WO2014155441A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electric power steering apparatus including an electric motor that generates a steering assist torque to be applied to a steering mechanism.
- an object of the present invention is to provide an electric power steering device that can perform an abnormality process without causing the driver to feel a sense of incongruity without being affected by a torque abnormality signal when a torque abnormality occurs.
- a first aspect of an electric power steering apparatus includes an electric motor that applies a steering assist force that reduces a driver's steering burden to a steering system, and a torque that detects a steering torque.
- a clip unit configured to limit the steering assist command value calculated by the steering assist command value calculation unit using a predetermined limit value based on the steering torque detected by the torque detection unit so as not to exceed an allowable range;
- a motor control unit that drives and controls the electric motor based on a steering assist command value that is limited by the clip unit, and a steering that is detected by the torque detection unit as to the drive control of the electric motor by the motor control unit
- an interlock unit having a monitoring function for permitting or prohibiting based on torque.
- a torque abnormality detection unit that detects an abnormality in the steering torque detected by the torque detection unit; and when the abnormality is detected by the torque abnormality detection unit, the abnormality is detected by the torque detection unit when the abnormality is not detected.
- a torque substitute value calculating unit that calculates a steering torque substitute value based on normal steering torque. Further, when an abnormality is detected by the torque abnormality detection unit, the steering torque alternative value calculated by the torque alternative value calculation unit from the steering torque detected by the torque detection unit is input to the clip unit and the interlock unit. And an input switching unit for switching to.
- the steering assist command value is controlled and monitored by the clip part and the interlock part, a double safety structure is obtained, and the reliability of the system can be improved.
- the input values of the clip part and the interlock part are switched to the past torque value, so that control and monitoring by the abnormal torque value can be avoided, and the abnormal process can be appropriately performed.
- the torque alternative value calculation unit sets a minimum value among normal steering torques detected by the torque detection unit within a predetermined period immediately before the abnormality detection by the torque abnormality detection unit. It is preferable to calculate as the steering torque substitute value. As a result, even when an abnormality occurs, the system can be set more safely and processed when the abnormality occurs.
- the third aspect is the second steering torque substitution based on the normal steering torque detected by the torque detector when the abnormality is not detected when the abnormality is detected by the torque abnormality detector.
- a second input switching unit that switches to the second steering torque alternative value calculated by the second torque alternative value calculation unit.
- a 4th aspect is equipped with the gradual change part which changes the said limit value gradually toward zero, when the said clip part detects abnormality in the said torque abnormality detection part.
- the assist can be gently limited without turning off the immediate assist. Therefore, the system can be safely stopped while suppressing the driver from feeling uncomfortable.
- the interlock unit detects an abnormality in the torque abnormality detection unit, the monitoring function is stopped. As a result, it is possible to reliably prevent the interlock function from being activated when the abnormality occurs and the abnormal process from being performed. Therefore, it is possible to reliably perform the abnormality process without causing the driver to feel uncomfortable without suddenly stopping the assist.
- the steering torque detected by the torque detection unit, the steering torque detected by the torque detection unit, and the steering torque alternative value calculated by the torque alternative value calculation unit are input to the clip unit. It is preferable to provide an abnormality detection result determination unit that determines the validity of the abnormality detection result by the torque abnormality detection unit based on the comparison result with the steering torque. Thereby, the reliability of a system can be improved more.
- the abnormality process when a torque abnormality occurs, the abnormality process can be performed without being affected by the abnormal torque value. Therefore, the system can be safely stopped without causing the driver to feel uncomfortable without suddenly stopping the assist when a torque abnormality occurs.
- 1 is an overall configuration diagram showing an electric power steering apparatus according to the present invention. It is a block diagram which shows the specific structure of a controller. It is a torque characteristic diagram. It is a torque characteristic diagram (3 times). It is a flowchart which shows the past torque control processing procedure. It is a flowchart which shows the past torque monitoring calculation processing procedure. It is a figure explaining a ramp-down process. It is a flowchart which shows the past torque monitoring and comparison calculation processing procedure.
- FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an electric power steering apparatus according to the present invention.
- reference numeral 1 denotes a steering wheel of a vehicle, and a steering force applied to the steering wheel 1 from a driver is transmitted to a steering shaft 2 having an input shaft 2a and an output shaft 2b.
- the steering shaft 2 has one end of the input shaft 2 a connected to the steering wheel 1 and the other end connected to one end of the output shaft 2 b via the steering torque sensor 3.
- the steering force transmitted to the output shaft 2 b is transmitted to the intermediate shaft 5 via the universal joint 4 and further transmitted to the pinion shaft 7 via the universal joint 6.
- the steering force transmitted to the pinion shaft 7 is transmitted to the tie rod 9 via the steering gear 8 and steers steered wheels (not shown).
- the steering gear 8 is configured in a rack and pinion type having a pinion 8a connected to the pinion shaft 7 and a rack 8b meshing with the pinion 8a, and the rotational motion transmitted to the pinion 8a goes straight in the rack 8b. It has been converted to movement.
- a steering assist mechanism 10 for transmitting a steering assist force to the output shaft 2b is connected to the output shaft 2b of the steering shaft 2.
- the steering assist mechanism 10 includes a reduction gear 11 connected to the output shaft 2b, and an electric motor 13 connected to the reduction gear 11 and generating an auxiliary steering force for the steering system.
- the steering torque sensor 3 detects the steering torque applied to the steering wheel 1 and transmitted to the input shaft 2a.
- the steering torque sensor 3 is a torsion bar (not shown) in which the steering torque is interposed between the input shaft 2a and the output shaft 2b. It is configured to convert to a torsional angular displacement, detect this torsional angular displacement with a magnetic signal, and convert it into an electrical signal.
- the steering torque sensor 3 is for detecting the steering torque applied to the steering wheel 1 and transmitted to the input shaft 2a.
- the steering torque sensor 3 is a relative force between the input shaft 2a and the output shaft 2b connected by a torsion bar (not shown).
- the displacement (rotational displacement) is detected in correspondence with the change in the impedance of the coil pair.
- the detected torque value T output from the steering torque sensor 3 is input to a controller (ECU) 14.
- the controller 14 operates by being supplied with power from a battery 15 that is a vehicle-mounted power source.
- the negative electrode of the battery 15 is grounded, and the positive electrode thereof is connected to the controller 14 via an ignition switch 16 for starting the engine, and is directly connected to the controller 14 without passing through the ignition switch 16.
- a vehicle speed detection value Vs detected by the vehicle speed sensor 17 is input to the controller 14.
- steering assist control is performed to apply a steering assist force corresponding to these to the steering system.
- a steering assist command value (steering assist torque command value) for generating the steering assist force by the electric motor 13 is calculated by a known procedure, and the electric motor 13 is operated based on the calculated steering assist command value. Calculate the current command value.
- the drive current supplied to the electric motor 13 is feedback-controlled based on the calculated current command value and the detected motor current value.
- the controller 14 includes a main CPU 14A and a sub CPU 14B.
- the main CPU 14A includes a command value calculation unit 21 that calculates a steering assist command value (steering assist torque command value), a command value compensation unit 22 that compensates the steering assist command value, and a steering assist compensated by the command value compensation unit 22.
- a motor control unit 23 that controls the drive of the electric motor 13 based on the command value.
- the command value calculation unit 21 includes a torque system abnormality detection unit 31, a past torque control unit 32, a steering assist command value calculation unit 33, a main ECU clip (q-axis current clip) 34, and a past torque monitoring calculation unit 35.
- the torque system abnormality detection unit 31 detects an output value abnormality of the torque sensor 3 and outputs the result as a torque system abnormality occurrence flag.
- the main torque signal and the sub torque signal have a cross characteristic.
- the rated range of the torque sensor 3 is 0 V to 5 V indicated by the symbol ⁇
- the normal use range is 1 V indicated by the symbol ⁇ set inside the rated range with a mechanical stopper (torsion range of the torsion bar, etc.). ⁇ 4V.
- the torque sensor 3 causes a power fault / ground fault
- the main torque signal and the sub torque signal stick to the upper and lower limits (0V, 5V) of the rated range of the torque sensor 3. Therefore, when the main torque signal and the sub torque signal are equal to or less than a predetermined value (for example, 0.3 V) near 0 V or equal to or greater than a predetermined value (for example, 4.7 V) near 5 V, the main torque signal and the sub torque signal are normal.
- the torque system abnormality occurrence flag is set to an ON state indicating that an abnormality has occurred.
- the torque system abnormality occurrence flag is set to an OFF state indicating that no abnormality has occurred.
- the past torque control unit 32 inputs the steering torque Ti (steering torque T at time i) detected by the torque sensor 3, and outputs the torque system abnormality occurrence flag output by the torque system abnormality detection unit 31.
- the corresponding steering torque Ta is output.
- the past torque control unit 32 outputs the steering torque Ti as the steering torque Ta, and when the torque system abnormality occurrence flag is ON, the torque system abnormality occurs.
- the normal steering torque (past torque value) detected by the torque sensor 3 before the occurrence is output as the steering torque Ta.
- FIG. 5 is a flowchart showing a past torque control processing procedure executed by the past torque control unit 32.
- the past torque control unit 32 determines whether or not the torque system abnormality occurrence flag is ON. If the torque system abnormality occurrence flag is OFF, it is determined that no abnormality has occurred in the torque system, and the process proceeds to step S2. If the torque system abnormality occurrence flag is ON, the torque system is It is determined that an abnormality has occurred, and the process proceeds to step S4 described later.
- step S2 the past torque control unit 32 acquires the steering torque Ti from the torque sensor 3, sets it as the steering torque Ta, outputs it, and then proceeds to step S3.
- step S3 the past torque control unit 32 updates the past torque value, and then proceeds to step S1.
- the past torque value is an average value of the steering torque detection values (past torque detection values) of the previous n samples (for example, 6 samples).
- the past torque detection value 6 samples before is T (i-6)
- the past torque detection value 5 samples before is T (i-5),... i-1).
- the average value of these past torque detection values is calculated, and the calculated average value ((T (i ⁇ 6) + T (i ⁇ 5) +... + T (i ⁇ 1)) / 6) is stored as a past torque value.
- the average value of the immediately preceding n samples is the past torque value, but for example, the weighted average value of the immediately preceding n samples, the value calculated by the least square method from the immediately preceding n samples, or the immediately preceding n sample A value obtained by creating the following equation from the sample and predicting the current value can be set as the past torque value.
- step S4 the past torque control unit 32 sets and outputs the past torque value stored in the memory as the steering torque Ta, and ends the past torque control process.
- the steering assist command value calculator 33 calculates a steering assist command value based on the steering torque Ta and the vehicle speed Vs with reference to a steering assist command value calculation map or the like.
- the steering assist command value calculation map is composed of a characteristic diagram with the steering torque Ta on the horizontal axis, the steering assist command value on the vertical axis, and the vehicle speed Vs as a parameter.
- the steering assist command value is set so that the steering assist command value increases relatively slowly at first with respect to the increase of the steering torque Ta, and when the steering torque Ta further increases, the steering assist command value increases steeply with respect to the increase. Yes.
- the slope of this characteristic curve is set so as to decrease as the vehicle speed Vs increases.
- Each characteristic curve has an upper limit value.
- the main ECU clip 34 performs a process of applying a limit using a predetermined limit value (upper and lower limit values) so that the steering assist command value calculated by the steering assist command value calculation unit 33 does not exceed the allowable range.
- the limit value of the steering assist command value is determined in accordance with the steering torque Ta ′ output from the past torque monitoring calculation unit 35 described later.
- the main ECU clip 34 is for detecting an abnormality in the steering assist command value and an abnormality in the steering direction due to a defect (a sky fault or a ground fault) in the torque sensor 3.
- the past torque monitoring calculation unit 35 inputs the torque system abnormality occurrence flag output from the torque system abnormality detection unit 31 and the steering torque Ta output from the past torque control unit 32.
- the past torque monitoring calculation unit 35 outputs the steering torque Ta input from the past torque control unit 32 as the steering torque Ta ′ during normal times, and outputs the past torque value as the steering torque Ta ′ when a torque system abnormality occurs.
- FIG. 6 is a flowchart showing a past torque monitoring calculation processing procedure executed by the past torque monitoring calculation unit 35.
- the past torque monitoring calculation unit 35 determines whether or not the torque system abnormality occurrence flag is ON. If the torque system abnormality occurrence flag is OFF, it is determined that no abnormality has occurred in the torque system, and the process proceeds to step S12. If the torque system abnormality occurrence flag is ON, the torque system is When it is determined that an abnormality has occurred, the process proceeds to step S14 described later.
- step S12 the past torque monitoring calculation unit 35 sets the steering torque Ta output from the past torque control unit 32 as the steering torque Ta ′, and proceeds to step S13.
- the steering torque Ta is equal to the steering torque Ti detected by the torque sensor 3. Therefore, the steering torque Ta ′ set in step S12 is equal to the steering torque Ti.
- step S15 the past torque monitoring calculation unit 35 performs a ramp-down process as shown in FIG. 7 on the steering torque Ta ′. That is, the steering torque Ta ′ is gradually reduced to 0 over a predetermined time N [sec] with reference to the steering torque Ta ′ when the torque system abnormality occurs determined by the steering torque Ta.
- step S16 the past torque monitoring calculation unit 35 stops the steering assist by the steering assist control (stops the electric motor 13) and ends the past torque monitoring calculation process.
- the phase compensation unit 36 performs phase compensation on the steering assist command value clipped by the main ECU clip 34, and outputs the steering assist command value after phase compensation to the adder 37.
- a transfer characteristic such as (T 1 s + 1) / (T 2 s + 1) is applied to the steering assist command value.
- the adder 37 adds the phase compensation steering assist command value output from the phase compensation unit 36 and a self-aligning torque (SAT) output from a reaction force / hysteresis compensation unit 45 described later, and stabilizes the result.
- the responsiveness compensation unit 39 receives the steering torque Ta and outputs a responsiveness compensation command value to the adder 40.
- the responsiveness compensation unit 39 is designed to ensure stability in the assist characteristic dead zone and compensate for static friction.
- the adder 40 is a steering assist command value after stabilization compensation output from the stabilization compensation unit 38, a response compensation command value output from the response compensation unit 39, and a command compensation value output from a subtractor 46 described later. And the result is output to a current command value calculation unit 47, which will be described later, as a steering assist command value that is an output result of the command value calculation unit 21.
- the command value compensator 22 includes an angular velocity calculator 41, an angular acceleration calculator 42, a friction / inertia compensator 43, a convergence compensator 44, a reaction force / hysteresis compensator 45, and a subtractor 46.
- the angular velocity calculation unit 41 calculates the motor angular velocity ⁇ by differentiating the motor rotation angle detected by the rotation angle detection unit 13a.
- the angular acceleration calculator 42 differentiates the motor angular velocity ⁇ calculated by the angular velocity calculator 41 to calculate the motor angular acceleration ⁇ .
- the friction / inertia compensation unit 43 compensates for the torque equivalent generated by the inertia of the electric motor 13 on the basis of the motor angular acceleration ⁇ calculated by the angular acceleration calculation unit 42 to prevent deterioration of the feeling of inertia or control responsiveness. Output an inertia compensation value.
- the convergence compensation unit 44 outputs a convergence compensation value that compensates for the convergence of the yaw rate based on the motor angular velocity ⁇ calculated by the angular velocity calculation unit 41. In other words, the convergence compensation unit 44 calculates the convergence compensation value so as to brake the operation of the steering wheel 1 swinging in order to improve the yaw convergence of the vehicle.
- the reaction force / hysteresis compensation unit 45 inputs the steering torque Ti, the vehicle speed Vs, the motor angular velocity ⁇ , the motor angular acceleration ⁇ , and the steering assist command value calculated by the steering assist command value calculation unit 33, and self-aligning based on these values. Torque (SAT) is estimated and calculated, and the result is output to the adder 37.
- the subtractor 46 subtracts the convergence compensation value calculated by the convergence compensation unit 44 from the inertia compensation value calculated by the friction / inertia compensation unit 43, and the result is a command compensation value that is an output result of the command value compensation unit 22. To the adder 40.
- the motor control unit 23 includes a current command value calculation unit 47, a subtracter 48, a current control unit 49, and a motor drive unit 50.
- the current command value calculation unit 47 calculates the current command value of the electric motor 13 from the steering assist command value (steering assist torque command value) output from the command value calculation unit 21.
- the subtractor 48 calculates a current deviation between the current command value calculated by the current command value calculation unit 47 and the motor current detection value detected by the motor current detection unit 13 b, and outputs this to the current control unit 49.
- the current control unit 49 performs feedback control for performing a proportional integration calculation on the current deviation and outputting a voltage command value E.
- an assist prohibition signal output from a sub-ECU interlock 62 which will be described later, is input to the current control unit 49, and an assist prohibition process for setting the current command value E to 0 is performed based on the assist prohibition signal.
- the motor drive unit 50 performs a duty calculation based on the voltage command value E output from the current control unit 49, and calculates a duty ratio that is a drive command for the electric motor 13. Then, the electric motor 13 is driven based on the duty ratio.
- the sub CPU 14 ⁇ / b> B includes a past torque monitoring / comparison calculation unit 61 and a sub ECU interlock (q-axis current interlock) 62.
- the sub CPU 14B can transmit and receive data using the main CPU 14A and inter-CPU communication.
- the past torque monitoring / comparison calculating unit 61 inputs the steering torque Ti detected by the torque sensor 3 as the steering torque Tsub, the torque system abnormality occurrence flag output from the torque system abnormality detecting unit 31, and the past torque monitoring calculation unit.
- the steering torque Ta ′ output by the motor 35 is input. These various signals are input by inter-CPU communication between the main CPU 14A and the sub CPU 14B.
- the past torque monitoring / comparison calculation unit 61 executes the past torque monitoring / comparison calculation processing shown in FIG. 8 based on these input signals.
- step S21 the past torque monitoring / comparison calculating unit 61 determines whether or not a torque system abnormality occurrence flag is ON. If the torque system abnormality occurrence flag is OFF, it is determined that no abnormality has occurred in the torque system, and the process proceeds to step S22. If the torque system abnormality occurrence flag is ON, the torque system is It is determined that an abnormality has occurred, and the process proceeds to step S26 described later.
- step S22 the past torque monitoring / comparison calculating unit 61 determines whether or not the steering torque Tsub is equal to the steering torque Ta ′. If the past torque control unit 32 and the past torque monitoring calculation unit 35 function normally at the normal time when no torque system abnormality occurs, the steering torque Ta ′ is equal to the steering torque Ti. Therefore, if the torque system abnormality occurrence flag is OFF and the steering torque Tisub is equal to the steering torque Ta ′, it can be determined that the abnormality detection result of the torque system abnormality detection unit 31 is appropriate.
- step S23 the input steering torque Tisub is set as the steering torque Tasub, and is output to the sub ECU interlock 62 described later, and then the process proceeds to step S21. Transition.
- step S24 the process proceeds to step S25.
- step S25 the past torque monitoring / comparison calculation unit 61 stops the steering assist by the steering assist control and ends the past torque monitoring / comparison calculation process.
- step S26 the past torque monitoring / comparison calculating unit 61 determines whether or not the steering torque Tsub is equal to the steering torque Ta ′. If the past torque control unit 32 and the past torque monitoring calculation unit 35 function normally when the torque system abnormality occurs, the steering torque Ta ′ has a value different from the steering torque Ti. Therefore, if the steering torque Tsub is equal to the steering torque Ta ′, the process proceeds to step S24.
- step S26 if it is determined in step S26 that Tsub ⁇ Ta ′, it is determined that the abnormality detection result of the torque system abnormality detection unit 31 is appropriate, and the process proceeds to step S27.
- step S27 the past torque monitoring / comparison calculating unit 61 sets the steering torque Ta 'input from the main CPU 14A as the steering torque Tasub, outputs this to the sub ECU interlock 62, and then proceeds to step S28.
- step S28 when the ramp-down process is started by the main ECU clip 35 described above, the past torque monitoring / comparison calculating unit 61 stops the operation of the sub ECU interlock 62 and proceeds to step S29.
- step S29 the past torque monitoring / comparison calculating unit 61 waits until the ramp-down process by the main ECU clip 35 is completed, and then proceeds to step S25.
- the past torque monitoring / comparison calculating unit 61 outputs the steering torque Ti detected by the torque sensor 3 as the input value Tasub of the sub ECU interlock 62 at the normal time when the torque system abnormality has not occurred, and the torque system abnormality Is generated, the input value Tasub of the sub ECU interlock 62 is switched to the past torque value.
- the past torque monitoring / comparison calculating unit 61 determines the legitimacy of the abnormality detection result of the torque system abnormality detection unit 31, and stops the assist when determining that the abnormality detection result is not appropriate. I do.
- the sub ECU interlock 62 inputs the steering torque Tasub output from the past torque monitoring / comparison calculating unit 61 and the limited steering assist command value output from the main ECU clip 34. And based on these, the interlock monitoring which permits or prohibits the drive control of the electric motor 13 is performed. That is, the sub ECU interlock 62 determines whether or not the steering torque Tasub and the steering assist command value are within a preset drive prohibition region of the electric motor 13. If it is determined that the current position is within the drive prohibition region, a timer is run to output an assist prohibit signal to the current control unit 49 after a predetermined time has elapsed, and the drive of the electric motor 13 is forcibly stopped.
- the q-axis current clip of the main CPU 14A and the q-axis current interlock of the sub CPU 14B cause the steering direction of the steering direction due to the current command value generated from the steering torque Ti and the torque sensor defect (power fault, ground fault). Monitor abnormalities twice.
- a current command value is generated using the past torque value as a substitute value for the detected steering torque value.
- the torque value input to the q-axis current interlock of the sub CPU 14B is also switched to the past torque value.
- the q-axis current interlock is stopped while the main CPU 14A is performing the ramp-down process.
- the torque sensor 3 corresponds to the torque detector.
- the motor control unit 23 corresponds to the motor control unit
- the steering assist command value calculation unit 33 corresponds to the steering assist command value calculation unit
- the main ECU clip 34 corresponds to the clip unit
- the sub ECU interface corresponds to the interlock portion. Further, in FIG.
- step S3 corresponds to the second torque alternative value calculation unit
- step S4 corresponds to the second input switching unit
- step S13 corresponds to the torque substitute value calculation unit
- step S15 corresponds to the gradual change unit
- step S14 in FIG. 6 and step S27 in FIG. 8 correspond to the input switching unit.
- steps S21, S22 and S26 correspond to the abnormality detection result determination unit.
- control power is supplied from the battery 15 to the controller 14, and the controller 14 is activated.
- the main ECU clip 34 of the main CPU 14A monitors whether or not the value obtained by converting the steering torque Ta into the steering assist command value is appropriate for the steering direction and the detected torque amount.
- the steering assist command value is limited so as not to exceed the allowable range.
- the limited steering assist command value is input to the sub ECU interlock 62 of the sub CPU 14B.
- whether or not the limited steering assist command value is appropriate for the steering direction and the detected torque amount.
- the main ECU clip 34 is provided at the subsequent stage of the steering assist command value calculation unit 33, the correlation between the current command value and the steering torque is monitored, and the reverse phase of the torque is mainly detected.
- the main ECU clip 34 may output a steering assist command value calculation unit so as not to obstruct these compensations because it may output an opposite phase to the detected torque value.
- the system system is mainly monitored for abnormalities.
- the main CPU 14A performs steering assist control using the past torque value instead of the steering torque Ti detected by the torque sensor 3. That is, the input value Ta of the steering assist command value calculation unit 33 is switched from the steering torque Ti to the past torque value (average value of n samples), and the input value Ta ′ of the main ECU clip 34 is changed from the steering torque Ti to the past torque value ( (minimum value of n samples).
- the main CPU 14A performs ramp-down control for gradually decreasing the steering torque Ta ′ that is the input value of the main ECU clip 34.
- the limit value (upper and lower limit values) of the steering assist command value used in the main ECU clip 34 can be gradually changed to 0, and as a result, the assist can be gradually limited. .
- the assist is completely stopped after a predetermined time (N [sec]) from the start of the ramp-down control.
- the steering assist control is switched to the past torque value, so that the steering assist control is prevented from being performed using the abnormal torque value. Change can be mitigated.
- the ramp-down control is performed when an abnormality occurs, the assist can be gently limited without immediately turning off the assist.
- the assist gradually decreasing process can be performed with a relatively simple configuration.
- the sub CPU 14B switches the input value Tasub to the sub ECU interlock 62 from the steering torque Ti (Tissub) detected by the torque sensor 3 to the past torque value.
- the past torque value input to the sub ECU interlock 62 is the same as the past torque value input to the main ECU clip 34 when an abnormality occurs. Accordingly, it is possible to prevent interlock monitoring by an abnormal torque value, and it is possible to prevent the assist from being stopped immediately when an abnormality occurs.
- the sub CPU 14B compares the steering torque Ta ′ input to the main ECU clip 34 of the main CPU 14A with the steering torque Ti detected by the torque sensor 3, and based on the comparison result, the torque system abnormality occurrence flag is correct. (The validity of the abnormality detection result of the torque system abnormality detection unit 31) is determined. If it is determined that the torque system abnormality occurrence flag is not in the correct state, the assist is stopped. Therefore, malfunction of the steering assist control can be prevented. Further, since the monitoring function by the sub-ECU interlock 62 is stopped when an abnormality occurs, the abnormality process (ramp down control) by the main CPU 14A can be reliably performed without being affected by the abnormal torque value.
- the present embodiment when a torque system abnormality occurs, it is possible to perform an abnormality process without using an abnormal torque value. Since the assist can be gently limited without being immediately turned off when an abnormality occurs, the system can be safely stopped while suppressing the driver from feeling uncomfortable.
- the abnormality process can be performed without being affected by the abnormal torque value. Therefore, the system can be safely stopped without causing the driver to feel uncomfortable without suddenly stopping the assist when a torque abnormality occurs, which is useful.
- stabilization compensation unit 39 ... response compensation unit, 40 ... adder, 41 ... angular velocity calculation unit, 42: Angular acceleration calculation unit, 43: Friction / inertia compensation unit, 44: Convergence compensation unit, 45 ... Reaction force / hysteresis compensation unit, 46 ... Subtractor, 47 ... Current command Calculation unit, 48 ... subtractor, 49 ... current control unit, 50 ... motor driving unit, 61 ... last torque monitoring and comparison operation unit, 62 ... sub ECU interlock (q-axis current Interlocking)
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Abstract
Description
このような電動パワーステアリング装置としては、例えば特許文献1に記載の技術がある。この技術は、トルクセンサの出力値の異常を検出すると、過去のトルクセンサの出力値に基づいて算出された代替値を用いて電動モータを制御するものである。これにより、トルクセンサに異常が発生した際の急激なアシスト変化を緩和させている。
そこで、本発明は、トルク異常発生時に、トルク異常信号の影響を受けずに運転者に違和感のない異常時処理を行うことができる電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。
さらに、第三の態様は、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、当該異常を非検出であるときに前記トルク検出部で検出した正常な操舵トルクに基づいて、第2の操舵トルク代替値を演算する第2のトルク代替値演算部と、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記操舵補助指令値演算部の入力値を、前記トルク検出部で検出した操舵トルクから前記第2のトルク代替値演算部で演算した第2の操舵トルク代替値に切り替える第2の入力切替部と、を備えることが好ましい。
このように、異常発生時には、異常トルク値に代わって正常時の過去トルク値を用いて操舵補助指令値を演算するので、トルクセンサ故障の判定時間を、急激な操舵力変化を防止できる程度長く確保しつつ、トルクセンサ異常時においても正しいトルク出力を確保することができる。
これにより、異常発生時には、即時アシストをOFFすることなく、緩やかにアシストを制限することができるので、運転者に違和感を与えるのを抑制しつつ安全にシステムを停止することができる。
さらにまた、第五の態様は、前記インターロック部が、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記監視機能を停止することが好ましい。
これにより、異常発生時にインターロック機能が作動して異常時処理が実施できなくなるのを確実に防止することができる。したがって、アシストを突然停止させることなく、運転者に違和感を与えないような異常時処理を確実に実施することができる。
図1は、本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す全体構成図である。
図中、符号1は、車両のステアリングホイールであり、このステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力が入力軸2aと出力軸2bとを有するステアリングシャフト2に伝達される。このステアリングシャフト2は、入力軸2aの一端がステアリングホイール1に連結され、他端は操舵トルクセンサ3を介して出力軸2bの一端に連結されている。
操舵トルクセンサ3は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸2a及び出力軸2b間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気信号で検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。
コントローラ14には、トルク検出値Tの他に車速センサ17で検出した車速検出値Vsが入力される。そして、これらに応じた操舵補助力を操舵系に付与する操舵補助制御を行う。具体的には、上記操舵補助力を電動モータ13で発生するための操舵補助指令値(操舵補助トルク指令値)を公知の手順で算出し、算出した操舵補助指令値に基づいて電動モータ13の電流指令値を算出する。そして、算出した電流指令値とモータ電流検出値とにより、電動モータ13に供給する駆動電流をフィードバック制御する。
コントローラ14は、図2に示すように、メインCPU14Aと、サブCPU14Bとを備える。メインCPU14Aは、操舵補助指令値(操舵補助トルク指令値)を演算する指令値演算部21と、操舵補助指令値を補償する指令値補償部22と、指令値補償部22で補償された操舵補助指令値に基づいて電動モータ13を駆動制御するモータ制御部23とを備えている。
指令値演算部21は、トルク系異常検出部31と、過去トルク制御部32と、操舵補助指令値演算部33と、メインECUクリップ(q軸電流クリップ)34と、過去トルク監視演算部35と、位相補償部36と、加算器37と、安定化補償部38と、応答性補償部39と、加算器40と、を備える。
なお、近年では、実際の操舵に対して路面反力との関係、収斂性、操舵応答性など高度な制御が要求されており、トルク信号の分解能を挙げるために、図4に示すようにゲインを付加(ここでは3倍)することが考えられている。しかしながら、トルクゲインを3倍にすると、異常判定値も3倍にする必要があり、演算負荷が増えて効率的ではない。
先ずステップS1で、過去トルク制御部32は、トルク系異常発生フラグがONであるか否かを判定する。そして、トルク系異常発生フラグがOFFである場合には、トルク系に異常が発生していないと判断してステップS2に移行し、トルク系異常発生フラグがONである場合には、トルク系に異常が発生していると判断して後述するステップS4に移行する。
ステップS2では、過去トルク制御部32は、トルクセンサ3から操舵トルクTiを取得し、これを操舵トルクTaとして設定し、出力してからステップS3に移行する。
このステップS3では、過去トルク制御部32は、先ずメモリに記憶した過去トルク検出値T(i-6),T(i-5),…,T(i-1)を更新する。すなわち、T(i-6)=T(i-5),T(i-5)=T(i-4),…,T(i-1)=Tiの設定を行い、メモリ内の過去トルク検出値を書き換える。次いで、これら過去トルク検出値の平均値を算出し、算出した平均値((T(i-6)+T(i-5)+…+T(i-1))/6)を過去トルク値としてメモリに記憶する。
なお、ここでは、直前のnサンプルの平均値を過去トルク値としているが、例えば、直前のnサンプルの重み付き平均値や、直前のnサンプルから最小自乗法で算出した値や、直前のnサンプルから(n-1)次式を作成して現在値を予測した値を、過去トルク値として設定することもできる。
操舵補助指令値演算部33は、操舵トルクTa及び車速Vsをもとに、操舵補助指令値算出マップ等を参照して操舵補助指令値を演算する。ここで、操舵補助指令値算出マップは、横軸に操舵トルクTa、縦軸に操舵補助指令値をとり、車速Vsをパラメータとした特性線図で構成されている。操舵補助指令値は、操舵トルクTaの増加に対して最初は比較的緩やかに増加し、さらに操舵トルクTaが増加すると、その増加に対して操舵補助指令値が急峻に増加するように設定されている。この特性曲線の傾きは、車速Vsの増加に従って小さくなるように設定されている。また、各特性曲線には、それぞれ上限値が設けられている。
先ずステップS11で、過去トルク監視演算部35は、トルク系異常発生フラグがONであるか否かを判定する。そして、トルク系異常発生フラグがOFFである場合には、トルク系に異常が発生していないと判断してステップS12に移行し、トルク系異常発生フラグがONである場合には、トルク系に異常が発生していると判断して後述するステップS14に移行する。
ステップS12では、過去トルク監視演算部35は、過去トルク制御部32が出力した操舵トルクTaを操舵トルクTa´として設定し、ステップS13に移行する。ここで、トルク系異常発生フラグがOFFである場合には、操舵トルクTaはトルクセンサ3で検出した操舵トルクTiに等しい。したがって、このステップS12で設定される操舵トルクTa´は操舵トルクTiと等しくなる。
ステップS14では、過去トルク監視演算部35は、メモリに記憶している過去トルク値を操舵トルクTa´に設定し、ステップS15に移行する。
ステップS15では、過去トルク監視演算部35は、操舵トルクTa´に対して図7に示すようなランプダウン処理を施す。すなわち、操舵トルクTaによって決まるトルク系異常発生時点での操舵トルクTa´を基準として、所定時間N[sec]をかけて操舵トルクTa´を0まで漸減させる。
図2に戻って、位相補償部36は、メインECUクリップ34でクリップした後の操舵補助指令値に対して位相補償を行い、位相補償後の操舵補助指令値を加算器37に出力する。ここでは、例えば、(T1s+1)/(T2s+1)のような伝達特性を操舵補助指令値に作用させるものとする。
安定化補償部38は、検出トルクに含まれる慣性要素とバネ要素から成る共振系の共振周波数のピーク値を除去し、制御系の安定性と応答性を阻害する共振周波数の位相のずれを補償する。例えば、sをラプラス演算子とする特性式G(s)=(s2+a1・s+a2)/(s2+b1・s+b2)を有する。なお、特性式G(s)のa1,a2,b1,b2は共振系の共振周波数により決定されるパラメータである。
加算器40は、安定化補償部38が出力した安定化補償後の操舵補助指令値と、応答性補償部39が出力した応答性補償指令値と、後述する減算器46が出力する指令補償値とを加算し、その結果を指令値演算部21の出力結果である操舵補助指令値として後述する電流指令値演算部47に出力する。
角速度演算部41は、回転角検出部13aで検出したモータ回転角を微分してモータ角速度ωを演算する。
角加速度演算部42は、角速度演算部41で演算したモータ角速度ωを微分してモータ角加速度αを演算する。
摩擦・慣性補償部43は、角加速度演算部42で演算したモータ角加速度αに基づいて、電動モータ13の慣性により発生するトルク相当分を補償して慣性感又は制御応答性の悪化を防止するための慣性補償値を出力する。
反力/ヒステリシス補償部45は、操舵トルクTi、車速Vs、モータ角速度ω、モータ角加速度α及び操舵補助指令値演算部33で演算した操舵補助指令値を入力し、これらに基づいてセルフアライニングトルク(SAT)を推定演算し、その結果を上記加算器37に出力する。
減算器46は、摩擦・慣性補償部43で演算した慣性補償値から収斂性補償部44で演算した収斂性補償値を減算し、その結果を指令値補償部22の出力結果である指令補償値として上記加算器40に出力する。
電流指令値演算部47は、指令値演算部21が出力した操舵補助指令値(操舵補助トルク指令値)から電動モータ13の電流指令値を演算する。
減算器48は、電流指令値演算部47で演算した電流指令値と、モータ電流検出部13bで検出したモータ電流検出値との電流偏差を演算し、これを電流制御部49に出力する。
モータ駆動部50は、電流制御部49が出力した電圧指令値Eに基づいてデューティ演算を行い、電動モータ13の駆動指令となるデューティ比を演算する。そして、そのデューティ比に基づいて電動モータ13を駆動する。
過去トルク監視・比較演算部61は、トルクセンサ3で検出した操舵トルクTiを、操舵トルクTisubとして入力すると共に、トルク系異常検出部31が出力するトルク系異常発生フラグ、及び過去トルク監視演算部35が出力する操舵トルクTa´を入力する。これらの各種信号は、メインCPU14AとサブCPU14Bとの間のCPU間通信によって入力される。そして、過去トルク監視・比較演算部61は、これらの入力信号に基づいて、図8に示す過去トルク監視・比較演算処理を実行する。
したがって、Tisub=Ta´であると判定した場合には、ステップS23に移行し、入力した操舵トルクTisubを操舵トルクTasubとして設定し、後述するサブECUインターロック62に出力してから前記ステップS21に移行する。
また、ステップS26では、過去トルク監視・比較演算部61は、操舵トルクTisubが操舵トルクTa´と等しいか否かを判定する。トルク系異常発生時、過去トルク制御部32及び過去トルク監視演算部35が正常に機能していれば、操舵トルクTa´は操舵トルクTiとは異なる値となっている。そのため、操舵トルクTisubが操舵トルクTa´と等しい場合には、前記ステップS24に移行する。
ステップS28では、過去トルク監視・比較演算部61は、前述したメインECUクリップ35でランプダウン処理を開始したとき、サブECUインターロック62の動作を停止してステップS29に移行する。
ステップS29では、過去トルク監視・比較演算部61は、メインECUクリップ35によるランプダウン処理が終了するまで待機してから、前記ステップS25に移行する。
すなわち、サブECUインターロック62は、操舵トルクTasubと操舵補助指令値とが、予め設定した電動モータ13の駆動禁止領域内にあるか否かを判定する。そして、駆動禁止領域内にあると判定した場合には、タイマーを走らせ一定時間経過後に電流制御部49にアシスト禁止信号を出力し、強制的に電動モータ13の駆動を停止する。
このように、メインCPU14Aのq軸電流クリップと、サブCPU14Bのq軸電流インターロックとで、操舵トルクTiから生成される電流指令値とトルクセンサの欠陥(天絡、地絡)による操舵方向の異常を2重監視する。
なお、トルクセンサ3がトルク検出部に対応している。また、図2において、モータ制御部23がモータ制御部に対応し、操舵補助指令値演算部33が操舵補助指令値演算部に対応し、メインECUクリップ34がクリップ部に対応し、サブECUインターロック62がインターロック部に対応している。さらに、図5において、ステップS3が第2のトルク代替値演算部に対応し、ステップS4が第2の入力切替部に対応している。
また、図6において、ステップS13がトルク代替値演算部に対応し、ステップS15が徐変部に対応している。さらに、図6のステップS14及び図8のステップS27が入力切替部に対応している。また、図8において、ステップS21、S22及びS26が異常検出結果判定部に対応している。
運転者がイグニッションスイッチ16をオン状態とすると、バッテリ15からコントローラ14に制御電力が供給され、当該コントローラ14が作動状態となる。このとき、コントローラ14は、運転者によるステアリング操作に基づいて操舵補助制御を行う。
例えば、運転者が車両を発進させ、カーブ路を旋回走行している場合、コントローラ14は、操舵トルクTa(=Ti)及び車速Vsに基づいて操舵補助指令値を算出し、操舵補助指令値に基づいて電動モータ13の電流指令値を算出する。次いで、算出した電流指令値とモータ電流検出値とに基づいて電圧指令値Eを算出する。そして、算出された電圧指令値Eによって電動モータ13を駆動制御すると、電動モータ13の発生トルクが減速ギヤ11を介してステアリングシャフト2の回転トルクに変換されて、運転者の操舵力がアシストされる。このようにして、運転者の操舵負担が軽減される。
また、異常発生時にはサブECUインターロック62による監視機能を停止するので、異常トルク値の影響を受けることなく、メインCPU14Aによる異常時処理(ランプダウン制御)を確実に実施することができる。
Claims (6)
- 操舵系に運転者の操舵負担を軽減する操舵補助力を付与する電動モータと、
操舵トルクを検出するトルク検出部と、
少なくとも前記トルク検出部で検出した操舵トルクに基づいて、操舵補助指令値を演算する操舵補助指令値演算部と、
前記トルク検出部で検出した操舵トルクに基づいて、前記操舵補助指令値演算部で演算した操舵補助指令値が許容範囲を超えないように、所定の制限値を用いて制限するクリップ部と、
前記クリップ部で制限した後の操舵補助指令値に基づいて、前記電動モータを駆動制御するモータ制御部と、
前記モータ制御部による前記電動モータの駆動制御を、前記トルク検出部で検出した操舵トルクに基づいて許可又は禁止する監視機能を有するインターロック部と、
前記トルク検出部で検出した操舵トルクの異常を検出するトルク異常検出部と、
前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、当該異常を非検出であるときに前記トルク検出部で検出した正常な操舵トルクに基づいて操舵トルク代替値を演算するトルク代替値演算部と、
前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記クリップ部及び前記インターロック部の入力値を、前記トルク検出部で検出した操舵トルクから前記トルク代替値演算部で演算した操舵トルク代替値に切り替える入力切替部と、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記トルク代替値演算部は、前記トルク異常検出部で異常を検出する直前の所定期間内に前記トルク検出部で検出した正常な操舵トルクのうち、最小の値を前記操舵トルク代替値として演算することを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、当該異常を非検出であるときに前記トルク検出部で検出した正常な操舵トルクに基づいて、第2の操舵トルク代替値を演算する第2のトルク代替値演算部と、
前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記操舵補助指令値演算部の入力値を、前記トルク検出部で検出した操舵トルクから前記第2のトルク代替値演算部で演算した第2の操舵トルク代替値に切り替える第2の入力切替部と、を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記クリップ部は、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記制限値を徐々に零に向けて変更する徐変部を備えることを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記インターロック部は、前記トルク異常検出部で異常を検出したとき、前記監視機能を停止することを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
- 前記トルク検出部で検出した操舵トルクと、前記トルク検出部で検出した操舵トルク及び前記トルク代替値演算部で演算した操舵トルク代替値のうち前記クリップ部に入力する操舵トルクとの比較結果に基づいて、前記トルク異常検出部による異常検出結果の正当性を判定する異常検出結果判定部を備えることを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
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