JP5045872B2 - Electric power steering device - Google Patents

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Description

本発明は、操舵補助力をモータによって付与する電動パワーステアリング装置に関する。   The present invention relates to an electric power steering device that applies a steering assist force by a motor.

電動パワーステアリング装置においては、操舵補助力を舵角変化速度に応じて制御することで、ステアリングホイールの収斂性や操舵フィーリングを向上するダンピング制御が行われている。そのようなダンピング制御において、舵角変化速度に応じた基本ダンピング電流に操舵トルクに応じた補正ゲインを乗じた値をダンピング制御電流とし、そのダンピング制御電流を操舵トルクに応じた基本アシスト電流に加算することで、操舵補助力発生用モータの目標電流を求めることが提案されている（特許文献１参照）。
特開平８−１７５４１６号公報 In the electric power steering device, damping control is performed to improve the convergence and steering feeling of the steering wheel by controlling the steering assist force according to the steering angle change speed. In such damping control, a value obtained by multiplying the basic damping current according to the steering angle change speed by the correction gain according to the steering torque is set as a damping control current, and the damping control current is added to the basic assist current according to the steering torque. Thus, it has been proposed to obtain the target current of the steering assist force generating motor (see Patent Document 1).
JP-A-8-175416

上記従来技術においては、基本アシスト電流とダンピング制御電流を個々に求めた上で両者を加算することで目標電流を求めている。そのため、操舵トルクや舵角変化速度の変化に対して目標電流を滑らかに変化させることができず、操舵フィーリングを十分に向上できないという問題がある。本発明は、そのような問題を解決することのできる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。   In the above prior art, the basic assist current and the damping control current are obtained individually and then added to obtain the target current. Therefore, there is a problem that the target current cannot be smoothly changed with respect to changes in the steering torque and the steering angle change speed, and the steering feeling cannot be sufficiently improved. An object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus that can solve such a problem.

本発明の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力発生用モータと、操舵トルクを検出するトルクセンサと、舵角変化速度に対応するダンピング係数を求めるダンピング係数決定部と、操舵トルクとダンピング係数と前記モータの目標出力との間の関係を記憶する記憶部と、検出された操舵トルクと、求められたダンピング係数と、前記関係とから、前記モータの目標出力を演算する演算部と、演算された目標出力に応じて前記モータを駆動する駆動部とを備え、操舵トルクが一定である時、操舵トルクが零でも零でなくてもダンピング係数の変化により目標出力が変化するように前記関係は設定され、且つ、ダンピング係数が一定である時、操舵トルクと目標出力とを座標軸とする平面において前記関係は連続曲線により表されるように設定されている。
これにより、操舵補助力発生用モータの目標出力の変化特性すなわち操舵補助特性を、舵角変化速度に直接的に関連付けて設定することができ、自然な操舵フィーリングを得ることができる。
The electric power steering apparatus of the present invention includes a steering assist force generating motor, a torque sensor for detecting a steering torque, a damping coefficient determining unit for obtaining a damping coefficient corresponding to a steering angle change speed, the steering torque, the damping coefficient, A storage unit that stores a relationship between the target output of the motor, a detected steering torque, a determined damping coefficient, and a calculation unit that calculates the target output of the motor from the relationship A drive unit that drives the motor in accordance with the target output, and when the steering torque is constant, the relationship is set so that the target output changes depending on the change of the damping coefficient regardless of whether the steering torque is zero or not. When the damping coefficient is constant, the relationship is expressed by a continuous curve on a plane having the steering torque and the target output as coordinate axes. It is constant.
Thereby, the change characteristic of the target output of the steering assist force generation motor, that is, the steering assist characteristic can be set in direct association with the steering angle change speed, and a natural steering feeling can be obtained.

本発明の電動パワーステアリング装置において、操舵トルクの大きさが増加すると操舵トルクに対する目標出力の変化割合が増加し、切り込み方向へ操舵する場合は舵角変化速度の大きさが増加すると切り込み方向に作用する操舵補助力が減少し、戻し方向へ操舵する場合は舵角変化速度の大きさが増加すると切り込み方向に作用する操舵補助力が増加するように、前記関係が設定されているのが好ましい。
これにより、切り込み操舵時に舵角変化速度が大きくなると操舵補助力を小さくして過剰操舵を抑制し、戻し操舵時に舵角変化速度が大きくなると切り込み操舵方向への操舵補助力を大きくしてステアリングホイールの収斂性を向上でき、この際、舵角変化速度に対する操舵補助力の変化割合を操舵トルクの大きさに応じて滑らかに変化させ、操舵フィーリングを向上できる。 In the electric power steering apparatus according to the present invention, when the magnitude of the steering torque increases, the rate of change of the target output with respect to the steering torque increases, and when steering in the cutting direction, the steering angle change speed increases and the effect on the cutting direction. When the steering assist force to be reduced is decreased and steering is performed in the return direction, it is preferable that the relationship is set such that the steering assist force acting in the cutting direction increases as the magnitude of the steering angle change speed increases.
As a result, when the steering angle change speed increases during turning steering, the steering assist force is reduced to suppress excessive steering, and when the steering angle change speed increases during return steering, the steering assist force in the cutting steering direction is increased to increase the steering wheel. In this case, the change rate of the steering assist force with respect to the steering angle change speed can be smoothly changed according to the magnitude of the steering torque, and the steering feeling can be improved.

本発明の電動パワーステアリング装置において、前記関係は以下の式（１）により表され、
Ｉ* ＝β｛（１＋α2 ）ｘ−α（ｘ2 ＋１）｝／（１−ｘ2 ）2 …（１）
ここで、Ｉ* は前記モータの目標出力、βはＩ* と同一次元を有する予め設定される定数、αはダンピング係数、ｘ＝τ／τ0 、τは操舵トルク、τ0 は０≦ｘ＜１が成立するように予め設定される規格化トルクであるのが好ましい。
これにより本発明を容易に具現化できる。 In the electric power steering apparatus of the present invention, the relationship is represented by the following formula (1):
I * = β {(1 + α 2 ) x−α (x 2 +1)} / (1−x 2 ) 2 (1)
Here, I * is a target output of the motor, β is a preset constant having the same dimension as I * , α is a damping coefficient, x = τ / τ 0 , τ is a steering torque, and τ 0 is 0 ≦ x It is preferable that the normalized torque is preset so that <1 is satisfied.
Thus, the present invention can be easily realized.

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、ダンピング制御の際の操舵フィーリングの低下を防止できる。   According to the electric power steering apparatus of the present invention, it is possible to prevent a decrease in steering feeling during damping control.

図１に示す電動パワーステアリング装置１は、操舵によるステアリングホイール２の回転を車両の舵角が変化するように車輪３に伝達する機構を備える。本実施形態においては、ステアリングホイール２の回転がステアリングシャフト４を介してピニオン５に伝達されることで、ピニオン５に噛み合うラック６が移動し、このラック６の動きがタイロッド７やナックルアーム８を介して車輪３に伝達されることで舵角が変化する。   The electric power steering apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a mechanism that transmits the rotation of the steering wheel 2 by steering to the wheels 3 so that the steering angle of the vehicle changes. In this embodiment, the rotation of the steering wheel 2 is transmitted to the pinion 5 via the steering shaft 4, so that the rack 6 meshing with the pinion 5 moves, and the movement of the rack 6 moves the tie rod 7 and the knuckle arm 8. The steering angle changes by being transmitted to the wheel 3 via the wheel.

操舵補助力発生用モータ１０の出力シャフトの回転が減速ギヤ機構１１を介してステアリングシャフト４に伝達され、これにより操舵補助力が付与される。モータ１０は、例えばブラシレスモータが用いられ、制御装置２０により制御される。制御装置２０に、ステアリングホイール２の操舵トルクτを検出するトルクセンサ２２と、舵角θp に対応する値としてステアリングシャフト４の回転角度を検出する舵角センサ２３が接続される。 The rotation of the output shaft of the steering assisting force generating motor 10 is transmitted to the steering shaft 4 via the reduction gear mechanism 11, thereby giving the steering assisting force. For example, a brushless motor is used as the motor 10 and is controlled by the control device 20. A torque sensor 22 that detects the steering torque τ of the steering wheel 2 and a steering angle sensor 23 that detects the rotation angle of the steering shaft 4 as a value corresponding to the steering angle θ p are connected to the control device 20.

図２のブロック線図は制御装置２０の構成を表す。制御装置２０は、演算ユニット２０Ａと駆動部２０Ｂを有し、モータ１０の実出力が目標出力に一致するようモータ１０を制御する。演算ユニット２０Ａによりモータ１０の目標出力に対応する目標駆動電流Ｉ* が求められ、モータ１０の実出力に対応する駆動電流Ｉが電流センサ２４により求められ、目標駆動電流Ｉ* と駆動電流Ｉの偏差に応じた電力が駆動部２０Ｂによりモータ１０に印加される。すなわち、駆動部２０Ｂは演算された目標駆動電流Ｉ* に応じてモータ１０を駆動するフィードバック制御を行う。このような駆動部２０Ｂは公知のものを採用できるので詳細な説明は省略する。 The block diagram in FIG. 2 represents the configuration of the control device 20. The control device 20 includes an arithmetic unit 20A and a drive unit 20B, and controls the motor 10 so that the actual output of the motor 10 matches the target output. The target drive current I * corresponding to the target output of the motor 10 is obtained by the arithmetic unit 20A, the drive current I corresponding to the actual output of the motor 10 is obtained by the current sensor 24, and the target drive current I * and the drive current I Electric power corresponding to the deviation is applied to the motor 10 by the drive unit 20B. That is, the drive unit 20B performs feedback control for driving the motor 10 according to the calculated target drive current I * . Since such a drive unit 20B can employ a known one, a detailed description thereof will be omitted.

演算ユニット２０Ａは、微分器３１、記憶部３２、ダンピング係数決定部３３、演算部３４を有する。微分器３１は、舵角センサ２３から送られる舵角θp に対応する値の時間微分により舵角変化速度ωを演算する。 The arithmetic unit 20A includes a differentiator 31, a storage unit 32, a damping coefficient determination unit 33, and a calculation unit 34. Differentiator 31 calculates the steering angle variation speed ω by time differential value corresponding to the steering angle theta p sent from the steering angle sensor 23.

記憶部３２は、舵角変化速度ωとダンピング係数αとの間の関係を記憶する。その関係は、ダンピング係数αが舵角変化速度ωに対応するように設定されていればよく、本実施形態では図３に示すように舵角変化速度ωの大きさが設定値ωa 以下ではダンピング係数αが舵角変化速度ωに比例し、設定値ωa を超えるとダンピング係数αは一定とされる。ダンピング係数決定部３３は、その演算された舵角変化速度ωと図３に示す関係とからダンピング係数αを求める。 The storage unit 32 stores the relationship between the steering angle change speed ω and the damping coefficient α. The relationship only needs to be set so that the damping coefficient α corresponds to the steering angle change speed ω. In this embodiment, as shown in FIG. 3, when the magnitude of the steering angle change speed ω is equal to or less than the set value ω a , When the damping coefficient α is proportional to the steering angle change speed ω and exceeds the set value ω a , the damping coefficient α is fixed. The damping coefficient determination unit 33 obtains the damping coefficient α from the calculated steering angle change speed ω and the relationship shown in FIG.

さらに記憶部３２は、操舵トルクτとダンピング係数αとモータ１０の目標駆動電流Ｉ* との間の関係を記憶する。その関係として上記式（１）により表される関係が記憶される。なお、式（１）における規格化トルクτ0 は、想定される操舵トルクτの最大値を超えるように設定すればよく、これにより０≦ｘ＜１が成立する。例えば、τ0 は７Ｎ・ｍに設定される。図４は、目標駆動電流Ｉ* と操舵トルクτとダンピング係数αとの関係の一例を示し、α＝０の場合を実線で示し、α＞０の場合を破線で示し、α＜０の場合を一点鎖線で示す。すなわち、ダンピング係数αが一定である時、操舵トルクτと目標駆動電流Ｉ* とを座標軸とする平面において、式（１）により表される関係は連続曲線により表される。本実施形態においては、操舵トルクτの符号は、右方に操舵されている状態では正、左方に操舵されている状態では負とされ、目標駆動電流Ｉ* は右方への操舵補助力を付与する場合に正、左方への操舵補助力を付与する場合に負とされる。また、舵角変化速度ωは、ステアリングホイール２の回転方向が右方に向かう時に正、左方に向かう時に負とされる。
Further, the storage unit 32 stores a relationship among the steering torque τ, the damping coefficient α, and the target drive current I * of the motor 10. As the relationship, the relationship represented by the above formula (1) is stored. Note that the normalized torque τ 0 in equation (1) may be set so as to exceed the assumed maximum value of the steering torque τ, thereby satisfying 0 ≦ x <1. For example, τ 0 is set to 7 N · m. FIG. 4 shows an example of the relationship among the target drive current I * , the steering torque τ, and the damping coefficient α, where α = 0 is indicated by a solid line, α> 0 is indicated by a broken line, and α <0. Is shown by a one-dot chain line. That is, when the damping coefficient α is constant, the relationship represented by the equation (1) is represented by a continuous curve on a plane having the steering torque τ and the target drive current I * as coordinate axes. In the present embodiment, the sign of the steering torque τ is positive when steering to the right, and negative when steering left, and the target drive current I * is the steering assist force to the right. It is set to be positive when the steering assist force is applied, and is negative when the steering assist force to the left is applied. Further, the steering angle change speed ω is positive when the rotation direction of the steering wheel 2 is directed to the right, and is negative when it is directed to the left .

演算部３４は、トルクセンサ２２により検出された操舵トルクτと、ダンピング係数決定部３３により求められたダンピング係数αと、図４に示す関係とから、目標駆動電流Ｉ* を演算する。よって、操舵トルクτの大きさが増加すると操舵トルクτに対する目標駆動電流Ｉ* の変化割合が増加する。また、切り込み方向へ操舵する場合は舵角変化速度ωの大きさが増加すると切り込み方向に作用する操舵補助力が減少し、戻し方向へ操舵する場合は舵角変化速度ωの大きさが増加すると切り込み方向に作用する操舵補助力が増加する。 The calculation unit 34 calculates the target drive current I * from the steering torque τ detected by the torque sensor 22, the damping coefficient α obtained by the damping coefficient determination unit 33, and the relationship shown in FIG. Therefore, when the magnitude of the steering torque τ increases, the change rate of the target drive current I * with respect to the steering torque τ increases. When steering in the cutting direction, the steering assist force acting in the cutting direction decreases as the steering angle change speed ω increases. When steering in the return direction, the steering angle change speed ω increases. The steering assist force acting in the cutting direction increases.

上記実施形態によれば、目標駆動電流Ｉ* の変化特性すなわち操舵補助特性を、舵角変化速度ωに直接的に関連付けて設定することができ、自然な操舵フィーリングを得ることができる。また、切り込み操舵時に舵角変化速度ωが大きくなると操舵補助力を小さくして過剰操舵を抑制し、戻し操舵時に舵角変化速度ωが大きくなると切り込み操舵方向への操舵補助力を大きくしてステアリングホイール２の収斂性を向上でき、この際、舵角変化速度ωに対する操舵補助力の変化割合を操舵トルクτの大きさに応じて滑らかに変化させ、操舵フィーリングを向上できる。 According to the above embodiment, the change characteristic of the target drive current I * , that is, the steering assist characteristic can be set directly in association with the steering angle change speed ω, and a natural steering feeling can be obtained. Further, when the steering angle change speed ω increases during turning steering, the steering assist force is reduced to suppress excessive steering, and when the steering angle change speed ω increases during return steering, steering assist force in the cutting steering direction is increased to increase steering assist force. The convergence of the wheel 2 can be improved. At this time, the change rate of the steering assist force with respect to the steering angle change speed ω can be smoothly changed according to the magnitude of the steering torque τ, and the steering feeling can be improved.

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、駆動部２０Ｂとして、目標駆動電流Ｉ* に応じてモータ１０をオープンループ制御するものを用いてもよい。また、操舵補助力を車速に応じて変化させてもよい。例えば、車速を検出する車速センサを設け、式（１）においてβを車速の関数とし、車速が大きくなれば目標駆動電流Ｉ* が小さくなるようにβと車速との関係を設定する。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the drive unit 20B may be one that performs open loop control of the motor 10 according to the target drive current I * . Further, the steering assist force may be changed according to the vehicle speed. For example, a vehicle speed sensor for detecting the vehicle speed is provided, and β is set as a function of the vehicle speed in Equation (1), and the relationship between β and the vehicle speed is set so that the target drive current I * decreases as the vehicle speed increases.

本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の構成説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Structure explanatory drawing of the electric power steering apparatus of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における制御装置の構成を表すブロック線図。The block diagram showing the structure of the control apparatus in the electric power steering apparatus of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における舵角変化速度とダンピング係数との間の関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the steering angle change speed and damping coefficient in the electric power steering device of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置における目標駆動電流と操舵トルクとダンピング係数との間の関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the target drive current in the electric power steering device of embodiment of this invention, steering torque, and a damping coefficient.

符号の説明Explanation of symbols

１…電動パワーステアリング装置、１０…モータ、２０…制御装置、２０Ｂ…駆動部、２２…トルクセンサ、３２…記憶部、３３…ダンピング係数決定部、３４…演算部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric power steering apparatus, 10 ... Motor, 20 ... Control apparatus, 20B ... Drive part, 22 ... Torque sensor, 32 ... Memory | storage part, 33 ... Damping coefficient determination part, 34 ... Calculation part

Claims (3)

操舵補助力発生用モータと、
操舵トルクを検出するトルクセンサと、
舵角変化速度に対応するダンピング係数を求めるダンピング係数決定部と、
操舵トルクとダンピング係数と前記モータの目標出力との間の関係を記憶する記憶部と、検出された操舵トルクと、求められたダンピング係数と、前記関係とから、前記モータの目標出力を演算する演算部と、
演算された目標出力に応じて前記モータを駆動する駆動部とを備え、
操舵トルクが一定である時、操舵トルクが零でも零でなくてもダンピング係数の変化により目標出力が変化するように前記関係は設定され、且つ、ダンピング係数が一定である時、操舵トルクと目標出力とを座標軸とする平面において前記関係は連続曲線により表されるように設定されている電動パワーステアリング装置。 A steering assist force generating motor;
A torque sensor for detecting steering torque;
A damping coefficient determination unit for obtaining a damping coefficient corresponding to the rudder angle change speed;
The target output of the motor is calculated from the storage unit that stores the relationship among the steering torque, the damping coefficient, and the target output of the motor, the detected steering torque, the obtained damping coefficient, and the relationship. An arithmetic unit;
A drive unit for driving the motor according to the calculated target output,
When the steering torque is constant, the above relationship is set so that the target output changes according to the change of the damping coefficient regardless of whether the steering torque is zero or not , and when the damping coefficient is constant, the steering torque and the target An electric power steering apparatus in which the relationship is set to be represented by a continuous curve on a plane having an output as a coordinate axis. 操舵トルクの大きさが増加すると操舵トルクに対する目標出力の変化割合が増加し、切り込み方向へ操舵する場合は舵角変化速度の大きさが増加すると切り込み方向に作用する操舵補助力が減少し、戻し方向へ操舵する場合は舵角変化速度の大きさが増加すると切り込み方向に作用する操舵補助力が増加するように、前記関係が設定されている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。 As the steering torque increases, the rate of change of the target output with respect to the steering torque increases.When steering in the cutting direction, the steering assist force acting in the cutting direction decreases as the steering angle change speed increases and returns. 2. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein, when steering in a direction, the relationship is set so that the steering assist force acting in the cutting direction increases as the magnitude of the steering angle change speed increases. 前記関係は以下の式（１）により表され、
Ｉ* ＝β｛（１＋α2 ）ｘ−α（ｘ2 ＋１）｝／（１−ｘ2 ）2 …（１）
ここで、Ｉ* は前記モータの目標出力、βはＩ* と同一次元を有する予め設定される定数、αはダンピング係数、ｘ＝τ／τ0 、τは操舵トルク、τ0 は０≦ｘ＜１が成立するように予め設定される規格化トルクである請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。 The relationship is represented by the following formula (1):
I * = β {(1 + α 2 ) x−α (x 2 +1)} / (1−x 2 ) 2 (1)
Here, I * is a target output of the motor, β is a preset constant having the same dimension as I * , α is a damping coefficient, x = τ / τ 0 , τ is a steering torque, and τ 0 is 0 ≦ x The electric power steering apparatus according to claim 1 or 2, which is a standardized torque set in advance so that <1 is established.
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