WO2015122043A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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WO2015122043A1
WO2015122043A1 PCT/JP2014/075448 JP2014075448W WO2015122043A1 WO 2015122043 A1 WO2015122043 A1 WO 2015122043A1 JP 2014075448 W JP2014075448 W JP 2014075448W WO 2015122043 A1 WO2015122043 A1 WO 2015122043A1
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control
steering
return control
calculation
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PCT/JP2014/075448
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徹也 北爪
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日本精工株式会社
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    • B62D6/10Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque

Definitions

  • the present invention relates to an electric power steering apparatus that calculates a current command value based on a steering torque and a vehicle speed, drives a motor based on the current command value, and controls the steering system by driving control of the motor.
  • the present invention relates to an electric power steering apparatus capable of actively returning a steering wheel (steering wheel) to a neutral point in a traveling state for returning to a straight traveling state by compensating a current command value with a corresponding return control current.
  • An electric power steering device that assists and controls a vehicle steering device with the rotational force of a motor biases the driving force of the motor to a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reducer. It is like that.
  • Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque (steering assist torque).
  • the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the current command value and the detected motor current value is small.
  • the adjustment of the motor applied voltage is a duty of PWM (pulse width modulation) control. This is done by adjusting the tee ratio.
  • a column shaft (steering shaft, handle shaft) 2 of a handle 1 is a reduction gear 3, universal joints 4a and 4b, a pinion rack mechanism 5, a tie rod 6a, 6b is further connected to the steering wheels 8L and 8R via hub units 7a and 7b.
  • the column shaft 2 is provided with a torque sensor 10 that detects the steering torque of the handle 1, and a motor 20 that assists the steering force of the handle 1 is connected to the column shaft 2 via the reduction gear 3.
  • the control unit (ECU) 30 that controls the electric power steering apparatus is supplied with electric power from the battery 13 and also receives an ignition key signal via the ignition key 11.
  • the column shaft 2 is provided with a steering angle sensor 15 for detecting the steering angle, and the steering angle ⁇ detected by the steering angle sensor 15 is input to the control unit 30.
  • the control unit 30 calculates a current command value serving as an assist (steering assist) command based on the steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vel detected by the vehicle speed sensor 12, and the calculated current command
  • the current supplied to the motor 20 is controlled by a voltage control value E obtained by compensating the value.
  • the vehicle speed Vel can also be received from CAN (Controller Area Network) or the like.
  • the control unit 30 is mainly composed of a CPU (including MPU and MCU), and general functions executed by programs in the CPU are as shown in FIG.
  • the steering torque Tr detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vel detected by the vehicle speed sensor 12 are current command value calculations for calculating the current command value Iref1.
  • the current command value calculation unit 31 calculates a current command value Iref1, which is a control target value of the current supplied to the motor 20, using an assist map or the like based on the input steering torque Tr and vehicle speed Vel.
  • the current command value calculation unit 31 includes a phase compensation unit for enhancing the stability of the steering system, a stability ensuring in the assist characteristic dead zone, a center response improvement unit for compensating for static friction, and an inertia element and a spring included in the detected torque.
  • a robust stabilization compensator or the like that removes the peak value of the resonance frequency of the resonance system composed of elements and compensates for a phase shift of the resonance frequency that hinders the stability and responsiveness of the control system may be provided.
  • the voltage control value E whose characteristics are improved by the PI control unit 35 is input to the PWM control unit 36, and the motor 20 is PWM driven via an inverter 37 as a drive unit.
  • the current value Im of the motor 20 is detected by the motor current detector 38 and fed back to the subtraction unit 32B.
  • the inverter 37 uses a FET as a drive element, and is configured by a bridge circuit of the FET.
  • the current limiting unit 33 is not essential.
  • the compensation signal CM from the compensation unit 34 is added to the addition unit 32A, and the system system is compensated by the addition of the compensation signal CM so as to improve the convergence and inertia characteristics.
  • the compensator 34 adds the self-aligning torque (SAT) 343 and the inertia 342 by the adder 344, further adds the convergence 341 to the addition result by the adder 345, and the addition result of the adder 345 is the compensation signal CM. It is said.
  • Patent Document 1 There is a handle return control disclosed in Japanese Patent No. 487298 (Patent Document 1) as a prior art for controlling the assist characteristic when the handle is returned.
  • the control configuration disclosed in Patent Document 1 calculates a target steering speed from a steering angle, a vehicle speed, and a steering torque, and calculates a compensation current according to a deviation between the actual steering speed and the target steering speed.
  • the target steering speed calculated from the steering angle is generally set so that the target steering speed increases as the steering angle increases.
  • the driver tries to steer at a low actual steering speed in a region where the steering angle is large.
  • the output of the return control also tends to increase, and the driver feels the vehicle characteristic that the steering wheel is returned and the feeling is strong.
  • the compensation current is output due to the deviation at the time of further steering, the compensation output changes depending on the steering speed. As a result, the driver feels pseudo viscous friction, but it is not always necessary to obtain a viscous friction feeling by the steering wheel return control at the time of increase.
  • Patent Document 2 discloses a steering wheel return control technique, but since the deviation between the target steering speed and the actual steering speed is not used for the return control, the steering speed is controlled. There is a problem that cannot be done.
  • the present invention has been made for the above-described circumstances, and an object of the present invention is to calculate the return control current according to the steering angle and the steering speed and compensate the current command value to return to the straight traveling state.
  • An object of the present invention is to provide an electric power steering device capable of positively returning a steering wheel to a neutral point in a state.
  • the present invention relates to an electric power steering device that calculates a current command value based on a steering torque and a vehicle speed, drives a motor based on the current command value, and assists a steering system by driving control of the motor.
  • the above object comprises a steering wheel return control unit that calculates a return control current according to the steering angle, the vehicle speed and the steering speed, and drives the motor with a compensation current command value obtained by subtracting the return control current from the current command value.
  • a base return control current calculator that calculates a base return control current based on the steering angle and the vehicle speed, and a target steering speed calculator that calculates a target steering speed based on the steering angle and the vehicle speed.
  • a return control gain calculation unit for calculating a return control gain by a control calculation, a limiter for limiting the maximum value of the return control gain, and correcting the base return control current with the output gain of the limiter and outputting the return control current This is achieved by being configured with a correction unit.
  • the return control gain calculation unit includes a subtraction unit for obtaining the target steering speed and a deviation of the steering speed, an inversion unit for inverting the deviation, and a positive or negative sign of the steering angle.
  • the return control gain calculation unit includes a subtraction unit that obtains a deviation between the target steering speed and the steering speed, an inversion unit that reverses the deviation, and a positive or negative steering angle.
  • the return control gain calculation unit includes a subtraction unit that calculates a deviation between the target steering speed and the steering speed, an inversion unit that reverses the deviation, and a correct steering angle.
  • a sign part for obtaining a positive or negative sign of the steering angle, a second reversing part for reversing the steering speed, a P control calculation and an I control calculation for the output of the first reversing part, and the second reversal D output control A control operation unit that subtracts the output of the D control operation from the output of the I control operation, adds the output of the P control to the subtraction result, and outputs the return control gain; and the return control gain Or a subtracting unit for calculating a deviation between the target steering speed and the steering speed, and a first inversion unit for inverting the deviation.
  • a sign part for obtaining a positive or negative sign of the steering angle, a second reversing part for reversing the steering speed, and an output of the first reversing part are subjected to I control calculation, and an output of the second reversing part is obtained.
  • the return control gain calculation unit includes a subtraction unit that obtains a deviation between the target steering speed and the steering speed, a first reversing unit that reverses the deviation, and a positive or negative steering angle.
  • a subtraction unit that calculates the deviation between the target steering speed and the steering speed, or a control calculation unit that outputs the return control gain by subtracting the output of A first reversing unit for reversing the deviation;
  • the sign part for obtaining a positive or negative sign of the rudder angle, the second reversing part for reversing the steering speed, and the output of the first reversing part are subjected to I control calculation, and the output of the second reversing part is P controlled.
  • a control arithmetic unit that calculates and subtracts the output of the P control arithmetic from the output of the I control arithmetic and outputs the return control gain, and a multiplication unit that multiplies the return control gain by the sign.
  • the maximum value is “1.0”
  • the correction unit is a multiplication unit, or the base return control current calculation unit is a vehicle speed sensitive type
  • the absolute value of the steering angle is 0. It is a point-symmetric parabolic characteristic that gradually increases in the positive and negative directions and gradually decreases when the absolute value exceeds a predetermined value, or the target steering speed calculation unit is a vehicle speed sensitive type.
  • the absolute value of the rudder angle is By being gradually increases point symmetry characteristics in the negative and positive directions in accordance with the greater are more effectively achieved.
  • P control calculation proportional control calculation
  • I control calculation integrated control calculation
  • D control calculation differential control calculation
  • the gain of the steering wheel return control is calculated by calculation using at least two control calculations
  • the compensation current is calculated by correcting (multiplying) the base return control current according to the steering angle with the gain. . Since the base return control current corresponds to the steering angle, even if the deviation between the target steering speed and the actual steering speed is large, if the absolute value of the base return control current is small, the absolute value of the final return control current is also small. Therefore, an appropriate return control current can be set.
  • the return control current increases or decreases according to the deviation between the target steering speed and the actual steering speed, it is possible to execute smooth steering wheel return control that follows the target steering speed.
  • the gain of the return control is accumulated by the integral gain.
  • only the output up to the base return control current can be obtained. It can be set so that there is no.
  • a return control current corresponding to the rudder angle is output when the steering angle is increased, giving the driver a feeling of reaction force of the resistance force according to the angle, instead of a viscous feeling of the resistance force according to the speed. Can do.
  • FIG. 1 is a structural diagram showing an outline of a general electric power steering apparatus. It is a block block diagram which shows an example of a control unit (ECU). It is a block diagram which shows the structural example of the electric power steering apparatus which concerns on this invention. It is a block diagram which shows the structural example of a steering wheel return control part. It is a characteristic view of the example of a characteristic of a base return control current calculating part. It is a characteristic view which shows the example of a characteristic of a target steering speed calculating part. It is a characteristic view which shows the example of a characteristic of an encoding part. It is a characteristic view which shows the example of a characteristic of a limiter. It is a flowchart which shows the operation example of this invention.
  • ECU control unit
  • FIG. 1 is a structural diagram showing an outline of a general electric power steering apparatus. It is a block block diagram which shows an example of a control unit (ECU). It is a block diagram which shows the structural example of the electric power steering apparatus which
  • the present invention is an electric power steering device that calculates a current command value based on a steering torque and a vehicle speed, drives a motor based on the current command value, and assists and controls a steering system by driving control of the motor.
  • the return control gain is calculated by a control calculation such as PI control calculation (proportional integral control calculation) according to the deviation of the actual steering speed, and the base return control current corresponding to the steering angle (vehicle speed) is corrected by the return control gain.
  • PI control calculation proportional integral control calculation
  • the base return control current corresponds to the steering angle, even if the deviation between the target steering speed and the actual steering speed is large, if the absolute value of the base return control current is small, the absolute value of the final return control current is also small. Therefore, an appropriate return control current can be set. In addition, since the magnitude of the return control current increases / decreases in accordance with the deviation between the target steering speed and the actual steering speed, smooth steering wheel return control that follows the target steering speed can be executed.
  • the return control gain value is accumulated by the integral gain, but by limiting the maximum value of the return control gain to “1.0”, only the output up to the base return control current can be obtained. It can be set like this. For this reason, a return control current corresponding to the rudder angle is output when the steering angle is increased, and the reaction force of the resistance force according to the rudder angle is given to the driver instead of the viscous feeling of the resistance force according to the speed. be able to.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the electric power steering apparatus according to the present invention corresponding to FIG. 2.
  • the steering control angle I, the steering speed ⁇ , and the vehicle speed Vel are inputted and the return control current Irc is set.
  • a steering wheel return control unit 100 for calculating and outputting is provided, a steering speed calculation unit 180 for calculating (differentiating) the steering speed ⁇ from the steering angle ⁇ , and a return control current Irc from the current command value Iref2 (correction).
  • a subtracting unit 181 for outputting the compensation current command value Iref3a.
  • the steering wheel return control unit 100 is configured as shown in FIG. 4, the steering angle ⁇ is input to the base return control current calculation unit 101 and the target steering speed calculation unit 102, and the vehicle speed Vel is also the base return control current calculation unit 101.
  • the base return control current calculation unit 101 and the target steering speed calculation unit 102 both have vehicle speed sensitive characteristics. As shown in FIG. 5, the characteristics of the base return control current calculation unit 101 increase in the positive direction (negative direction) as the steering angle ⁇ becomes larger (smaller) than 0, and gradually decrease when exceeding a predetermined positive / negative value. It is a parabolic point-symmetric property.
  • the characteristic of the target steering speed calculation unit 102 is a point-symmetric characteristic that gradually increases in the negative direction (positive direction) as the steering angle ⁇ becomes larger (smaller) than 0. That is, it is a point-symmetric characteristic that gradually increases in the negative and positive directions as the absolute value of the steering angle ⁇ becomes larger than zero.
  • the base return control current Irc calculated by the base return control current calculation unit 101 is input to the multiplication unit 107 as a correction unit, and the target steering speed ⁇ t calculated by the target steering speed calculation unit 102 is added to the subtraction unit 104. Is done.
  • the steering speed ⁇ is subtracted and input as an actual steering speed to the subtraction unit 104, and the deviation ⁇ e between the target steering speed ⁇ t and the steering speed ⁇ obtained by the subtraction unit 104 is input to the reversing unit 105, and the reversed deviation “ ⁇ e ′′ is input to the multiplier 106.
  • the steering angle ⁇ is input to the encoding unit 103, and the encoding unit 103 outputs a code SN that is “+1” on the positive side and “ ⁇ 1” on the negative side of the steering angle ⁇ as shown in FIG.
  • the sign unit 103, the subtracting unit 104, the inverting unit 105, the multiplying unit 106, and the PI control calculating unit 110 constitute a return control gain calculating unit.
  • the PI control calculation unit 110 includes a proportional (P) calculation unit 111 that performs proportional control calculation of the steering speed ⁇ c, an integration (I) calculation unit 112 that performs integral calculation of the steering speed ⁇ c, and an integral gain I as an output of the integration calculation unit 112. , And an addition unit 114 that adds the outputs of the proportional calculation unit 111 and the integral gain unit 113 and outputs a return control gain Gr.
  • the PI control calculation unit 110 is configured to output a steering speed ⁇ c. A control calculation is performed on the output and a return control gain Gr is output.
  • the return control gain Gr controlled and calculated by the PI control calculation unit 110 is limited to a maximum output value of “1.0” by the limiter having characteristics as shown in FIG.
  • the return control gain Gr limited to is input to the multiplier 107.
  • the multiplier 107 multiplies the base return control current Ibr and the return control gain Gr, and outputs a return control current Irc that is a multiplication result.
  • the return control current Irc is subtracted and input to the subtracting unit 181 to generate a compensation current command value Iref3a obtained by subtracting the return control current Irc from the current command value Iref2.
  • the steering angle ⁇ from the steering angle sensor 15 and the vehicle speed Vel from the vehicle speed sensor 12 are input and read (step S1), and the steering speed calculator 180 calculates (differentiates) the steering speed ⁇ from the steering angle ⁇ (step S2). ).
  • the steering angle ⁇ and the vehicle speed Vel may be input from CAN.
  • the base return control current calculation unit 101 calculates a base return control current Irc based on the steering angle ⁇ and the vehicle speed Vel, and inputs it to the multiplication unit 107 (step S3).
  • the target steering speed calculation unit 102 calculates the target steering speed ⁇ t based on the steering angle ⁇ and the vehicle speed Vel (step S4), and the subtraction unit 104 calculates the deviation ⁇ e between the steering speed (actual steering speed) ⁇ and the target steering speed ⁇ t. (Step S5), the inversion unit 105 inverts the deviation ⁇ e and inputs the deviation “ ⁇ e” to the multiplication unit 106 (step S6).
  • the sign unit 103 calculates a sign for the steering angle ⁇ (step S7), the multiplier 106 multiplies the deviation “ ⁇ e” by the sign SN (step S8), and performs PI control on the deviation ⁇ c given the sign. Input to the arithmetic unit 110.
  • the PI control calculation unit 110 performs a proportional control calculation by the proportional calculation unit 111 and an integration control calculation by the integral calculation unit 112 and the integral gain unit 113, and an addition unit 114 adds the proportional control calculation and the integral control calculation.
  • the return control gain Gr is output from the adder 114 (step S9).
  • the return control gain Gr is limited to a maximum value of “1.0” by the limiter 108 and input to the multiplication unit 107.
  • the return control gain Gr is used to correct (multiply) the base return control current Ibr and output the return control current Irc. (Step S10).
  • the return control current Irc is subtracted and input to the subtracting unit 181 to generate a compensated current command value Iref3a by subtracting the return control current Irc (step S11). Thereafter, the same steering control as described above is performed.
  • the base return control current Ibr is calculated in accordance with the steering angle ⁇ and the vehicle speed Vel, whereby the SAT (self-aligning torque) is small and the return control current is in a vehicle state where the steering wheel return is poor.
  • the return control current Irc can be reduced.
  • the steering wheel return control is not performed in a vehicle speed range such as a stationary stop where the steering wheel return control is not required.
  • the steering angle ⁇ is defined as positive and the target steering speed ⁇ t is defined as negative as shown in FIG.
  • the sign of the deviation ⁇ e is inverted and multiplied by the sign SN of the steering angle ⁇ , when the steering angle ⁇ and the steering speed ⁇ match, the deviation ⁇ c after the sign is applied is faster than the target steering speed ⁇ t. Positive when returning at the steering speed, and negative when returning at the steering speed slower than the target steering speed ⁇ t.
  • the return control gain Gr When the return control gain Gr is obtained by the PI control calculation unit 110 by inputting the deviation ⁇ c after the sign is added, the return control gain Gr increases in the negative direction as the steering speed ⁇ is faster than the target steering speed ⁇ t, and the target steering speed ⁇ t The slower it becomes, the larger it becomes in the positive direction.
  • the return control current Irc is obtained by multiplying and correcting the base return control current Ibr by the return control gain Gr.
  • the return control current Irc changes (increases / decreases) in accordance with the deviation ⁇ e, and when the steering is slower than the target steering speed ⁇ t, the return assist torque for returning to the center (neutral point) is large and is slower than the target steering speed ⁇ t. Outputs a brake torque for reducing the assist torque or reducing the speed.
  • the return control gain Gr is obtained from the deviation ⁇ e by the PI control calculation unit 110 and the return control current Irc is changed in magnitude, it is possible to realize a smooth steering wheel return for control to return at the target steering speed ⁇ t. it can. Further, the maximum value of the return control gain Gr is limited by the limiter 108 and then multiplied by the base return control current Ibr, so that the upper limit value of the limiter 108 is multiplied by 1.
  • the steering is increased and the steering angle ⁇ is positive, the steering speed ⁇ is positive.
  • the target steering speed ⁇ t is negative, and the deviation ⁇ e is always negative because the positive steering speed ⁇ is subtracted from the negative target steering speed ⁇ t.
  • the integral value of the PI control calculation unit 110 is accumulated in the positive direction.
  • the base return control current Ibr is output as it is as the return control current Irc.
  • the return control current Irc is output as a compensation amount corresponding to the steering angle ⁇ and the vehicle speed Vel at the time of increase, and the steering speed ⁇ is not related to the compensation amount. It is possible to make the driver feel a typical road reaction force.
  • the deviation “ ⁇ e” is multiplied by the code SN in the multiplication unit 106 and input to the PI control calculation unit 110.
  • the deviation “ ⁇ e” is directly input to the PI control calculation unit 110, and the multiplication unit 109 multiplies the return control gain Gr from the PI control calculation unit 110 by the code SN to the limiter 108. You may make it input.
  • the embodiment of FIG. 10 adds a differential (D) control calculation to the configuration of the PI control calculation unit 110 of FIG. 4 to form a PID control calculation unit 120, deletes the multiplication unit 106, and instead of the PID control calculation unit 120.
  • a multiplication unit 109 for multiplying the output unit by the code SN is provided. That is, as a D control calculation, a differential (D) calculation unit 121 that performs a differential calculation of the steering speed ⁇ c, and a differential gain unit 122 that multiplies the output of the differential calculation unit 121 by a differential gain D, and an output of the differential gain unit 122 is provided.
  • the outputs of the proportional calculation unit 111 and the integral gain unit 113 are added by the adding unit 123 to output a return control gain Gr.
  • the multiplication unit 109 multiplies the return control gain Gr by the code SN and inputs the multiplication result to the limiter 108.
  • the encoding unit 103, the subtracting unit 104, the inverting unit 105, the multiplying unit 109, and the PID control calculating unit 120 constitute a return control gain calculating unit.
  • the embodiment of FIG. 11 is a PI-D control calculation unit in which a D-preceding control calculation is added to the PI control calculation, and includes a PI control calculation unit 110 and a D control calculation unit 130 as the control calculation unit.
  • a multiplication unit 109 is provided at the output unit of the PI control calculation unit 110.
  • an inversion unit 105A for inverting the steering speed ⁇ is provided, and the inverted steering speed ⁇ is differentiated by the differential operation unit 131 in the D control operation unit 130, and further, the differential gain unit 132 performs the differential gain D. The result is subtracted and input to the subtraction unit 115 in the PI control calculation unit 110.
  • the result of the integral calculation is added to the subtractor 115, and the difference is added to the result of the proportional calculation by the adder 114 to output the return control gain Gr.
  • the return control gain Gr is multiplied by the code SN in the multiplier 109 and input to the limiter 108.
  • the deviation “ ⁇ e” is multiplied by the code SN in the multiplication unit 106 and input to the I control calculation unit 140, and the steering speed “ ⁇ ” is multiplied by the code SN in the multiplication unit 106A.
  • the multiplication unit 109 is provided at the output unit of the I control calculation unit 140 as shown by the broken line in FIG. 13 and the deviation “ ⁇ e” is directly input to the I control calculation unit 140.
  • the steering speed “ ⁇ ” is directly input to the P control calculation unit 160, and the multiplication unit 109 multiplies the return control gain Gr from the I control calculation unit 140 by the code SN and inputs it to the limiter 108. Also good.
  • the encoder 103, the subtractor 104, the inverters 105 and 105A, the multipliers 106 and 106A (or 109), the I control calculator 140, and the P control calculator 160 constitute a return control gain calculator. Yes.

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Abstract

本願発明の課題は、舵角及び操舵速度に応じた戻し制御電流を演算して電流指令値を補償することで、直進状態に戻す走行状態においてハンドルを積極的に中立点に戻すことが可能な電動パワーステアリング装置を提供することである。本願発明は、舵角(θ)、車速(Vel)及び操舵速度(ω)によって戻し制御電流(Irc)を演算し、戻し制御電流を電流指令値から減算した補償電流指令値でモータを駆動するハンドル戻し制御部(100)を備える。前記ハンドル戻し制御部(100)は、ベース戻し制御電流(Ibr)を演算するベース戻し制御電流演算部(101)と、目標操舵速度(ωt)を演算する目標操舵速度演算部(102)と、目標操舵速度(ωt)及び操舵速度(ω)の偏差を求めて符号処理すると共に制御演算によって戻し制御ゲイン(Gr)を演算する戻し制御ゲイン演算部と、戻し制御ゲイン(Gr)の最大値を制限するリミッタ(108)と、リミッタの出力ゲイン(Grl)でベース戻し制御電流(Ibr)を補正して戻し制御電流(Irc)を出力する補正部(107)とで構成される。

Description

電動パワーステアリング装置
 本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、電流指令値に基づいてモータを駆動し、モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、特に舵角に応じた戻し制御電流で電流指令値を補償することにより、直進状態に戻す走行状態においてハンドル(ステアリングホイール)を積極的に中立点に戻すことが可能な電動パワーステアリング装置に関する。
 車両のステアリング装置をモータの回転力でアシスト制御する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を、減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク(操舵補助トルク)を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデュ-ティ比の調整で行っている。
 電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、ハンドル1の操舵トルクを検出するトルクセンサ10が設けられており、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット(ECU)30には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号が入力される。また、コラム軸2には操舵角を検出するための舵角センサ15が配設されており、舵角センサ15で検出された舵角θはコントロールユニット30に入力される。コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクThと車速センサ12で検出された車速Velとに基づいてアシスト(操舵補助)指令となる電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御値Eによってモータ20に供給する電流を制御する。なお、車速VelはCAN(Controller Area Network)等から受信することも可能である。
 コントロールユニット30は主としてCPU(MPUやMCUも含む)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図2のようになる。
 図2を参照してコントロールユニット30の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTr、車速センサ12で検出された車速Velは、電流指令値Iref1を演算する電流指令値演算部31に入力される。電流指令値演算部31は、入力された操舵トルクTr、車速Velに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ20に供給する電流の制御目標値である電流指令値Iref1を演算する。電流指令値演算部31は、操舵系の安定性を高めるための位相補償部、アシスト特性不感帯での安定性確保、静摩擦の補償を行うセンター応答性改善部、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ずれを補償するロバスト安定化補償部等を具備していても良い。
 電流指令値Iref1は加算部32Aを経て電流制限部33に入力され、最大電流を制限された電流指令値Iref3が減算部32Bに入力され、フィードバックされているモータ電流値Imとの偏差Iref4(=Iref3-Im)が演算され、その偏差Iref4が、操舵動作の特性改善のための電流制御部であるPI制御部35に入力される。PI制御部35で特性改善された電圧制御値EがPWM制御部36に入力され、更に駆動部としてのインバータ37を介してモータ20がPWM駆動される。モータ20の電流値Imはモータ電流検出器38で検出され、減算部32Bにフィードバックされる。インバータ37は駆動素子としてFETが用いられ、FETのブリッジ回路で構成されている。
なお、電流制限部33は必須のものではない。
 また、加算部32Aには補償部34からの補償信号CMが加算されており、補償信号CMの加算によってシステム系の補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償部34は、セルフアライニングトルク(SAT)343と慣性342を加算部344で加算し、その加算結果に更に収れん性341を加算部345で加算し、加算部345の加算結果を補償信号CMとしている。
 このような電動パワーステアリング装置において、アシスト力を伝達するための減速ギアやピニオンラック機構の摩擦により動作が阻害され、直進状態に戻したい走行状態であるにも拘わらず、ハンドルが中立点まで戻らず、車両が直進状態になり難いことがある。
 ハンドル戻り時のアシスト特性を制御するための先行技術として特許第4872298号公報(特許文献1)に開示されているハンドル戻り制御がある。特許文献1に開示されている制御構成は、舵角、車速及び操舵トルクから目標操舵速度を算出し、実操舵速度と目標操舵速度の偏差に応じて補償電流を算出している。
特許第4872298号公報 特開2007-99053号公報
 ハンドル戻し制御において、舵角から算出される目標操舵速度は一般的に舵角が大きくなるほど目標操舵速度が大きくなるように設定される。しかしながら、例えば旋回運転中に、運転者は舵角が大きい領域で実操舵速度が小さい操舵をしようとする。このとき、目標操舵速度と実操舵速度の偏差が大きくなるため、戻し制御の出力も大きくなる傾向にあり、運転者はハンドル戻され感が強い車両特性に感じてしまう。また、切り増し操舵時には偏差により補償電流が出力されるため、補償出力は操舵速度に応じても変化する。これにより、運転者は擬似的な粘性摩擦を感じることになるが、切り増し時にハンドル戻り制御によって粘性摩擦感を得ることは必ずしも必要でない。
 特許文献1のハンドル戻し制御では、運転者の操舵トルクに応じて目標操舵速度を下げることで上述の問題を回避しているが、急操舵をした場合などには、一時的に操舵トルクが大小に変化することがあり、そのような場合には補償量の急変が発生することで操舵違和感として感じられる問題がある。
 また、特開2007-99053号公報(特許文献2)にもハンドル戻し制御技術が開示されているが、目標操舵速度と実操舵速度の偏差を戻し制御に使用していないので、操舵速度を制御できない問題がある。
 本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、舵角及び操舵速度に応じた戻し制御電流を演算して電流指令値を補償することで、直進状態に戻す走行状態においてハンドルを積極的に中立点に戻すことが可能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。
 本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、舵角、前記車速及び操舵速度によって戻し制御電流を演算し、前記戻し制御電流を前記電流指令値から減算した補償電流指令値で前記モータを駆動するハンドル戻し制御部を備え、前記ハンドル戻し制御部が、舵角及び前記車速に基づいてベース戻し制御電流を演算するベース戻し制御電流演算部と、前記舵角及び前記車速に基づいて目標操舵速度を演算する目標操舵速度演算部と、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求めて符号処理すると共に、P制御演算、I制御演算、D制御演算の少なくとも2つの制御演算によって戻し制御ゲインを演算する戻し制御ゲイン演算部と、前記戻し制御ゲインの最大値を制限するリミッタと、前記リミッタの出力ゲインで前記ベース戻し制御電流を補正して前記戻し制御電流を出力する補正部とで構成されることにより達成される。
 本発明の上記目的は、前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部からの反転偏差に前記符号を乗算する乗算部と、前記乗算部の出力をP制御演算及びI制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部の出力をP制御演算及びI制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部の出力をP制御演算、I制御演算及びD制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第1反転部の出力をP制御演算及びI制御演算し、前記第2反転部の出力をD制御演算し、前記I制御演算の出力から前記D制御演算の出力を減算し、その減算結果に前記P制御の出力を加算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第1反転部の出力をI制御演算し、前記第2反転部の出力をP制御演算及びD制御演算し、前記I制御の出力から前記P制御演算及びD制御演算の加算結果を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記第1反転部からの反転偏差に前記符号を乗算する第1乗算部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第2反転部からの反転操舵速度に前記正負符号を乗算する第2乗算部と、前記第1乗算部の出力をI制御演算し、前記第2乗算部の出力をP制御演算し、前記I制御演算の出力から前記P制御演算の出力を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部とで構成されていることにより、或いは前記戻し制御ゲイン演算部が、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第1反転部の出力をI制御演算し、前記第2反転部の出力をP制御演算し、前記I制御演算の出力から前記P制御演算の出力を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されていることにより、或いは前記最大値が“1.0”であり、前記補正部が乗算部であることにより、或いは前記ベース戻し制御電流演算部が車速感応型であり、前記舵角の絶対値が0より大きくなるに従って正及び負方向に徐々に大きくなり、前記絶対値が所定値を超えると徐々に小さくなる点対称の放物線状特性であることにより、或いは目標操舵速度演算部が車速感応型であり、前記舵角の絶対値が0より大きくなるに従って負及び正方向に徐々に大きくなる点対称特性であることにより、より効果的に達成される。
 本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、目標操舵速度と実操舵速度の偏差に応じてP制御演算(比例制御演算)、I制御演算(積分制御演算)、D制御演算(微分制御演算)の少なくとも2つの制御演算を用いた演算によりハンドル戻し制御のゲインを演算し、そのゲインで舵角に応じたベース戻し制御電流を補正(乗算)することで補償電流を演算するようになっている。舵角に応じたベース戻し制御電流となっているため、目標操舵速度と実操舵速度の偏差が大きい場合でも、ベース戻し制御電流の絶対値が小さければ最終的な戻し制御電流の絶対値も小さくなるため、適度な戻し制御電流に設定することができる。しかも、目標操舵速度と実操舵速度の偏差に応じて戻し制御電流が増減するため、目標操舵速度に追従した滑らかなハンドル戻し制御を実行することができる。
 また、切り増し操舵では戻し制御のゲインが積分ゲインにより蓄積されるが、本発明では、戻し制御ゲインの値を制限(最大値=1.0)することで、ベース戻し制御電流までの出力しかないような設定にすることができる。このため、切り増し時には、舵角に応じた戻し制御電流が出力されることとなり、速度に応じた抵抗力の粘性感ではなく、角度に応じた抵抗力の反力感を運転者に与えることができる。
一般的な電動パワーステアリング装置の概略を示す構造図である。 コントロールユニット(ECU)の一例を示すブロック構成図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成例を示すブロック図である。 ハンドル戻し制御部の構成例を示すブロック図である。 ベース戻し制御電流演算部の特性例を特性図である。 目標操舵速度演算部の特性例を示す特性図である。 符号部の特性例を示す特性図である。 リミッタの特性例を示す特性図である。 本発明の動作例を示すフローチャートである。 ハンドル戻し制御部の他の構成例を示すブロック図である。 ハンドル戻し制御部の更に他の構成例を示すブロック図である。 ハンドル戻し制御部の更に他の構成例を示すブロック図である。 ハンドル戻し制御部の更に他の構成例を示すブロック図である。
 本発明は、操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、電流指令値に基づいてモータを駆動し、モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置であり、目標操舵速度と実操舵速度の偏差に応じてPI制御演算(比例積分制御演算)等の制御演算により戻し制御ゲインを演算し、その戻し制御ゲインで、舵角(車速)に応じたベース戻し制御電流を補正(乗算)することで、電流指令値補償用の戻し制御電流を演算するようになっている。舵角に応じたベース戻し制御電流となっているため、目標操舵速度と実操舵速度の偏差が大きい場合でも、ベース戻し制御電流の絶対値が小さければ最終的な戻し制御電流の絶対値も小さくなるため、適度な戻し制御電流に設定することができる。しかも、目標操舵速度と実操舵速度の偏差に応じて戻し制御電流の大きさが増減するため、目標操舵速度に追従した滑らかなハンドル戻し制御を実行することができる。
 また、ハンドルの切り増し操舵では、戻し制御ゲインの値が積分ゲインにより蓄積されるが、戻し制御ゲインの最大値を“1.0”に制限することで、ベース戻し制御電流までの出力しかないような設定にすることができる。このため、切り増し時には、舵角に応じた戻し制御電流が出力されることとなり、速度に応じた抵抗力の粘性感ではなく、舵角に応じた抵抗力の反力感を運転者に与えることができる。
 以下に本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
 図3は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の構成例を図2に対応させて示すブロック図であり、本発明では舵角θ、操舵速度ω及び車速Velを入力して戻し制御電流Ircを演算して出力するハンドル戻し制御部100が設けられていると共に、舵角θから操舵速度ωを演算(微分)する操舵速度演算部180と、電流指令値Iref2から戻し制御電流Ircを減算(補正)して補償電流指令値Iref3aを出力する減算部181とが設けられている。
 ハンドル戻し制御部100は図4に示すような構成となっており、舵角θはベース戻し制御電流演算部101及び目標操舵速度演算部102に入力され、車速Velもベース戻し制御電流演算部101及び目標操舵速度演算部102に入力されており、ベース戻し制御電流演算部101及び目標操舵速度演算部102はいずれも車速感応の特性になっている。ベース戻し制御電流演算部101の特性は図5に示すように、舵角θが0より大きく(小さく)なるに従って正方向(負方向)に大きくなり、正負の所定値を超えると徐々に小さくなる放物線状の点対称特性である。つまり、舵角θの絶対値が0より大きくなるに従って正及び負方向に徐々に大きくなり、絶対値が所定値を超えると徐々に小さくなる点対称の放物線状特性である。また、目標操舵速度演算部102の特性は図6に示すように、舵角θが0より大きく(小さく)なるに従って負方向(正方向)に徐々に大きくなる点対称特性である。つまり、舵角θの絶対値が0より大きくなるに従って負及び正方向に徐々に大きくなる点対称特性である。
 ベース戻し制御電流演算部101で演算されたベース戻し制御電流Ircは、補正部としての乗算部107に入力され、目標操舵速度演算部102で演算された目標操舵速度ωtは減算部104に加算入力される。減算部104には操舵速度ωが実操舵速度として減算入力されており、減算部104で求められた目標操舵速度ωtと操舵速度ωの偏差ωeは反転部105に入力され、反転された偏差“-ωe”は乗算部106に入力される。
 また、舵角θは符号部103に入力され、符号部103は図7に示すように舵角θの正側で「+1」、負側で「-1」となる符号SNを出力する。符号SNは乗算部106に入力され、反転された偏差“-ωe”と乗算され、乗算部106で乗算された操舵速度ωc(=SN・(-ωe))は、制御演算部としてのPI制御演算部110に入力される。なお、符号部103、減算部104、反転部105、乗算部106及びPI制御演算部110で戻し制御ゲイン演算部を構成している。
 PI制御演算部110は、操舵速度ωcを比例制御演算する比例(P)演算部111と、操舵速度ωcを積分演算する積分(I)演算部112と、積分演算部112の出力に積分ゲインIを乗算する積分ゲイン部113と、比例演算部111及び積分ゲイン部113の出力を加算して戻し制御ゲインGrを出力する加算部114とで構成されており、PI制御演算部110は操舵速度ωcに対して制御演算を行って戻し制御ゲインGrを出力する。
 PI制御演算部110で制御演算された戻し制御ゲインGrは、図8に示すような特性を有するリミッタ108で最大出力値を“1.0”に制限され、最大出力値を“1.0”に制限された戻し制御ゲインGrが乗算部107に入力される。乗算部107では、ベース戻し制御電流Ibrと戻し制御ゲインGrを乗算し、乗算結果である戻し制御電流Ircを出力する。戻し制御電流Ircは減算部181に減算入力され、電流指令値Iref2から戻し制御電流Ircが減算された補償電流指令値Iref3aが生成される。
 このような構成において、その動作例を図9のフローチャートを参照して説明する。
 先ず舵角センサ15から舵角θ、車速センサ12から車速Velを入力して読取り(ステップS1)、操舵速度演算部180は舵角θから操舵速度ωを演算(微分)して求める(ステップS2)。なお、舵角θ、車速VelはCANから入力してもよい。
 ベース戻し制御電流演算部101は舵角θ及び車速Velに基づいてベース戻し制御電流Ircを演算し、乗算部107に入力する(ステップS3)。また、目標操舵速度演算部102は舵角θ及び車速Velに基づいて目標操舵速度ωtを演算し(ステップS4)、減算部104は操舵速度(実操舵速度)ωと目標操舵速度ωtの偏差ωeを演算し(ステップS5)、反転部105は偏差ωeを反転して偏差“-ωe”を乗算部106に入力する(ステップS6)。
 また、符号部103は舵角θについての符号を算出し(ステップS7)、乗算部106において偏差“-ωe”に符号SNを乗算し(ステップS8)、符号を付与された偏差ωcをPI制御演算部110に入力する。PI制御演算部110は、比例演算部111による比例制御演算と、積分演算部112及び積分ゲイン部113による積分制御演算とを行い、比例制御演算と積分制御演算の加算を加算部114で行い、加算部114より戻し制御ゲインGrを出力する(ステップS9)。戻し制御ゲインGrはリミッタ108で最大値を“1.0”に制限されて乗算部107に入力され、戻し制御ゲインGrでベース戻し制御電流Ibrを補正(乗算)して戻し制御電流Ircを出力する(ステップS10)。戻し制御電流Ircは減算部181に減算入力され、戻し制御電流Ircを減算されて補償された電流指令値Iref3aが生成され(ステップS11)、以降は前述と同様な操舵制御が実施される。
 上述のように本発明では、舵角θ、車速Velに応じてベース戻し制御電流Ibrを演算しており、これによりSAT(セルフアライニングトルク)が小さく、ハンドル戻りが悪い車両状態では戻し制御電流Ircを大きく、SATが大きくハンドルが戻る車両状態では戻し制御電流Ircを小さくすることができる。また、ハンドル戻し制御が必要とされない据え切りなどの車速域では、ハンドル戻し制御を実施しないようにしている。
 目標操舵速度ωtはハンドル戻し操舵時の目標速度であるため、図6に示されるように舵角θが正で目標操舵速度ωtは負と定義される。偏差ωeの符号を反転し、舵角θの符号SNを乗算することで、舵角θと操舵速度ωが一致している場合には、符号付与後の偏差ωcは目標操舵速度ωtよりも速い操舵速度で戻っている場合には正、目標操舵速度ωtよりも遅い操舵速度で戻っている場合には負となる。符号付与後の偏差ωcを入力してPI制御演算部110によって戻し制御ゲインGrを求めると、戻し制御ゲインGrは操舵速度ωが目標操舵速度ωtより速いほど負の方向に大きく、目標操舵速度ωtより遅いほど正の方向に大きくなる。ベース戻し制御電流Ibrに戻し制御ゲインGrを乗算して補正することにより戻し制御電流Ircを求める。戻し制御電流Ircは偏差ωeに応じて大小変化(増減)し、目標操舵速度ωtよりも遅い操舵ではセンター(中立点)に戻すための戻しアシストトルクを大きく、目標操舵速度ωtよりも遅い場合にはアシストトルクを小さく、或いは速度を遅くするためのブレーキトルクとして出力する。
 本発明では、偏差ωeからPI制御演算部110によって戻し制御ゲインGrを求め、戻し制御電流Ircを大小変化させるため、目標操舵速度ωtで戻るように制御するため滑らかなハンドル戻しを実現することができる。更に、戻し制御ゲインGrはリミッタ108で最大値を制限された後にベース戻し制御電流Ibrに乗算し、リミッタ108の上限値を1倍としている。切り増し操舵を行うと舵角θが正の場合、操舵速度ωは正である。そのとき、目標操舵速度ωtは負であり、偏差ωeは負の目標操舵速度ωtから正の操舵速度ωを減算するため必ず負となる。符号付与後の偏差は反転し、舵角θの符号SNを乗算するため正となる。従って、PI制御演算部110の積分値が正方向に蓄積していく。PI制御演算の後段にリミッタ108を設けることで、戻し制御ゲインGrが上限値(=1.0)で張り付くことになる。この結果、ベース戻し制御電流Ibrがそのまま戻し制御電流Ircとして出力される。これにより、切り増し時は戻し制御電流Ircは舵角θ、車速Velに応じた補償量として出力されることになり、操舵速度ωが補償量に関連しないため、粘性感を感じさせることなく擬似的な路面反力を運転者に感じさせることができる。
 なお、図4では、偏差“-ωe”を乗算部106において符号SNと乗算してPI制御演算部110に入力しているが、図4の破線で示すように乗算部109をPI制御演算部110の出力部に設けると共に、偏差“-ωe”をPI制御演算部110に直接入力し、乗算部109において、PI制御演算部110からの戻し制御ゲインGrに符号SNを乗算してリミッタ108に入力するようにしても良い。
 図10~図13は、ハンドル戻し制御部100の戻し制御ゲイン演算部の他の構成例を図4と対応させて示している。以下に、各実施形態を説明する。
 図10の実施形態は、図4のPI制御演算部110の構成に微分(D)制御演算を付加してPID制御演算部120とし、乗算部106を削除し、代わりにPID制御演算部120の出力部に符号SNを乗算する乗算部109を設けたものである。即ち、D制御演算として、操舵速度ωcを微分演算する微分(D)演算部121と、微分演算部121の出力に微分ゲインDを乗算する微分ゲイン部122とを設け、微分ゲイン部122の出力、比例演算部111及び積分ゲイン部113の出力を加算部123で加算して戻し制御ゲインGrを出力するようになっている。そして、乗算部109において、戻し制御ゲインGrに符号SNを乗算してリミッタ108に入力している。
 本実施形態では、符号部103、減算部104、反転部105、乗算部109及びPID制御演算部120で戻し制御ゲイン演算部を構成している。
 本実施形態では、微分(D)制御が偏差の変化量によって制御ゲインを可変させるため、偏差の変化量が大きい場合に戻し制御ゲインが大きくなる。従って、微分(D)制御が追加されることによって、目標操舵速度に対する制御即応性を改善することができる。
 図11の実施形態は、PI制御演算にD先行型制御演算を付加したPI-D制御演算部としたものであり、制御演算部としてPI制御演算部110とD制御演算部130とが備えられており、PI制御演算部110の出力部に乗算部109が設けられている。また、操舵速度ωを反転する反転部105Aが設けられており、反転された操舵速度-ωがD制御演算部130内の微分演算部131で微分演算され、更に微分ゲイン部132で微分ゲインDを乗算され、その結果がPI制御演算部110内の減算部115に減算入力される。減算部115には積分演算の結果が加算入力されており、その差が加算部114で比例演算の結果と加算されて戻し制御ゲインGrを出力するようになっている。戻し制御ゲインGrは乗算部109で符号SNと乗算されてリミッタ108に入力される。
 本実施形態では、符号部103、減算部104、反転部105及び105A、乗算部109、PID制御演算部110、D制御演算部130で戻し制御ゲイン演算部を構成している。
 本実施形態に係る微分先行型PID制御は、微分(D)制御の入力信号を偏差ではなく操舵速度にすることにより、目標操舵速度が急変した場合でも微分(D)制御の出力が変動し、戻し制御ゲインが急変することを防止すると共に、外乱による操舵速度変化には微分(D)制御を利かせるようにしているので、滑らかなハンドル戻し制御が可能となる。
 図12の実施形態は、I制御演算にPD先行型制御演算を付加したI-PD制御演算部としたものであり、制御演算部としてI制御演算部140とPD制御演算部150とが設けられている。また、図11の実施形態と同様に、反転部105Aが設けられており、反転された操舵速度-ωを、PD制御演算部150内の比例演算部154でP制御演算すると共に、微分演算部152で微分演算し、更に微分ゲイン部153で微分ゲインDを乗算し、加算部155で比例演算結果及び微分演算結果を加算する。加算部155の加算結果は、I制御演算部140内の減算部143に減算入力される。また、反転部105からの操舵速度-ωeはI制御演算部140内の積分演算部141で積分演算され、更に積分ゲイン部142で積分ゲインIを乗算され、減算部143に加算入力される。減算部143は、I制御演算部140の積分演算結果からPD制御演算部150の結果を減算して戻し制御ゲインGrを出力するようになっている。戻し制御ゲインGrは乗算部109で符号SNと乗算されてリミッタ108に入力される。
 本実施形態では、符号部103、減算部104、反転部105及び105A、乗算部109、I制御演算部140、PD制御演算部150で戻し制御ゲイン演算部を構成している。
 本実施形態に係る比例微分先行型PID制御は、微分(D)制御の入力信号を偏差ではなく操舵速度にすることにより、目標操舵速度が急変した場合でも比例(P)制御、微分(D)制御の各出力が変動し、戻し制御ゲインが急変することを防止すると共に、外乱による操舵速度変化には比例(P)制御及び微分(D)制御を利かせるようにしているので、滑らかなハンドル戻し制御が可能となる。
 図13の実施形態は、I制御演算にP先行型制御演算を付加したI-P制御演算部としたものであり、制御演算部としてI制御演算部140とP制御演算部160とが設けられている。図11の実施形態と同様に、反転部105A及び乗算部106Aが設けられており、乗算部106Aの乗算結果をP制御演算部160内の比例演算部161で比例演算し、I制御演算部140内の減算部143に減算入力する。また、操舵速度ωcはI制御演算部140内の積分演算部141で積分演算され、更に積分ゲイン部142で積分ゲインIを乗算され、減算部143に加算入力される。減算部143は、I制御演算部140の積分演算結果からPD制御演算部150の結果を減算して戻し制御ゲインGrを出力するようになっている。
 なお、図13では、偏差“-ωe”を乗算部106において符号SNと乗算してI制御演算部140に入力すると共に、操舵速度“-ω”を乗算部106Aにおいて符号SNと乗算してP制御演算部160に入力しているが、図13の破線で示すように乗算部109をI制御演算部140の出力部に設けると共に、偏差“-ωe”をI制御演算部140に直接入力すると共に、操舵速度“-ω”をP制御演算部160に直接入力し、乗算部109において、I制御演算部140からの戻し制御ゲインGrに符号SNを乗算してリミッタ108に入力するようにしても良い。
 本実施形態では、符号部103、減算部104、反転部105及び105A、乗算部106及び106A(又は109)、I制御演算部140、P制御演算部160で戻し制御ゲイン演算部を構成している。
 本実施形態に係る比例先行型PI制御は微分(D)制御がないため、制御ロジックを簡略化できると共に、比例(P)制御の入力信号を偏差ではなく操舵速度にすることにより、目標操舵速度が急変した場合でも比例(P)制御の出力が変動し、戻し制御ゲインが急変することを防止し、外乱による操舵速度変化には比例(P)制御を利かせるようにしているので、滑らかなハンドル戻し制御が可能となる。
1        ハンドル(ステアリングホイール)
2        コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
3        減速ギア
10       トルクセンサ
11       イグニションキー
12       車速センサ
13       バッテリ
15       舵角センサ
20       モータ
30       コントロールユニット(ECU)
100      ハンドル戻し制御部
101      ベース戻し制御電流演算部
102      目標操舵速度演算部
103      符号部
105,105A 反転部
108      リミッタ
110      PI制御演算部
120      PID制御演算部
130      D制御演算部
140      I制御演算部
150      PD制御演算部
160      P制御演算部
180      操舵速度演算部

Claims (11)

  1. 操舵トルク及び車速に基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動し、前記モータの駆動制御によって操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
    舵角、前記車速及び操舵速度によって戻し制御電流を演算し、前記戻し制御電流を前記電流指令値から減算した補償電流指令値で前記モータを駆動するハンドル戻し制御部を備え、
    前記ハンドル戻し制御部が、
    舵角及び前記車速に基づいてベース戻し制御電流を演算するベース戻し制御電流演算部と、前記舵角及び前記車速に基づいて目標操舵速度を演算する目標操舵速度演算部と、前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求めて符号処理すると共に、P制御演算、I制御演算、D制御演算の少なくとも2つの制御演算によって戻し制御ゲインを演算する戻し制御ゲイン演算部と、前記戻し制御ゲインの最大値を制限するリミッタと、前記リミッタの出力ゲインで前記ベース戻し制御電流を補正して前記戻し制御電流を出力する補正部とで構成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 前記戻し制御ゲイン演算部が、
    前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部からの反転偏差に前記符号を乗算する乗算部と、前記乗算部の出力をP制御演算及びI制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記戻し制御ゲイン演算部が、
    前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部の出力をP制御演算及びI制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
  4. 前記戻し制御ゲイン演算部が、
    前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記反転部の出力をP制御演算、I制御演算及びD制御演算して加算することにより前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
  5. 前記戻し制御ゲイン演算部が、
    前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第1反転部の出力をP制御演算及びI制御演算し、前記第2反転部の出力をD制御演算し、前記I制御演算の出力から前記D制御演算の出力を減算し、その減算結果に前記P制御の出力を加算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
  6. 前記戻し制御ゲイン演算部が、
    前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第1反転部の出力をI制御演算し、前記第2反転部の出力をP制御演算及びD制御演算し、前記I制御の出力から前記P制御演算及びD制御演算の加算結果を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
  7. 前記戻し制御ゲイン演算部が、
    前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記第1反転部からの反転偏差に前記符号を乗算する第1乗算部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第2反転部からの反転操舵速度に前記正負符号を乗算する第2乗算部と、前記第1乗算部の出力をI制御演算し、前記第2乗算部の出力をP制御演算し、前記I制御演算の出力から前記P制御演算の出力を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
  8. 前記戻し制御ゲイン演算部が、
    前記目標操舵速度及び前記操舵速度の偏差を求める減算部と、前記偏差を反転する第1反転部と、前記舵角の正又は負の符号を求める符号部と、前記操舵速度を反転する第2反転部と、前記第1反転部の出力をI制御演算し、前記第2反転部の出力をP制御演算し、前記I制御演算の出力から前記P制御演算の出力を減算して前記戻し制御ゲインを出力する制御演算部と、前記戻し制御ゲインに前記符号を乗算する乗算部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
  9. 前記最大値が“1.0”であり、前記補正部が乗算部である請求項1乃至8のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  10. 前記ベース戻し制御電流演算部が車速感応型であり、前記舵角の絶対値が0より大きくなるに従って正及び負方向に徐々に大きくなり、前記絶対値が所定値を超えると徐々に小さくなる点対称の放物線状特性である請求項1乃至9のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
  11. 目標操舵速度演算部が車速感応型であり、前記舵角の絶対値が0より大きくなるに従って負及び正方向に徐々に大きくなる点対称特性である請求項1乃至10のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
     
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