JP4415304B2 - Electric power steering control device for vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、操舵ハンドルの操作を電動モータによりアシストする車両の電動パワーステアリング制御装置に関するものである。 The present invention relates to an electric power steering control device for a vehicle that assists an operation of a steering wheel with an electric motor.
従来から、例えば特許文献1に示されるように、操舵トルクを検出して、同検出した操舵トルクに応じて電動モータの回転を制御することにより、操舵ハンドルの回動操作に対してアシスト力を付与するようにした車両の電動パワーステアリング制御装置はよく知られている。また、この装置においては、操舵トルクを微分した微分値に応じた制御量を前記操舵トルクに応じた制御量に加味することにより、操舵ハンドルの回動操作開始時における電動モータの慣性力や、フリクションに起因した操舵トルクによるアシスト力の不足分を補償するようにしている。 Conventionally, as shown in Patent Document 1, for example, steering torque is detected, and by controlling the rotation of the electric motor in accordance with the detected steering torque, an assist force is applied to the turning operation of the steering wheel. An electric power steering control device for a vehicle that is provided is well known. Further, in this device, by adding a control amount corresponding to the differential value obtained by differentiating the steering torque to the control amount corresponding to the steering torque, the inertial force of the electric motor at the start of the turning operation of the steering handle, Insufficient assist force due to steering torque due to friction is compensated.
しかし、上記従来の装置にあっては、操舵ハンドルを速く回動操作するほど操舵トルクの微分値が増加して、電動モータによる操舵アシスト力が増加するので、操舵ハンドルをゆっくり回動操作したときと、速く回動操作したときとで、運転者が受ける操舵反力に対する大きな差が生じ、良好な操舵フィーリングが得られないという問題がある。また、操舵ハンドルの回動操作の反転時には、操舵トルクに応じた制御量と、操舵トルクの微分値に応じた制御量の正負の符号が異なる状態が発生して、両制御量が互いに相反する方向に作用することがあるので、運転者が操舵ハンドルの操舵操作に対する抜け感を感じたり、操舵ハンドルの急な戻りにつながることがあり、この場合も、良好な操舵フィーリングが得られないという問題がある。 However, in the above-mentioned conventional device, the faster the steering wheel is turned, the more the steering torque differential value increases and the steering assist force by the electric motor increases. There is a problem that a great difference in steering reaction force experienced by the driver occurs between when the vehicle is quickly turned and a good steering feeling cannot be obtained. In addition, when the steering wheel turning operation is reversed, a state occurs in which the sign of the control amount according to the steering torque and the control amount according to the differential value of the steering torque are different, and the two control amounts are in conflict with each other. Because it may act in the direction, the driver may feel that the steering wheel has come out of the steering operation or may suddenly return the steering wheel. In this case as well, a good steering feeling cannot be obtained. There's a problem.
そこで、電動モータの慣性力を補償するために、操舵ハンドルの操舵速度に応じて電動モータに印加する電流量を補正する手段を設けた電動パワーステアリング制御装置が考案されている(特許文献2参照)。 Therefore, an electric power steering control device has been devised in which means for correcting the amount of current applied to the electric motor according to the steering speed of the steering wheel is provided in order to compensate for the inertial force of the electric motor (see Patent Document 2). ).
特許文献2の例は、車両の速度を制御条件に含んでいるため、路面状況(摩擦係数等)あるいは走行状況(天候等)の変化に対するロバスト安定性(制御対象の実際の特性が、制御系設計の際に想定したモデルと多少異なっても制御性を損なわないこと)を確保しながら電動モータの慣性力による操作フィーリングの劣化を防ぐことが困難であった。また、ロバスト安定性を確保しようとすると、車速の他にも路面状況あるいは走行状況の変化を検出するセンサおよび周辺回路が必要となり、これに伴い制御も複雑化してプログラム容量の増大,制御用データ容量の増大を招き、高性能なマイクロコンピュータおよび大容量メモリを使用しなければならなくなる。これは、装置のコストアップにつながる。 Since the example of Patent Document 2 includes the speed of the vehicle as a control condition, it is robust against changes in road surface conditions (friction coefficient, etc.) or driving conditions (weather conditions, etc.). It was difficult to prevent deterioration of the operation feeling due to the inertial force of the electric motor while ensuring that the controllability is not impaired even if it is slightly different from the model assumed in the design. In addition, in order to ensure robust stability, in addition to the vehicle speed, sensors and peripheral circuits that detect changes in road surface conditions or driving conditions are required, and this complicates the control, increasing program capacity, and controlling data. The capacity increases, and a high-performance microcomputer and a large-capacity memory must be used. This leads to an increase in the cost of the device.
上記問題を背景として、本発明の課題は、モータ慣性力による操舵フィーリングの違和感除去に加え、ロバスト安定性を図ることにより運転者の操舵フィーリングを最適にする電動パワーステアリング制御装置を提供することを目的とする。 Against the background of the above problems, an object of the present invention is to provide an electric power steering control device that optimizes the steering feeling of the driver by achieving robust stability in addition to removing the uncomfortable feeling of the steering feeling due to the motor inertia force. For the purpose.
本発明は、上記課題を解決するための電動パワーステアリング制御装置を提供するものである。即ち、請求項1によれば、
操舵ハンドルの回転操作に対してアシスト力を付与する電動モータと、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
操舵角から操舵ハンドルに発生させる操舵トルクを演算するためのフィードフォワード補償手段と、
フィードフォワード補償手段の演算結果に基づいて基準操舵トルクを演算する基準操舵トルク演算手段と、
基準操舵トルクと操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクとの偏差を演算する偏差演算手段と、
偏差を基にフィードバック補償を行うのためのフィードバック補償手段と、
フィードフォワード補償手段により演算された操舵トルクに基づいて、目標トルクを演算するフィードフォワード制御のための調節器と、
フィードバック補償手段からの出力と目標トルクとを加算して要求トルクを演算する要求トルク演算手段と、
要求トルクを、電動モータに流す電流量を指令するための指令電流値に変換する変換手段と、
を備えたことを特徴とする。
The present invention provides an electric power steering control device for solving the above problems. That is, according to claim 1,
An electric motor for applying an assisting force to the rotation operation of the steering wheel;
Steering torque detection means for detecting steering torque;
Steering angle detection means for detecting the steering angle of the steering wheel;
Feedforward compensation means for calculating a steering torque generated from the steering angle to the steering wheel;
Reference steering torque calculation means for calculating reference steering torque based on the calculation result of the feedforward compensation means;
Deviation calculating means for calculating a deviation between the reference steering torque and the steering torque detected by the steering torque detecting means;
Feedback compensation means for performing feedback compensation based on the deviation;
An adjuster for feedforward control for calculating a target torque based on the steering torque calculated by the feedforward compensation means ;
Requested torque calculation means for calculating the required torque by adding the output from the feedback compensation means and the target torque; and
Conversion means for converting the required torque into a command current value for commanding the amount of current flowing through the electric motor;
It is provided with.
上記構成によれば、まず、操舵ハンドルを回してハンドル操舵角情報が入力されるとフィードフォワード制御により基準操舵トルクを得て電動モータの制御を行なうことができる。一方、モデル誤差や外乱が存在することにより、実際に発生するハンドル操舵トルクと基準操舵トルクとに偏差が生じた場合にはフィードバック制御によって必要な操舵トルクを得て電動モータの制御を行なうことができ、ロバスト安定性を図ることが可能となる。 According to the above configuration, first, when steering wheel angle information is input by turning the steering wheel, the reference steering torque can be obtained by feedforward control to control the electric motor. On the other hand, if there is a deviation between the steering wheel torque actually generated and the reference steering torque due to the presence of model errors and disturbances, the electric motor can be controlled by obtaining the necessary steering torque by feedback control. And robust stability can be achieved.
また、請求項2によれば、
操舵ハンドルの回転操作に対してアシスト力を付与する電動モータと、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
操舵トルクから操舵ハンドルに発生させる操舵角を演算するためのフィードフォワード補償手段と、
フィードフォワード補償手段の演算結果に基づいて基準操舵角を演算する基準操舵角演算手段と、
基準操舵角と操舵角検出手段が検出した操舵角との偏差を演算する偏差演算手段と、
偏差を基にフィードバック補償を行うのためのフィードバック補償手段と、
フィードフォワード補償手段により演算された操舵角に基づいて、目標操舵角を演算するフィードフォワード制御のための調節器と、
フィードバック補償手段からの出力と目標操舵角とを加算して要求操舵角を演算する要求操舵角演算手段と、
要求操舵角を、電動モータに流す電流量を指令するための指令電流値に変換する変換手段と、
を備えたことを特徴とする。
According to claim 2,
An electric motor for applying an assisting force to the rotation operation of the steering wheel;
Steering torque detection means for detecting steering torque;
Steering angle detection means for detecting the steering angle of the steering wheel;
Feedforward compensation means for calculating a steering angle generated from the steering torque to the steering wheel;
Reference steering angle calculation means for calculating a reference steering angle based on the calculation result of the feedforward compensation means;
Deviation calculating means for calculating a deviation between the reference steering angle and the steering angle detected by the steering angle detecting means;
Feedback compensation means for performing feedback compensation based on the deviation;
An adjuster for feedforward control that calculates a target steering angle based on the steering angle calculated by the feedforward compensation means ;
Requested steering angle calculating means for calculating the required steering angle by adding the output from the feedback compensation means and the target steering angle;
Conversion means for converting the required steering angle into a command current value for commanding the amount of current flowing through the electric motor;
It is provided with.
上記構成によれば、まず、操舵ハンドルを回してハンドル操舵トルク情報が入力されるとフィードフォワード制御により基準操舵角を得て電動モータの制御を行なうことができる。また、モデル誤差や外乱が存在することにより、実際に発生するハンドル操舵角と基準操舵角とに偏差が生じた場合にはフィードバック制御によって必要な操舵角を得て電動モータの制御を行なうことができ、ロバスト安定性を図ることが可能となる。 According to the above configuration, first, when steering wheel torque information is input by turning the steering wheel, the reference steering angle can be obtained by feedforward control to control the electric motor. In addition, when there is a deviation between the steering wheel angle that actually occurs and the reference steering angle due to the presence of model errors and disturbances, the electric motor can be controlled by obtaining the necessary steering angle by feedback control. And robust stability can be achieved.
また、本発明の電動パワーステアリング制御装置におけるフィードフォワード補償手段は車速を検出する車速検出手段を含み、検出された車速に応じて該フィードフォワード補償手段の出力を可変とする構成をとることもできる。本構成によって、該制御によって求められる目標操舵トルクあるいは目標操舵角を速度に従った特性によって指令電流値に変換することにより、電動モータの制御をさらにきめ細かく行なうことが可能となる。 Further, the feedforward compensation means in the electric power steering control device of the present invention can include a vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed, and the output of the feedforward compensation means can be made variable according to the detected vehicle speed. . According to this configuration, the electric motor can be controlled more finely by converting the target steering torque or the target steering angle obtained by the control into a command current value according to the characteristic according to the speed.
ところで、制御系に要求される特性は、大きく分けて、目標値応答(フィードフォワード)特性とフィードバック特性の2つがある。目標値応答特性とは、制御系の応答特性を希望とする応答特性に一致させたいという要求であり、フィードバック特性とは、制御対象の持つ不確かさに対する感度特性やロバスト安定性(制御対象の実際の特性が、制御系設計の際に想定したモデルと多少異なっても制御性を損なわないこと)を得ること、および外乱、観測雑音に対して、希望する除去特性を得ることにある。通常、制御系の設計は、目標値と制御量との偏差情報のみを用いて操作量を算出する1自由度制御系が多く採用されているが、1自由度制御系では、実現可能な目標値応答特性のクラスも限定され、また、目標値応答特性とフィードバック特性を独立に設定することもできない。 By the way, the characteristics required for the control system are roughly divided into a target value response (feed forward) characteristic and a feedback characteristic. The target value response characteristic is a request to match the response characteristic of the control system to the desired response characteristic, and the feedback characteristic is the sensitivity characteristic or the robust stability (the actual control target) of the control target. That the controllability is not impaired even if the characteristic of the control system is slightly different from the model assumed in the control system design), and that the desired removal characteristic against disturbance and observation noise is obtained. Usually, a control system design employs a one-degree-of-freedom control system that calculates an operation amount using only deviation information between a target value and a control amount. The class of the value response characteristic is also limited, and the target value response characteristic and the feedback characteristic cannot be set independently.
そこで、目標値と制御量の入手可能な2つの情報を用いた2つの制御器を持つ2自由度制御系が提案された。この制御系を構成することにより、2つの特性を独立に設定することが可能となった。しかし、提案当初は、制御性能に対する要求があまり厳しくなく2自由度制御系を用いるまでもなかったこと、あるいは、その当時のハードウェア技術では2自由度制御装置を実現することが困難であったため、注目度は低かった。近年、制御に対する要求が高度なものとなり、高性能マイクロプロセッサをはじめとするハードウェア技術の進歩と相まって、2自由度制御系の重要性が再発見され理論面・応用面の研究が急速に発展している。 Therefore, a two-degree-of-freedom control system having two controllers using two pieces of information on the target value and the control amount available has been proposed. By configuring this control system, the two characteristics can be set independently. However, at the beginning of the proposal, the demand for control performance was not so strict and it was not necessary to use a two-degree-of-freedom control system, or it was difficult to realize a two-degree-of-freedom control device with the hardware technology at that time. , Attention was low. In recent years, the demand for control has become high, coupled with the advancement of hardware technology including high-performance microprocessors, the importance of two-degree-of-freedom control systems has been rediscovered, and theoretical and applied research has rapidly developed. is doing.
この2自由度制御系を応用することにより、本発明の車両の電動パワーステアリング制御装置を簡単に実現することができる。例えば、ハンドル操舵角からハンドル操舵トルクを得る構成の場合は以下のようになる。まず、操舵ハンドルを回してハンドル操舵角情報が入力されるとフィードフォワード制御により理想のハンドル操舵トルク(本発明の基準操舵トルク)を得ることが可能となる。また、モデル誤差や外乱が存在することにより、実際に発生するハンドル操舵トルクと理想のハンドル操舵トルクとに偏差が生じた場合にはフィードバック制御により理想のハンドル操舵トルクを得ることができてロバスト安定性を図ることが可能となる。 By applying this two-degree-of-freedom control system, the electric power steering control device for a vehicle according to the present invention can be easily realized. For example, when the steering wheel steering torque is obtained from the steering wheel steering angle, the operation is as follows. First, when steering wheel turning angle information is input by turning the steering wheel, it is possible to obtain an ideal steering wheel steering torque ( reference steering torque of the present invention) by feedforward control. In addition, if there is a difference between the actual steering torque and the ideal steering torque due to the presence of model errors and disturbances, the ideal steering steering torque can be obtained by feedback control, which is robust and stable. It becomes possible to aim at sex.
この結果、入力情報としてはハンドル操舵角情報および操舵トルクのみあればよく、車速等の他の車両情報(つまり、センサおよび周辺回路)が制御の必須要件とはならず、高性能なマイクロコンピュータおよび大容量メモリも不要である。よって、本発明の車両の電動パワーステアリング制御装置を低コストで実現できる。 As a result, only the steering wheel steering angle information and the steering torque need be input as input information, and other vehicle information such as vehicle speed (that is, sensors and peripheral circuits) is not an essential requirement for control. Large capacity memory is also unnecessary. Therefore, the electric power steering control device for a vehicle according to the present invention can be realized at low cost.
本発明の車両の電動パワーステアリング制御装置によって、モータ慣性力による操舵フィーリングの違和感除去に加え、ロバスト安定性を図ることにより運転者の操舵フィーリングを最適にすることが可能となる。 With the electric power steering control device for a vehicle according to the present invention, it is possible to optimize the driver's steering feeling by achieving robust stability in addition to removing the uncomfortable feeling of the steering feeling due to the motor inertia force.
本発明は、運転者の操舵フィーリングを最適にするという目的を、2自由度制御系を応用した車両の電動パワーステアリング制御装置によって実現した。 The present invention achieves the object of optimizing the driver's steering feeling by an electric power steering control device for a vehicle to which a two-degree-of-freedom control system is applied.
以下、本発明における第1の実施の形態である車両の電動パワーステアリング制御装置(以下、単に電動パワーステアリング制御装置と称する)について、図面を用いて説明する。
図1は、電動パワーステアリング制御装置1の構成図である。操舵ハンドル10が操舵軸12aに接続されている。また、この操舵軸12aの下端はトルクセンサ11に接続されており、ピニオンシャフト12bの上端がトルクセンサ11に接続されている。また、ピニオンシャフト12bの下端には、ピニオン(図示せず)が設けられ、このピニオンがステアリングギヤボックス16内においてラックバー18に噛合されている。更に、ラックバー18の両端には、それぞれタイロッド20の一端が接続されると共に各タイロッド20の他端にはナックルアーム22を介して操舵輪24が接続されている。また、ピニオンシャフト12bには電動モータ15が歯車(図示せず)を介して取り付けられていて、いわゆる、コラムタイプの電動パワーステアリング制御装置を構成している。
Hereinafter, an electric power steering control device (hereinafter simply referred to as an electric power steering control device) for a vehicle according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an electric power steering control device 1. A steering handle 10 is connected to the
電動モータ15の取り付け位置は、図1の構成の他にラックバー18に同軸的に取り付けられるラックタイプ、あるいは電動モータ15がステアリングギヤボックス16に取り付けられ、操舵軸12aを回転させるピニオンタイプを用いてもよい。
The mounting position of the
トルクセンサ11は運転者の操舵ハンドル10の動きを検出するもので、本発明の操舵力検出手段に相当し、トーションバーおよびその軸線方向に離間して設置された一対のレゾルバ等の周知のトルク検出部から構成される。ハンドル軸12aが回転すると、その回転量に応じたトルクが検出され、検出された情報は操舵制御部30に送られる。
The
操舵軸12aには、操舵ハンドル10の操舵角度を検出する操舵角センサ13が取り付けられている。操舵角センサ13は本発明の操舵角検出手段に相当し、ロータリエンコーダあるいはレゾルバ等の周知の角度検出部から構成される。検出された情報は操舵制御部30に送られる。
A
操舵制御部30は周知のCPU31,RAM32,ROM33,入出力インターフェースであるI/O34およびこれらの構成を接続するバスライン35が備えられている。CPU31は、ROM33およびRAM32に記憶されたプログラムおよびデータにより制御を行なう。ROM33は、プログラム格納領域33aとデータ記憶領域33bとを有している。プログラム格納領域33aには操舵制御プログラム33pが格納される。データ記憶領域33bには操舵制御プログラム33pの動作に必要なデータが格納されている。
The
操舵制御部30においてCPU31がROM33に格納された操舵制御プログラムを実行することにより、トルクセンサ11で検出されたトルクおよび操舵角センサ13で検出された操舵角に対応した電動モータ15で発生させる駆動トルクを算出し、モータドライバ14を介して電動モータ15に、算出した駆動トルクを発生させるための電圧を印加する。なお、電動モータ15については、本発明の電動パワーステアリング制御装置1に使用可能であれば特に種類(DCモータ,ブラシレスモータ等)を問わない。
In the
図2は、2自由度制御系を電動パワーステアリング制御装置に適用したブロック線図である。41は、入力されたハンドル操舵角に対する操舵トルクを発生させるための演算を行なうフィードフォワード補償器で、伝達関数(入力と出力の比,以下同じ)はHで表される。本実施例では、入力であるハンドル操舵角Θに対してH×Θを出力している。
FIG. 2 is a block diagram in which a two-degree-of-freedom control system is applied to an electric power steering control device.
42は、フィードフォワード補償器41からの入力を基に基準操舵トルクT0を求める基準入力要素で、伝達関数はNで表される。本実施例では、フィードフォワード補償器41からの入力H×Θに対してN×H×Θを出力している。
44は、フィードフォワード補償器41からの入力をプラント47において使用可能な値とする調節器で、伝達関数はDで表される。本実施例では、フィードフォワード補償器41からの入力H×Θに対してD×H×Θを出力している。また、後述するように、伝達関数Dはプラント47の伝達関数Pの既約分解(伝達関数Pで割り切られる値、P=N/D)となるように定められる。
45はフィードバック制御のためのフィードバック補償器である(詳細については後述)。
47は、プラントといわれる出力側制御対象を示している。本実施例では、図1に示される操舵ハンドル10,操舵軸12a,ピニオンシャフト12b,ピニオン(図示せず),ステアリングギヤボックス16内,ラックバー18,タイロッド20,ナックルアーム22,電動モータ15などが含まれる。
ステアリング特性要素48は、フィードフォワード項の一つで、ステアリング特性によって決まるものであり、操舵ハンドルの回転方向とは逆向きに発生するハンドル慣性JSおよびハンドル粘性CSをパラメータとする二次の伝達関数で表される。なお、このステアリング特性要素48は、後述のフィードバック補償には関与していない。
The steering
図2の構成で、ハンドル操舵角Θが入力されると、フィードフォワード補償器41において伝達関数Hを乗じてH×Θが出力される。フィードフォワード補償器41からの出力は、調節器44および基準入力要素生成器42に入力され、調節器44では伝達関数Dを乗じD×H×Θを出力し、基準入力要素生成器42では伝達関数Nを乗じて基準操舵トルクT0=N×H×Θを出力している。
In the configuration of FIG. 2, when the steering wheel steering angle Θ is input, the feed forward compensator 41 multiplies the transfer function H and outputs H × Θ. The output from the
モデル誤差や道路状況の変化などの外乱が発生して、基準操舵トルクT0とトルクセンサ11から得られる実際の操舵トルクTSNとの間に偏差eが生じた場合、フィードバック補償器45において偏差eをゼロとするような値TKを生成し出力する。このTKと調節器44からの出力(D×N×H×Θ)を加算して、この結果を要求トルク(=(D×N×H×Θ)+TK)とする。プラント47には、この要求トルクを発生するようなモータ印加電流iaとして入力される。
When a disturbance such as a model error or a change in road condition occurs and a deviation e occurs between the reference steering torque T 0 and the actual steering torque T SN obtained from the
そして、プラント47ではモータ印加電流iaを発生させるための電圧を求め、プラント47に含まれる電動モータ15に印加する。プラント47で実際に発生する操舵トルクは、(N×H×Θ)+P×TK
となり、この場合、TSN=N×H×Θである。この値にステアリング特性要素48を加えたものが運転者の感じる操舵トルクTSとなる。つまり、
TS=(N×H×Θ)+P×TK+(JSs2+CSs) ・・・・・(1)
となる。
Then, the
In this case, T SN = N × H × Θ. Plus steering
T S = (N × H × Θ) + P × T K + (J S s 2 + C S s) (1)
It becomes.
一方、基準操舵トルクT0とトルクセンサ11から得られる実際の操舵トルクTSNとの間に偏差eが生じない場合(e=0)、フィードバック補償器45での演算は行なわれず、フィードバック補償分TKはゼロとなる。よって、この場合の要求トルクは、調節器44からの出力値のD×N×H×Θとなる。プラント47には、この要求トルクを発生するようなモータ印加電流iaとして入力される。プラント47ではモータ印加電流iaを発生させるためのモータ印加電圧を求め、プラント47に含まれる電動モータ15に印加する。
On the other hand, when there is no deviation e between the reference steering torque T 0 and the actual steering torque T SN obtained from the torque sensor 11 (e = 0), the calculation by the
プラント47で実際に発生する操舵トルクは、N×H×Θとなり、この場合、TSN=N×H×Θである。この値にステアリング特性要素48を加えたものが運転者の感じる操舵トルクTSとなる。つまり、
TS=(N×H×Θ)+(JSs2+CSs)
となる。これは、式(2)においてTK=0としたものと同等である。
The steering torque actually generated in the
T S = (N × H × Θ) + (J S s 2 + C S s)
It becomes. This is equivalent to the equation (2) with T K = 0.
よって、モデル誤差や道路状況の変化などの外乱の発生の有無によらず、操舵トルクTSは式(1)によって表すことができる。本ブロック線図(図2)の通り、フィードフォワード補償およびフィードバック補償の組み合わせによる2自由度制御系によって電動パワーステアリング制御装置の操舵トルク演算制御を行なうことが可能であることが分かる。 Therefore, regardless of the occurrence of disturbances such as changes in the model error and road conditions, the steering torque T S can be expressed by equation (1). As shown in this block diagram (FIG. 2), it is understood that the steering torque calculation control of the electric power steering control device can be performed by the two-degree-of-freedom control system based on the combination of feedforward compensation and feedback compensation.
図3は操舵制御部30で行なわれるモータ制御処理の概要を表したブロック図である。これは、図2のブロック線図で表される制御構造を、実際に制御処理が可能な形態に表したものである。なお、この処理は電動パワーステアリング制御装置1が動作中に操舵制御プログラム33pの他の処理とともに繰り返し行われる。まず、トルクセンサ11により検出された実際の操舵トルクTSNが比較部53に入力され、操舵角センサ13により検出された操舵角Θがフィードフォワード要素演算部51に入力される。
FIG. 3 is a block diagram showing an outline of the motor control process performed by the
フィードフォワード要素演算部51では、図2で述べたようにH×θを求め、その結果を基準入力要素演算部52および調節要素演算部54に出力している。基準入力要素演算部52(本発明の基準操舵トルク演算手段)では基準操舵トルクT0(=N×H×θ)を求めて比較部53に出力し、調節要素演算部54では伝達関数Dを乗じてD×H×θをモータ指令電流演算部56に出力している。
The feedforward
比較部53(本発明の偏差演算手段)では、トルクセンサ11から得られる実際の操舵トルクTSNと入力要素演算部52からの基準操舵トルクT0を比較して、比較結果を偏差eとして安定化補償演算部55に出力している。
The comparison unit 53 (deviation calculation means of the present invention) compares the actual steering torque T SN obtained from the
安定化補償演算部55(本発明の慣性補償制御量演算手段)では、入力された偏差eをゼロにするような補正トルクTKを算出しモータ指令電流演算部56に出力する。なお、偏差eがゼロの場合は補正トルクTKもゼロとなる。
In stability compensation calculation unit 55 (the inertia compensation control amount calculation means of the present invention), calculates a correction torque T K such that the input deviation e to zero and outputs a motor command
モータ指令電流演算部56(本発明の変換手段)は、調節要素演算部54からの入力D×H×Θに応じた値を出力し、得られた操舵トルクTSNに、安定化補償演算部55からの補正トルクTKを加えてこれを新たな操舵トルクTSNとし、ROM33に記憶されている操舵トルクTSNとモータ印加電流iaの関係を定義するマップデータによりモータ印加電流iaを算出して電流制御演算部57に出力する。
The motor command current calculation unit 56 (conversion means of the present invention) outputs a value corresponding to the input D × H × Θ from the adjustment
電流制御演算部57はプラント47に含まれ、モータドライバ14を介して電動モータ15に、算出したモータ印加電流iaを発生させるための電圧を印加し、電流センサ8から得られるモータ実電流値とモータ印加電流iaとを比較し、両者が一致するようにプラント47に含まれる電動モータ15の駆動制御を行なう。
Current
以下、本発明における第2の実施の形態である電動パワーステアリング制御装置について、図面を用いて説明する。なお、この第2の実施の形態にかかる電動パワーステアリング装置は、図1に示すように本発明における第1の実施の形態における電動パワーステアリング装置の構成と同一であるため、本発明における第1の実施の形態の説明で用いた図1において各構成に付した符号を用いて説明を行なう。また、図4および図5においても、本発明における第1の実施の形態との差異は入力あるいは出力されるパラメータと、ステアリング特性部分が異なるのみで制御構造は変わらないため、図2および図3において各構成に付した符号を用いて説明を行なう。 Hereinafter, an electric power steering control apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The electric power steering apparatus according to the second embodiment is the same as the electric power steering apparatus according to the first embodiment of the present invention as shown in FIG. The description will be made using the reference numerals given to the respective components in FIG. 1 used in the description of the embodiment. 4 and 5, the difference from the first embodiment in the present invention is that the input or output parameter and the steering characteristic part are different, and the control structure does not change. Therefore, FIG. 2 and FIG. The description will be made using the reference numerals assigned to the respective components.
41は、入力されたハンドル操舵トルクTに対する理想の操舵角を発生させるための演算を行なうフィードフォワード補償器で、伝達関数(入力と出力の比,以下同じ)はHで表される。本実施例では、入力であるハンドル操舵トルクTに対して伝達関数Hを乗じH×Tを出力している。
42は、フィードフォワード補償器41からの入力を基に基準操舵角Θ0を求める基準入力要素で、伝達関数はNで表される。本実施例では、フィードフォワード補償器41からの入力H×Tに対してN×H×Tを出力している。
44は、フィードフォワード補償器41からの入力をプラント47において使用可能な値として出力する調節器で、伝達関数はDで表される。本実施例では、フィードフォワード補償器41からの入力H×Tに対してD×H×Tを出力している。また、後述するように、伝達関数Dはプラント47の伝達関数Pの既約分解(伝達関数Pで割り切られる値、P=N/D)となるように定められる。
An
45はフィードバック制御のためのフィードバック補償器である(詳細については後述)。
47は、プラントといわれる出力側制御対象を示している。本実施例では、操舵ハンドル10,操舵軸12a,ピニオンシャフト12b,ピニオン(図示せず),ステアリングギヤボックス16内,ラックバー18,タイロッド20,ナックルアーム22,電動モータ15などが含まれる。
図4の構成で、操舵トルクTが入力されると、フィードフォワード補償器41において伝達関数Hを乗じてH×Tが出力される。フィードフォワード補償器41からの出力は、調節器44および基準入力要素生成器42に入力され、調節器44では伝達関数Dを乗じD×H×Tを出力し、基準入力要素生成器42では伝達関数Nを乗じて基準操舵角Θ0(=N×H×T)を出力している。
In the configuration of FIG. 4, when the steering torque T is input, the
モデル誤差や道路状況の変化などの外乱が発生して、基準操舵角Θ0と操舵角センサ13から得られる実際の操舵角ΘSNとの間に偏差eが生じた場合、フィードバック補償器45において偏差eをゼロとするような値ΘKを生成する。このΘKと調節器44からの出力(D×N×H×T)を加算して、その結果を要求操舵角(=(D×N×H×T)+ΘK)とする。プラント47には、この要求操舵角を発生するようなモータ印加電流iaとして入力される。
When a disturbance such as a model error or a change in road condition occurs and a deviation e occurs between the reference steering angle Θ 0 and the actual steering angle Θ SN obtained from the
そして、プラント47ではモータ印加電流iaを発生させるための電圧を求め、プラント47に含まれる電動モータ15に印加する。プラント47で実際に発生する操舵角ΘSNは、
ΘSN=(N×H×T)+P×ΘK ・・・・・(2)
となる。
Then, the
Θ SN = (N × H × T) + P × Θ K (2)
It becomes.
一方、基準操舵角Θ0と操舵角センサから得られる実際の操舵角ΘSNとの間に偏差eが生じない場合(e=0)、フィードバック補償器45での演算は行なわれず、フィードバック補償分ΘKはゼロとなる。よって、この場合の要求操舵角は、調節器44からの出力値のD×N×H×Tとなる。プラント47には、この要求操舵角を発生するようなモータ印加電流iaとして入力される。プラント47ではモータ印加電流iaを発生させるためのモータ印加電圧を求め、プラント47に含まれる電動モータ15に印加する。
On the other hand, when there is no deviation e between the reference steering angle Θ 0 and the actual steering angle Θ SN obtained from the steering angle sensor (e = 0), the calculation by the
プラント47で実際に発生する操舵角ΘSNは、
ΘSN=(N×H×T)
となる。これは、式(2)においてΘK=0としたものと同等である。
The steering angle Θ SN actually generated in the
Θ SN = (N × H × T)
It becomes. This is equivalent to the equation (2) in which Θ K = 0.
よって、モデル誤差や道路状況の変化などの外乱の発生の有無によらず、操舵角ΘSNは式(2)によって表すことができる。本ブロック線図(図4)の通り、フィードフォワード補償およびフィードバック補償の組み合わせによる2自由度制御系によって電動パワーステアリング制御装置の操舵角演算制御を行なうことが可能であることが分かる。 Therefore, regardless of the occurrence of disturbances such as changes in the model error and road conditions, the steering angle theta SN can be represented by the formula (2). As shown in this block diagram (FIG. 4), it is understood that the steering angle calculation control of the electric power steering control device can be performed by the two-degree-of-freedom control system based on the combination of feedforward compensation and feedback compensation.
図5は操舵制御部30で行なわれるモータ制御処理の概要を表したブロック図である。これは、図4のブロック線図で表される制御構造を、実際に制御処理が可能な形態に表したものである。なお、この処理は電動パワーステアリング制御装置1が動作中に操舵制御プログラム33pの他の処理とともに繰り返し行われる。まず、操舵角センサ13により検出された実際の操舵角ΘSが比較部53に入力され、トルクセンサ11により検出されたハンドル操舵トルクTがフィードフォワード要素演算部51に入力される。
FIG. 5 is a block diagram showing an outline of the motor control process performed by the
フィードフォワード要素演算部51では、図4で述べたようにH×Tを求め、その結果を基準入力要素演算部52(本発明の基準操舵角演算手段)および調節要素演算部54に出力している。基準入力要素演算部52では基準操舵角θ0(=N×H×T)を求めて比較部53に出力し、調節要素演算部54では伝達関数Dを乗じてD×H×Tをモータ指令電流演算部56に出力している。
The feedforward
比較部53(本発明の偏差演算手段)では、ハンドル操舵角ΘSNと入力要素演算部52からの基準操舵角Θ0を比較して、比較結果を偏差eとして安定化補償演算部55に出力している。
The comparison unit 53 (deviation calculation means of the present invention) compares the steering wheel steering angle Θ SN with the reference steering angle Θ 0 from the input
安定化補償演算部55(本発明の慣性補償制御量演算手段)では、入力された偏差eをゼロにするような補正操舵角ΘKを算出しモータ指令電流演算部56に出力する。
In stability compensation calculation unit 55 (the inertia compensation control amount calculation means of the present invention), calculates a correction steering angle theta K such that the input deviation e to zero and outputs a motor command
モータ指令電流演算部56(本発明の変換手段)は、調節要素演算部54からの入力D×H×Tに応じた値を出力し、得られた操舵角ΘSNに、安定化補償演算部55からの補正操舵角ΘKを加えたものを新たな操舵角ΘSNとし、ROM33に記憶されている操舵角ΘSNとモータ印加電流iaの関係を定義するマップデータによりモータ印加電流iaを算出して電流制御演算部57に出力する。
The motor command current calculation unit 56 (conversion unit of the present invention) outputs a value corresponding to the input D × H × T from the adjustment
電流制御演算部57はプラント47に含まれ、モータドライバ14を介して電動モータ15に、算出したモータ印加電流iaを発生させるための電圧を印加し、電流センサ8から得られるモータ実電流値とモータ印加電流iaとを比較し、両者が一致するようにプラント47に含まれる電動モータ15の駆動制御を行なう。
Current
(実施例2の変形例)
図7および8を用いて、本発明の第2の実施の形態の変形例について説明する。これは、本発明の第1の実施の形態のように、ステアリング特性要素を加えたものにおいても等価な機能を得ることが可能なことを示したものである。図7のブロック線図において本発明の第2の実施の形態である図4のブロック線図と異なる点は、ハンドル操舵角ΘSNを基にステアリング特性要素48を求め、これを操舵トルクTに加えてフィードフォワード補償器41に入力していることである。また、図8の制御ブロック図においても、本発明の第2の実施の形態である図5の制御ブロック図に対して、ステアリング特性要素演算部58および加算演算部59が追加されている。
(Modification of Example 2)
A modification of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This shows that an equivalent function can be obtained even when a steering characteristic element is added as in the first embodiment of the present invention. In the block diagram of FIG. 7 second embodiment of the block diagram of FIG. 4 differs from the form of the present invention obtains a steering
ステアリング特性要素48は、前述の通り、ステアリング特性によって決まるもので、操舵ハンドルの回転方向とは逆向きに発生するハンドル慣性JSおよびハンドル粘性CSをパラメータとする二次の伝達関数(JSs2+CSs)で表される。ステアリング特性要素を考慮することで、ステアリングの種類に応じてきめの細かい制御を行なうことができる。
As described above, the steering
図7および8において、ステアリング特性要素48を求めて操舵トルクTに加える以外の制御については本発明の第2の実施の形態と同様のため説明を省略する。
7 and 8, since the control other than obtaining the steering
次に、本発明を適用した電動パワーステアリング制御装置におけるハンドル操舵角と操舵トルクの関係について図6を用いて説明する。これは、操舵ハンドル10を約2Hzの周期で連続して左右に回した状態(つまり、1秒間右回転,1秒間左回転の繰り返し)におけるハンドル角と操舵トルクの関係である。グラフの横軸(ハンドル操舵角)の0のときに操舵ハンドル10が中央(中立位置)にあり、操舵ハンドル10を右に回すと正の操舵角、左に回すと負の操舵角を得る。また、操舵トルクは、操舵ハンドル10を右に回すと正の操舵トルク、左に回すと負の操舵トルクを得る。
Next, the relationship between the steering angle and the steering torque in the electric power steering control device to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. This is a relationship between the steering wheel angle and the steering torque when the
図6(a)は従来技術による電動パワーステアリング制御装置におけるハンドル角と操舵トルクの関係を表したものである。この図の61で示される範囲およびその付近においては、操舵ハンドル10を右に回しているにもかかわらず、操舵角が正(右回転)方向へ増加しても操舵トルクは負(左回転)方向に増加している。これは、電動モータ15の左回転方向の慣性力が残存しているために、電動モータ15が操舵ハンドル10の回転方向である右回転を行なっていないために発生する。このときに、運転者は操舵ハンドルの操舵操作に対する抜け感を感じる。また、62で示される範囲およびその付近においては、操舵ハンドルを右回転から左回転に転じているにもかかわらず、電動モータ15の右回転方向の慣性力が残存しているために、操舵ハンドルの回転方向とは逆の右回転方向の操舵トルクが発生し、運転者は操舵ハンドルの急な戻りを感じる。
FIG. 6A shows the relationship between the steering wheel angle and the steering torque in the electric power steering control device according to the prior art. In the range indicated by 61 in this figure and in the vicinity thereof, the steering torque is negative (left rotation) even if the steering angle increases in the positive (right rotation) direction even though the
図6(b)は本発明を適用した電動パワーステアリング制御装置におけるハンドル角と操舵トルクの関係を表したものである。この図によれば、操舵トルクの発生方向は操舵ハンドル10の回転方向とよく一致していることが分かる。
FIG. 6B shows the relationship between the steering wheel angle and the steering torque in the electric power steering control apparatus to which the present invention is applied. According to this figure, it can be seen that the direction in which the steering torque is generated is in good agreement with the direction of rotation of the
さらに、本発明は、電動パワーステアリング制御装置以外にも、ハンドル操舵角にからハンドル操舵トルクを得る、あるいはハンドル操舵トルクからハンドル操舵角を得るシステムであれば適用可能である。該システムには、操舵ハンドルとタイヤが機械的には接続されておらず、操舵ハンドルからの指示を電気信号でタイヤに伝えるステアバイワイヤ装置、操舵ハンドルの操舵角と転舵輪の転舵角との間の伝達比を変化させる伝達比可変機構(Variable Gear Ratio Steering=VGRS)などがある。 Furthermore, the present invention can be applied to any system other than the electric power steering control device as long as the system obtains the steering wheel torque from the steering wheel steering angle or obtains the steering wheel steering angle from the steering wheel steering torque. In this system, the steering wheel and the tire are not mechanically connected, and a steer-by-wire device that transmits an instruction from the steering wheel to the tire by an electric signal, the steering angle of the steering wheel and the turning angle of the steered wheel There is a variable transmission ratio variable mechanism (Variable Gear Ratio Steering = VGRS).
以上述べた本発明の実施の形態においては、フィードフォワード補償器41の伝達関数Hのパラメータには車速は含まれていないが、伝達関数Hのパラメータに車速を含む方法を採っても人間の操作感覚を向上させることが可能になる。例えば、フィードフォワード補償器41に操舵角Θあるいは操舵トルクTが入力された場合、車速が小さいときは伝達関数Hを大きくし、車速が大きいときは伝達関数Hを小さくするというように、車速に応じて伝達関数Hを変化させるというものである。このようにすることでロバスト安定性が確保され、運転者の操舵に対する感覚の違和感は解消される。なお、車速を検出する車速センサ17(本発明の車速検出手段)は、例えばロータリエンコーダやタコジェネレータのような車輪24の回転を検出する周知の回転検出部で構成される。
In the embodiment of the present invention described above, the parameter of the transfer function H of the
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, these are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments, and the knowledge of those skilled in the art can be used without departing from the spirit of the claims. Various modifications based on this are possible.
1 電動パワーステアリング制御装置
8 電流センサ
10 操舵ハンドル
11 トルクセンサ(操舵トルク検出手段)
12a 操舵軸
13 操舵角センサ(操舵角検出手段)
15 電動モータ
17 車速センサ(車速検出手段)
30 操舵制御部(慣性補償制御量演算手段,指令トルク演算手段,変換手段,目標トルク演算手段,目標操舵角演算手段)
41 フィードフォワード補償器
42 基準入力要素生成器
44 調節器
45 フィードバック補償器
47 プラント
48 ステアリング特性要素
51 フィードフォワード要素演算部
52 入力要素演算部
53 比較部
54 調節要素演算部
55 安定化補償演算部
56 モータ指令電流演算部
57 電流制御演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric power
15
30 Steering control unit (inertia compensation control amount calculation means, command torque calculation means, conversion means, target torque calculation means, target steering angle calculation means)
41
Claims (4)
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記操舵角から前記操舵ハンドルに発生させる操舵トルクを演算するためのフィードフォワード補償手段と、
前記フィードフォワード補償手段の演算結果に基づいて基準操舵トルクを演算する基準操舵トルク演算手段と、
前記基準操舵トルクと前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクとの偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差を基にフィードバック補償を行うのためのフィードバック補償手段と、
前記フィードフォワード補償手段により演算された操舵トルクに基づいて、目標トルクを演算するフィードフォワード制御のための調節器と、
前記フィードバック補償手段からの出力と前記目標トルクとを加算して要求トルクを演算する要求トルク演算手段と、
前記要求トルクを、前記電動モータに流す電流量を指令するための指令電流値に変換する変換手段と、
を備えたことを特徴とする車両の電動パワーステアリング制御装置。 An electric motor for applying an assisting force to the rotation operation of the steering wheel;
Steering torque detection means for detecting steering torque;
Steering angle detection means for detecting a steering angle of the steering wheel;
Feedforward compensation means for calculating a steering torque to be generated in the steering wheel from the steering angle;
Reference steering torque calculation means for calculating a reference steering torque based on the calculation result of the feedforward compensation means;
Deviation calculating means for calculating a deviation between the reference steering torque and the steering torque detected by the steering torque detecting means;
Feedback compensation means for performing feedback compensation based on the deviation;
An adjuster for feedforward control for calculating a target torque based on the steering torque calculated by the feedforward compensation means ;
A required torque calculating means for calculating a required torque by adding the output from the feedback compensation means and the target torque; and
Conversion means for converting the required torque into a command current value for commanding an amount of current flowing through the electric motor;
An electric power steering control device for a vehicle, comprising:
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記操舵ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記操舵トルクから前記操舵ハンドルに発生させる操舵角を演算するためのフィードフォワード補償手段と、
前記フィードフォワード補償手段の演算結果に基づいて基準操舵角を演算する基準操舵角演算手段と、
前記基準操舵角と前記操舵角検出手段が検出した操舵角との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差を基にフィードバック補償を行うのためのフィードバック補償手段と、
前記フィードフォワード補償手段により演算された操舵角に基づいて、目標操舵角を演算するフィードフォワード制御のための調節器と、
前記フィードバック補償手段からの出力と前記目標操舵角とを加算して要求操舵角を演算する要求操舵角演算手段と、
前記要求操舵角を、前記電動モータに流す電流量を指令するための指令電流値に変換する変換手段と、
を備えたことを特徴とする車両の電動パワーステアリング制御装置。 An electric motor for applying an assisting force to the rotation operation of the steering wheel;
Steering torque detection means for detecting steering torque;
Steering angle detection means for detecting a steering angle of the steering wheel;
Feedforward compensation means for calculating a steering angle generated in the steering handle from the steering torque;
Reference steering angle calculation means for calculating a reference steering angle based on the calculation result of the feedforward compensation means;
Deviation calculating means for calculating a deviation between the reference steering angle and the steering angle detected by the steering angle detecting means;
Feedback compensation means for performing feedback compensation based on the deviation;
An adjuster for feedforward control that calculates a target steering angle based on the steering angle calculated by the feedforward compensation means ;
Requested steering angle calculation means for calculating the required steering angle by adding the output from the feedback compensation means and the target steering angle;
Conversion means for converting the required steering angle into a command current value for commanding an amount of current to flow through the electric motor;
An electric power steering control device for a vehicle, comprising:
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