and the motor current value detected by the current detection means, based on the model of the control system of the DC motor. A disturbance torque applied to the motor control system is estimated, and the setting means sends the DC motor to the DC motor according to the current value detected by the current detection means and the angular velocity and the disturbance torque estimated by the estimation means. A target motor additional voltage value to be given may be set, and control may be made so as to give the target motor additional voltage value set by the setting means to the DC motor.
[0008]
Preferably, the estimating means is configured by an observer that estimates the angular velocity and the disturbance torque as a state quantity from the motor additional voltage value and the motor current value as a state quantity.
Vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed of the vehicle is provided, and the setting means includes the current value detected by the current detecting means, the angular velocity and disturbance torque estimated by the estimating means, and the vehicle speed detecting means. It is preferable to set the target motor additional voltage value to be given to the DC motor in accordance with the detected vehicle speed.
[0009]
The setting means includes a value obtained by multiplying the current value by a first control gain set in accordance with the vehicle speed, a value obtained by multiplying the angular speed by a second control gain set in accordance with the vehicle speed, The sum of the disturbance torque multiplied by a third control gain set in accordance with the vehicle speed and the target motor additional voltage value are preferably set.
[0010]
An electric power steering apparatus according to the present invention (Claim 6) includes a steering torque sensor that detects a steering torque that is mounted on a vehicle and is applied to a steering system, and is based on the steering torque detected by the steering torque sensor. An electric power steering apparatus that assists steering using a motor, the steering torque sensor failure detecting means for detecting a failure of the steering torque sensor, the current detecting means for detecting the current flowing through the DC motor, and the DC motor And a control means for controlling the additional voltage to the circuit. The control means uses the motor additional voltage value to the DC motor and the motor current value detected by the current detection means when the steering torque sensor failure detection means detects a failure of the steering torque sensor. An estimation means for estimating a disturbance torque applied to at least the control system of the DC motor based on a model of the control system of the DC motor, and applying to the DC motor according to the disturbance torque estimated by the estimation means Setting means for setting a power target motor additional voltage value, and applying the target motor additional voltage value set by the setting means to the DC motor.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIGS. 1 to 4 show an electric power steering apparatus as a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration thereof, FIG. Is a block diagram explaining the modeling, FIG. 3 is a diagram showing characteristics of a speed-related control gain used for the control, and FIG. 4 is a diagram showing a simulation result of the control.
[0012]
As shown in FIG. 1, the electric power steering apparatus includes a DC motor control system (the entire system that controls the motor output torque and rotation speed using an additional voltage to the motor as a control input, hereinafter referred to as a motor control system). Including the steering-vehicle system (the entire steering system of the vehicle and the entire system of the vehicle body that moves by this steering system) 1 is provided with a torque (steering assist torque) Tm generated by the DC motor 11, thereby reducing the steering burden on the driver. Can be reduced. By giving the steering assist torque Tm by the DC motor 11 according to the torque (disturbance torque) w applied to the motor control system, the steering burden of the driver can be reduced with good feeling.
[0013]
The disturbance torque w in this case is a value obtained by subtracting the steering reaction torque Tc that the vehicle receives from the road surface from the driver torque Th (w = Th−Tc), and the disturbance torque w and the steering assist are provided to the motor control system. Torque Tm is added. During steady turning, the driver torque Th and the steering reaction torque Tc are balanced and the disturbance torque w is 0 (w = 0).
[0014]
Further, the steering assist torque Tm generated by the DC motor 11, one corresponding to the operating current (motor current) i of DC motor 11, i.e., the ones obtained by multiplying the motor torque constant K _T of the motor current i.
Further, the DC motor 11 in the present apparatus adjusts the motor current i by controlling the additional voltage to the motor. In order to control the motor additional voltage v, electronic control as a control means is performed. A unit (ECU) 30 is provided.
[0015]
Therefore, ECU 30 includes a target motor additional voltage value according to the disturbance torque estimated value w _e (hereinafter, goal voltage value) to set the v _t by controlling the motor additional voltage v to the target voltage value v _t, the steering The assist torque Tm is adjusted.
However, the target voltage value v _t is not only the disturbance torque estimated value w _e, so as to be set according to the estimated value omega _e (angular speed of the DC motor 11) the motor current estimated value i _e and the motor angular velocity Yes.
[0016]
Therefore, the ECU 30, the disturbance torque estimated value w _e, the motor operating current estimated value i _e, for estimating the motor angular velocity estimate omega _e, and observer 31 as estimating means, the estimation value estimated by the observer 31 A control amount setting unit 32 is provided as setting means for setting a control amount (target voltage value) v _t based on w _e , i _e , and ω _e .
[0017]
Observer 31 uses the motor additional voltage value v, and a motor current value i _s detected by the current detection means (current sensor) 41, based on a model of the motor control system, the motor current estimated value i _e, the motor angular velocity estimate ω _e, to estimate the disturbance torque estimated value w _e.
The estimation by the observer 31 will be further described. The DC motor 11 can be modeled as shown in FIG.
[0018]
In FIG. 2, v, i, Tm, ω, and w are all variables, v is an input voltage (motor additional voltage), i is a current (motor current), and Tm is a motor output torque (steering assist torque). ), Ω is the motor angular velocity, and w is the disturbance torque. L, R, K _T , K _E , and I _M are parameters (constant values) unique to the motor. L is the coil inductance, R is the coil resistance, K _T is the torque constant, and K _E is the back electromotive force. The power constant, I _M, is the moment of inertia of the motor.
[0019]
From such a model, the differential equation of the motor current can be established as the following equation (1), and the differential equation of the motor angular velocity can be established as the following equation (2).
L (di / dt) + R · i + K _E · ω = v (1)
I _M (dω / dt) = K _T · i + w (2)
When the expressions (1) and (2) are expressed by a state equation, the following expression (3) is obtained.
[0020]
[Expression 1]

[0021]
Here, when the disturbance w is expanded to a state variable, the following equation (4) is obtained.
[0022]
[Expression 2]

[0023]
Based on the equation (4), the state equation of the observer when the current i is an observed value (detected value) is shown as the following equation (5).
[0024]
[Equation 3]

[0025]
In the above state equation _{(5), i e, ω} e, w e is the estimated value of the both the state quantity (the above-described motor current estimated value, the motor angular velocity estimate, the disturbance torque estimated value) is, m _1, m ₂ and m ₃ are both coefficients. Here, by determining the coefficients _{_{_{m 1, m 2, m 3}}} , it is possible to configure the observer to estimate the state quantity _{_{_{i e, ω e, w e}}} . The coefficients m ₁ , m ₂ , and m ₃ can be set to appropriate values by mathematical calculations that take frequency characteristics into consideration.
[0026]
The control amount setting unit 32 determines the estimated motor current value i _e (this estimated value can be replaced with the detected motor current value _s ), the estimated motor angular velocity value ω _e , and the estimated disturbance torque value w _e. and is input to the detection information from the vehicle speed detecting means (vehicle speed sensor) 42, the estimated value i _e, the omega _e, w _e, speed-basis gain processing unit 32a of each of the motor current, the speed corresponding gain processing unit of the motor angular velocity 32b, the speed-basis gain by the speed corresponding gain processing unit 32c of the disturbance torque K _i, K?, multiplied treated with K _w, at adding unit 32d, adds to the target voltage value v _t as the following equation (6) Is set.
[0027]
_{_{_{v t = -K i · i e}}} -Kω · ω e -K w · w e ··· (6)
Of the speed corresponding gains K _i , Kω, and K _w , the motor current control gain K _i is set to a substantially constant value almost independent of the vehicle speed as shown in FIG. v by reflecting the value K _i · i _e to _t, the dynamic characteristic of the control is adapted to increase.
[0028]
As shown in FIG. 3B, the motor angular velocity control gain Kω is set so as to increase as the vehicle speed increases, and the value Kω · ω _e is reflected in the target voltage value v _t so that the driver Generation of excessive angular velocity is suppressed when the torque Th is excessively applied.
Disturbance torque control gain K _w, as shown in FIG. 3 (c), are set so as to decrease with an increase in vehicle speed, by decreasing the target voltage value v _t as the vehicle speed increases, the steering assist torque Tm is decreased. This is because the higher the vehicle speed, the more important the steering stability, and the weaker the steering assist. On the contrary, the lower the vehicle speed, the stronger the steering assist so that the steering operation can be facilitated. Speed corresponding gain K _i, K?, The disturbance torque control gain K _w is the largest disturbance torque estimated value w _e is adapted to the greatest effect on the target voltage value v _t of K _w.
[0029]
Since the electric power steering apparatus according to the first embodiment of the present invention is configured as described above, the steering torque is calculated from the motor additional voltage v, which is a motor command value, and the motor current i detected by the current sensor 1. (Driver torque) The disturbance torque w, which is an added value of Th and the steering reaction torque Tc, is estimated, and the motor torque Tm is determined by controlling the additional voltage v of the motor 2 in accordance with the estimated disturbance torque. Since the adjustment is performed, the steering feeling can be improved at low cost simply by adding calculation software without requiring a torque sensor.
[0030]
During steady turning, the driver torque Th and the steering reaction torque Tc are balanced and the disturbance torque w becomes 0 (w = 0), making it impossible to assist the steering. However, the present technology is originally applied to a vehicle with a small steering reaction force. If this is the case, there will be no problem, and a steering assist can be sufficiently performed for a steering operation in which the steering wheel is cut.
Also, the disturbance torque w, on treated by disturbance torque control gain K _w is set so as to decrease with an increase in the vehicle speed, and controls the additional voltage v of the motor 2, as the vehicle speed is low steering assist As the vehicle speed increases, the steering assist is weakened and the steering stability is increased, and the steering assist can be appropriately performed according to the vehicle speed.
[0031]
Furthermore, in this embodiment, since the motor current control gain _Ki is reflected in the control of the additional voltage v of the motor 2, the dynamic characteristics of the control can be improved, and the steering assist control with good responsiveness can be realized. . In addition, since the motor angular velocity control gain Kω is reflected in the control of the additional voltage v of the motor 2, it is possible to suppress the occurrence of excessive angular velocity of the motor 2 and to protect the motor.
[0032]
Incidentally, unless otherwise challenges dynamics control, it is not necessary to reflect the motor current control gain K _i to the control of the additional voltage v of the motor 2, if there is a risk of excessive angular velocity of generation of the motor 2, It is not necessary to reflect the motor angular velocity control gain Kω in the control of the additional voltage v of the motor 2.
FIG. 4 is a time when a comparison is made between the true value and the estimated value when the input voltage (motor additional voltage) v and the disturbance torque w are added to the motor control system. In the figure, the thin line indicates the true value. A thick line (shaded part) shows an estimated value. It can be seen that the estimated value estimated by the observer 31 substantially matches the true value, and the effectiveness of the apparatus can be read from this data.
[0033]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of an electric power steering apparatus as a second embodiment of the present invention.
In the present embodiment, a torque sensor failure detection device is added to the conventional electric power steering device with a torque sensor, and appropriate software and hardware are added to the electric power steering control device to detect the torque sensor failure. When the occurrence of a torque sensor failure is detected by the apparatus, the driver is informed of the occurrence of the failure through the display device, while the steering assist is continued by applying the above-described method not using the torque sensor.
[0034]
That is, as shown in FIG. 5, a steering torque sensor (steering torque detection means) 51 that detects steering torque is provided, and the ECU 30 is based on the actual steering torque detection signal from the steering torque sensor 51. Is provided with a first control amount setting section (setting means) 52 for setting the additional voltage v of the DC motor 2. When the steering torque sensor 51 is operating normally, the first control amount setting section 52 An additional voltage v set based on the actual steering torque is applied to the DC motor 2 to perform steering assist in accordance with the actual steering torque.
[0035]
Further, the control amount setting unit 32 of the above-described embodiment, that is, the control amount setting unit 32 that sets the additional voltage v of the DC motor 2 based on the estimation of the observer 31 is replaced with the second control amount setting unit for backup (setting means). ) 32 '. Then, a steering torque sensor failure detection means 53 for detecting a failure of the steering torque sensor 51 is provided. When a failure of the steering torque sensor 51 is detected by the failure detection means 53, a second control amount setting unit 52 is used instead of the second control amount setting unit 52. A control amount setting switching unit 54 for switching so that the additional voltage v of the DC motor 2 is set by the control amount setting unit 32 is provided.
[0036]
Since the electric power steering apparatus as the second embodiment of the present invention is configured as described above, even if the steering torque sensor 51 fails, the additional voltage of the DC motor 2 is controlled by the second control amount setting unit 32. It becomes possible to set v.
That is, even when the torque sensor fails, it is possible to avoid a situation where steering assist becomes impossible, and to always improve the steering feeling.
[0037]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the speed-basis gain K _i, K?, The K _w showed the example configuration in FIG. 3, the speed setting properties of the corresponding gain K _i, K?, K _w is not limited to this, stability of the system It is important to appropriately set the speed corresponding gains K _i , Kω, and K _w according to the vehicle speed so that the performance and the steering feeling can be improved.
[0038]
Further, a phase advance compensator or a phase lag compensator is added to the control amount setting unit 32 in addition to the speed corresponding

gain processing units

32a, 32b, and 32c, and the phase is adjusted to more appropriately assist steering. It is also possible to perform control.
[0039]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the electric power steering apparatus of the present invention (Claim 1), in the control means, the estimation means uses the motor additional voltage value to the DC motor and the motor current detected by the current detection means. And a disturbance torque applied to at least the DC motor control system based on the model of the DC motor control system, and a setting means according to the disturbance torque estimated by the estimation means, A target motor additional voltage value to be applied to the DC motor is set, and the target motor additional voltage value set by the setting means is applied to the DC motor. Therefore, it is possible to improve the steering feeling at low cost simply by adding calculation software without requiring a torque sensor.
[0040]
Further, the estimation means estimates the angular velocity of the DC motor in addition to the disturbance torque, and the setting means adds a target motor additional voltage to be applied to the DC motor according to the current value and the estimated angular velocity and the disturbance torque. If the value is set and control is performed so that the target motor additional voltage value set by the setting means is applied to the DC motor, the dynamic characteristics of the control can be improved and the steering assist control with good response can be realized. Further, it is possible to protect the motor by suppressing the generation of excessive angular velocity in the motor (claim 2).
[0041]
The setting means should be given to the DC motor according to the current value detected by the current detection means, the angular velocity and disturbance torque estimated by the estimation means, and the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means. By setting the target motor additional voltage value, the steering assist can be precisely controlled according to the vehicle speed (claims 4 and 5).
Further, according to the electric power steering apparatus of the present invention (Claim 6), it is possible to avoid the situation where the steering assist becomes impossible even when the torque sensor is broken, and to always improve the steering feeling.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of an electric power steering apparatus as a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of an observer for estimating a state quantity of the motor control system according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing characteristics of a speed-related control gain used for an observer in the electric power steering apparatus according to the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A shows a control gain related to a motor current, and FIG. The control gain related to the motor angular velocity is shown, and (c) shows the control gain related to the disturbance torque.
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing simulation results of control in the electric power steering apparatus as the first embodiment of the present invention, where FIG. 4A shows the input voltage to the motor, FIG. 4B shows the motor current, (C) shows the motor angular velocity, and (d) shows the disturbance torque.
FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of an electric power steering apparatus as a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering-vehicle system 11 DC motor 21 Current detection means 22 Vehicle speed detection means 30 Electronic control unit (ECU) as control means
31 Observer 32 as estimation means Control amount setting section 32 ′ as setting means Second control amount setting section 32a as setting means Motor current speed corresponding gain processing section 32b Motor angular speed speed corresponding gain processing section 32c Disturbance torque speed Corresponding gain processor 32d Adder 41 Motor torque calculator 51 Steering torque sensor (steering torque detector)
52 First Control Amount Setting Unit 53 as Setting Unit Steering Torque Sensor Failure Detection Unit 54 Control Amount Setting Switching Unit

Claims

車両に搭載されＤＣモータを用いて操舵をアシストする電動パワーステアリング装置であって、
該ＤＣモータを流れる電流を検出する電流検出手段と、
該ＤＣモータへの付加電圧を制御する制御手段とをそなえ、
該制御手段は、
該ＤＣモータへのモータ付加電圧値と、該電流検出手段により検出されたモータ電流値とを用いて、該ＤＣモータの制御系のモデルに基づいて、少なくとも該ＤＣモータの制御系に加わる外乱トルクを推定する推定手段と、
該推定手段により推定された該外乱トルクに応じて、該ＤＣモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定する設定手段とを備え、
該設定手段により設定された該目標モータ付加電圧値を該ＤＣモータへ与えることを特徴とする、電動パワーステアリング装置。An electric power steering device mounted on a vehicle and assisting steering using a DC motor,
Current detection means for detecting a current flowing through the DC motor;
Control means for controlling the additional voltage to the DC motor;
The control means includes
A disturbance torque applied to at least the control system of the DC motor based on a model of the control system of the DC motor using the motor additional voltage value to the DC motor and the motor current value detected by the current detection means Estimating means for estimating
Setting means for setting a target motor additional voltage value to be applied to the DC motor according to the disturbance torque estimated by the estimating means;
An electric power steering apparatus, wherein the target motor additional voltage value set by the setting means is supplied to the DC motor.

該推定手段は、該ＤＣモータへのモータ付加電圧値と、該電流検出手段により検出されたモータ電流値とを用いて、該ＤＣモータの制御系のモデルに基づいて、該ＤＣモータの角速度及び該ＤＣモータの制御系に加わる外乱トルクを推定するとともに、
該設定手段は、該電流検出手段により検出された該電流値と該推定手段により推定された該角速度及び該外乱トルクとに応じて、該ＤＣモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定する
ことを特徴とする、請求項１記載の電動パワーステアリング装置。The estimation means uses the motor additional voltage value to the DC motor and the motor current value detected by the current detection means, based on the model of the control system of the DC motor, While estimating the disturbance torque applied to the control system of the DC motor,
The setting means sets a target motor additional voltage value to be applied to the DC motor in accordance with the current value detected by the current detection means, the angular velocity and the disturbance torque estimated by the estimation means. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein:

該推定手段は、状態量としての該モータ付加電圧値及び該モータ電流値から、状態量としての該角速度及び該外乱トルクを推定するオブザーバにより構成されている
ことを特徴とする、請求項２記載の電動パワーステアリング装置。The said estimation means is comprised by the observer which estimates the said angular velocity and this disturbance torque as a state quantity from the said motor additional voltage value and this motor current value as a state quantity, The characterized by the above-mentioned. Electric power steering device.

該車両の車速を検出する車速検出手段をそなえ、
該設定手段は、該電流検出手段により検出された該電流値と該推定手段により推定された該角速度及び該外乱トルクと、該車速検出手段により検出された車速とに応じて、該ＤＣモータへ与えるべき該目標モータ付加電圧値を設定する
ことを特徴とする、請求項２又は３記載の電動パワーステアリング装置。Vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed of the vehicle is provided;
The setting means applies the current to the DC motor according to the current value detected by the current detection means, the angular velocity and disturbance torque estimated by the estimation means, and the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means. 4. The electric power steering apparatus according to claim 2, wherein the target motor additional voltage value to be given is set.

該設定手段は、該電流値を該車速に応じて設定される第１制御ゲインで乗算処理した値と、該角速度を該車速に応じて設定される第２制御ゲインで乗算処理した値と、該外乱トルクを該車速に応じて設定される第３制御ゲインで乗算処理した値と、の和を該目標モータ付加電圧値に設定する
ことを特徴とする、請求項４記載の電動パワーステアリング装置。The setting means includes a value obtained by multiplying the current value by a first control gain set in accordance with the vehicle speed, a value obtained by multiplying the angular speed by a second control gain set in accordance with the vehicle speed, 5. The electric power steering apparatus according to claim 4, wherein a sum of a value obtained by multiplying the disturbance torque by a third control gain set according to the vehicle speed is set as the target motor additional voltage value. .

車両に搭載され操舵系に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルクセンサを備え、該操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクに基づいてＤＣモータを用いて操舵をアシストする電動パワーステアリング装置であって、
該操舵トルクセンサの故障を検出する操舵トルクセンサ故障検出手段と、
該ＤＣモータを流れる電流を検出する電流検出手段と、
該ＤＣモータへの付加電圧を制御する制御手段とをそなえ、
該制御手段は、
操舵トルクセンサ故障検出手段が該操舵トルクセンサの故障を検出したときに、該ＤＣモータへのモータ付加電圧値と、該電流検出手段により検出されたモータ電流値とを用いて、該ＤＣモータの制御系のモデルに基づいて、少なくとも該ＤＣモータの制御系に加わる外乱トルクを推定する推定手段と、
該推定手段により推定された該外乱トルクに応じて、該ＤＣモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定する設定手段とを備え、
該設定手段により設定された該目標モータ付加電圧値を該ＤＣモータへ与えることを特徴とする、電動パワーステアリング装置。An electric power steering device that includes a steering torque sensor that detects a steering torque that is mounted on a vehicle and that is applied to a steering system, and that assists steering using a DC motor based on the steering torque detected by the steering torque sensor,
Steering torque sensor failure detection means for detecting failure of the steering torque sensor;
Current detection means for detecting a current flowing through the DC motor;
Control means for controlling the additional voltage to the DC motor;
The control means includes
When the steering torque sensor failure detection means detects a failure of the steering torque sensor, the motor additional voltage value to the DC motor and the motor current value detected by the current detection means are used to Estimating means for estimating a disturbance torque applied to at least the control system of the DC motor based on a model of the control system;
Setting means for setting a target motor additional voltage value to be applied to the DC motor according to the disturbance torque estimated by the estimating means;
An electric power steering apparatus, wherein the target motor additional voltage value set by the setting means is supplied to the DC motor.