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JP2014054885A - Electric power steering device - Google Patents

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JP2014054885A
JP2014054885A JP2012199833A JP2012199833A JP2014054885A JP 2014054885 A JP2014054885 A JP 2014054885A JP 2012199833 A JP2012199833 A JP 2012199833A JP 2012199833 A JP2012199833 A JP 2012199833A JP 2014054885 A JP2014054885 A JP 2014054885A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power steering device that facilitates tuning, can prevent brake judder or brake shimmy to obtain safe and comfortable steering performance, and in an automatic steering mode, enables proper steering according to a calculated target steering angle and enables smooth steering even at a steep target steering angle, and even at slow vehicle speed enables steering according to the target steering angle by increasing responsiveness or steady state deviation.SOLUTION: An electric power steering device comprises: a steering angle control portion 200 for calculating a motor-current command value; and a switched portion 142. The steering angle control portion 200 is composed of: a feed back control portion for producing a feed back control-current command value; a SAT compensation portion for producing a SAT compensation-current command value; and an output portion for producing the motor-current command value on the basis of the feed back control-current command value and the SAT compensation-current command value. The switched portion is switched responding to switching command in an automatic steering mode and in a manual steering mode, and in the automatic steering mode, a motor is driven and controlled based on the motor-current command value.

Description

本発明は、自動操舵モード(駐車支援モード)と手動操舵モードの機能を有し、車両の操舵系にモータによるアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に自動操舵モード時の実舵角の目標操舵角への追従性を一層向上した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 apparatus having functions of an automatic steering mode (parking assist mode) and a manual steering mode, and applying an assist force by a motor to a steering system of a vehicle. The present invention relates to an electric power steering apparatus that further improves the followability of a rudder angle to a target steering angle.

車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力(アシスト力)を付与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操舵補助力を付与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(EPS)は、操舵補助力の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、操舵補助指令値(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)制御のデューティの調整で行っている。   An electric power steering device that applies a steering assist force (assist force) to a steering mechanism of a vehicle by a rotational force of a motor, a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reducer. A steering assist force is applied to the vehicle. Such a conventional electric power steering device (EPS) performs feedback control of the motor current in order to accurately generate the torque of the steering assist force. In feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value is small. The adjustment of the motor applied voltage is generally performed by PWM (pulse width). This is done by adjusting the duty of modulation) control.

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)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)100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。コントロールユニット100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)指令の操舵補助指令値の演算を行い、操舵補助指令値に補償等を施した電流制御値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。   The general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 1. A column shaft (steering shaft) 2 of the handle 1 is passed through a reduction gear 3, universal joints 4a and 4b, a pinion rack mechanism 5, and tie rods 6a and 6b. Furthermore, it is connected to the steering wheels 8L and 8R via the 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) 100 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 control unit 100 calculates a steering assist command value of 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 obtains the steering assist command value. The current supplied to the motor 20 is controlled by the current control value E subjected to compensation or the like. The vehicle speed Vel can also be received from a CAN (Controller Area Network) or the like.

このような電動パワーステアリング装置において、従来は例えば特開平8−290778号公報(特許文献1)に示すように、コントロールユニット100内のロバスト安定化補償部により、システムの安定性と路面情報及び外乱情報の感度特性が同時に設計されるようになっている。   In such an electric power steering apparatus, conventionally, as shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-290778 (Patent Document 1), the robust stabilization compensator in the control unit 100 provides system stability, road surface information, and disturbance. Information sensitivity characteristics are designed at the same time.

しかしながら、かかる従来の制御装置では、ステアリング中立点付近の操舵時の反力が小さいため、摩擦の影響により、路面情報をドライバに正確に伝えることが困難である。また、従来の電動パワーステアリング装置では、操舵角と操舵力との間のヒステリシス特性を、油圧式パワーステアリング並みの特性にすることが困難である。   However, in such a conventional control device, since the reaction force at the time of steering near the steering neutral point is small, it is difficult to accurately convey road surface information to the driver due to the influence of friction. Further, in the conventional electric power steering apparatus, it is difficult to make the hysteresis characteristic between the steering angle and the steering force equal to that of the hydraulic power steering.

このような問題を解決する装置として、特開2002−369565号公報(特許文献2)に開示されているものがある。   As an apparatus for solving such a problem, there is an apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-369565 (Patent Document 2).

特許文献2に開示されている装置の概略を、図1に対応させた図2に示して説明する。ステアリング装置の補助操舵力を発生するモータ20はモータ駆動部21によって駆動され、モータ駆動部21は二点鎖線で示すコントロールユニット100で制御され、コントロールユニット100にはトルクセンサからの操舵トルクTh及び車速検出系からの車速Velが入力される。モータ20では、モータ端子間電圧Vm及びモータ電流値iが計測されて出力される。   The outline of the apparatus disclosed in Patent Document 2 will be described with reference to FIG. 2 corresponding to FIG. A motor 20 that generates an auxiliary steering force of the steering device is driven by a motor drive unit 21, and the motor drive unit 21 is controlled by a control unit 100 indicated by a two-dot chain line. The control unit 100 includes a steering torque Th from a torque sensor and The vehicle speed Vel from the vehicle speed detection system is input. In the motor 20, the motor terminal voltage Vm and the motor current value i are measured and output.

コントロールユニット100は操舵トルクThを用いて制御を行う破線で示すトルク系制御部110と、モータ20の駆動に関連した制御を行う一点鎖線で示すモータ系制御部120とで構成されている。トルク系制御部110はアシスト量演算部111、微分制御部112、ヨーレート収れん性制御部113、ロバスト安定化補償部114及びセルフアライニングトルク(SAT)推定フィードバック部115によって構成され、加算部116A及び116B、減算部116Cを具備している。また、モータ系制御部120は補償部121、外乱推定部122、モータ角速度演算部123、モータ角加速度演算部124及びモータ特性補償部125で構成され、加算部126A及び126Bを具備している。   The control unit 100 includes a torque system control unit 110 indicated by a broken line that performs control using the steering torque Th, and a motor system control unit 120 indicated by an alternate long and short dash line that performs control related to driving of the motor 20. The torque system control unit 110 includes an assist amount calculation unit 111, a differential control unit 112, a yaw rate convergence control unit 113, a robust stabilization compensation unit 114, and a self-aligning torque (SAT) estimation feedback unit 115. 116B and a subtracting unit 116C. The motor system control unit 120 includes a compensation unit 121, a disturbance estimation unit 122, a motor angular velocity calculation unit 123, a motor angular acceleration calculation unit 124, and a motor characteristic compensation unit 125, and includes addition units 126A and 126B.

操舵トルクThはアシスト量演算部111、微分制御部112、ヨーレート収れん性制御部113及びSAT推定フィードバック部115に入力され、いずれも車速Velをパラメータ入力としている。アシスト量演算部111は操舵トルクThに基づいてアシストトルク量を演算し、ヨーレート収れん性制御部113は操舵トルクTh及びモータ角速度ωを入力とし、車両のヨーの収れん性を改善するために、ハンドルが振れ回る動作に対してブレーキをかけるようになっている。また、微分制御部112はステアリングの中立点付近の制御の応答性を高め、滑らかでスムーズな操舵を実現するようになっており、SAT推定フィードバック部115は操舵トルクThと、アシスト量演算部111の出力に微分制御部112の出力を加算部116Aで加算した信号と、モータ角速度演算部123で演算された角速度ωと、モータ角加速度演算部124からの角加速度αとを入力してSATを推定し、推定したSATをフィードバックフィルタを用いて信号処理し、ハンドルに適切な路面情報を反力として与えるようになっている。   The steering torque Th is input to the assist amount calculation unit 111, the differential control unit 112, the yaw rate convergence control unit 113, and the SAT estimation feedback unit 115, and all use the vehicle speed Vel as a parameter input. The assist amount calculation unit 111 calculates the assist torque amount based on the steering torque Th, and the yaw rate convergence control unit 113 receives the steering torque Th and the motor angular velocity ω, and controls the steering wheel in order to improve the yaw convergence of the vehicle. The brakes are applied to the movement of the swaying. Further, the differential control unit 112 enhances control responsiveness near the neutral point of the steering and realizes smooth and smooth steering. The SAT estimation feedback unit 115 includes a steering torque Th and an assist amount calculation unit 111. The signal obtained by adding the output of the differentiation control unit 112 to the output of the addition unit 116A, the angular velocity ω calculated by the motor angular velocity calculation unit 123, and the angular acceleration α from the motor angular acceleration calculation unit 124 are input, and SAT is calculated. The estimated SAT is signal-processed using a feedback filter, and appropriate road surface information is given to the steering wheel as a reaction force.

また、アシスト量演算部111の出力に微分制御部112の出力を加算部116Aで加算した信号に、ヨーレート収れん性制御部113の出力を加算部116B7で加算した信号をアシスト量AQとしてロバスト安定化補償部114に入力している。ロバスト安定化補償部114は例えば特開平8−290778号公報に示されている補償部であり、検出トルクに含まれる慣性要素とばね要素で成る共振系の共振周波数におけるピーク値を除去し、制御系の応答性と安定性を阻害する共振周波数の位相のズレを補償するものである。ロバスト安定化補償部114の出力からSAT推定フィードバック部115の出力を加算部116Cで加算することで、路面情報を反力としてハンドルに伝えることができるアシスト量Iaが得られる。   Further, robust stabilization is achieved by using the signal obtained by adding the output of the differentiation control unit 112 to the output of the assist amount calculation unit 111 by the addition unit 116A and the output of the yaw rate convergence control unit 113 by the addition unit 116B7 as the assist amount AQ. This is input to the compensation unit 114. The robust stabilization compensator 114 is a compensator disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-290778, and removes the peak value at the resonance frequency of the resonance system including the inertia element and the spring element included in the detected torque, and performs control. It compensates for the phase shift of the resonance frequency that hinders the responsiveness and stability of the system. By adding the output of the SAT estimation feedback unit 115 from the output of the robust stabilization compensator 114 by the adder 116C, an assist amount Ia that can transmit road surface information to the steering wheel as a reaction force is obtained.

更に、モータ角速度演算部123はモータ端子間電圧Vm及びモータ電流値iに基づいてモータ角速度ωを演算するものであり、モータ角速度ωはモータ角加速度演算部124、ヨーレート収れん性制御部113及びSAT推定フィードバック部115に入力される。モータ角加速度演算部124では、入力されたモータ角速度ωに基づいてモータ角加速度αを演算し、演算したモータ角加速度αはモータ特性補償部125に入力される。モータ特性補償部125の出力Icに、ロバスト安定化補償部114の出力からSAT推定フィードバック部115の出力を減算したアシスト量Iaが加算部126Aで加算され、その加算信号が電流指令値Irとして微分補償部等で成る補償部121に入力される。補償部121で補償された電流指令値Iraに外乱推定部122の出力を加算部126Bで加算した信号がモータ駆動部21及び外乱推定部122に入力される。外乱推定部122は特開平8−310417号公報で示されるような装置であり、モータ出力の制御目標である補償部121で補償された電流指令値Iraに外乱推定部122の出力を加算した信号と、モータ電流値iとに基づいて、制御系の出力基準における希望するモータ制御特性を維持することができ、制御系の安定性を失うことがないようにしている。   Further, the motor angular velocity calculation unit 123 calculates the motor angular velocity ω based on the motor terminal voltage Vm and the motor current value i. The motor angular velocity ω is calculated by the motor angular acceleration calculation unit 124, the yaw rate convergence control unit 113, and the SAT. Input to the estimation feedback unit 115. The motor angular acceleration calculation unit 124 calculates the motor angular acceleration α based on the input motor angular velocity ω, and the calculated motor angular acceleration α is input to the motor characteristic compensation unit 125. The assist amount Ia obtained by subtracting the output of the SAT estimation feedback unit 115 from the output of the robust stabilization compensation unit 114 is added to the output Ic of the motor characteristic compensation unit 125 by the addition unit 126A, and the addition signal is differentiated as the current command value Ir. The data is input to the compensation unit 121 including a compensation unit. A signal obtained by adding the output of the disturbance estimation unit 122 to the current command value Ira compensated by the compensation unit 121 by the addition unit 126B is input to the motor driving unit 21 and the disturbance estimation unit 122. The disturbance estimation unit 122 is a device as disclosed in JP-A-8-310417, and is a signal obtained by adding the output of the disturbance estimation unit 122 to the current command value Ira compensated by the compensation unit 121 that is a control target of the motor output. Based on the motor current value i, the desired motor control characteristic in the output reference of the control system can be maintained, and the stability of the control system is not lost.

ここで、路面からステアリングまでの間に発生するトルクの様子を図3に示して説明する。ドライバがハンドル1を操舵することによって操舵トルクThが発生し、その操舵トルクThに従ってモータ20がアシストトルクTmを発生する。その結果、車輪が転舵され、反力としてSATが発生する。また、その際、モータ20の慣性J及び摩擦(静摩擦)Frによってハンドル操舵の抵抗となるトルクが生じる。これらの力の釣り合いを考えると、sign()を符号関数として、下記数1のような運動方程式が得られる。
(数1)
J・α+Fr・sign(ω)+SAT=Tm+Th

ここで、上記数1を初期値ゼロとしてラプラス変換し、SATについて解くと下記数2が得られる。
(数2)
SAT(s)=Tm(s)+Th(s)−J・α(s)−Fr・sign(ω(s))

上記数2から分るように、モータ20の慣性J及び静摩擦Frを定数として予め求めておくことで、モータ角速度ω、モータ角加速度α、操舵補助力Tm及び操舵トルクThよりSATを推定することができる。かかる理由より、SAT推定フィードバック部115には操舵トルクTh、モータ角速度ω、モータ角加速度α、アシスト量演算部111の出力がそれぞれ入力されている。
Here, the state of the torque generated between the road surface and the steering will be described with reference to FIG. A steering torque Th is generated when the driver steers the handle 1, and the motor 20 generates an assist torque Tm according to the steering torque Th. As a result, the wheels are steered and SAT is generated as a reaction force. Further, at that time, torque serving as steering steering resistance is generated by the inertia J and friction (static friction) Fr of the motor 20. Considering the balance of these forces, the following equation of motion is obtained using sign () as a sign function.
(Equation 1)
J ・ α + Fr ・ sign (ω) + SAT = Tm + Th

Here, when the above equation 1 is Laplace transformed with an initial value of zero and the SAT is solved, the following equation 2 is obtained.
(Equation 2)
SAT (s) = Tm (s) + Th (s) −J ・ α (s) −Fr ・ sign (ω (s))

As can be seen from Equation 2, the SAT is estimated from the motor angular velocity ω, the motor angular acceleration α, the steering assist force Tm, and the steering torque Th by previously obtaining the inertia J and the static friction Fr of the motor 20 as constants. Can do. For this reason, the steering torque Th, the motor angular velocity ω, the motor angular acceleration α, and the output of the assist amount calculation unit 111 are input to the SAT estimation feedback unit 115, respectively.

また、SAT推定フィードバック部115で推定したSAT推定電流値*SATをそのままフィードバックした場合、ステアリングが重くなり過ぎるため、操舵感覚を向上することはできない。そのため図4に示すように、車速感応ゲインと周波数特性を有するフィードバックフィルタ115Aを用いてSAT推定電流値*SATを信号処理し、操舵感覚を向上するのに必要十分な情報のみをフィードバックしている。ここで用いるフィードバックフィルタは静特性ゲインとして、推定したSATの大きさを必要十分な値に減少させるゲインを持つQフィルタ(位相遅れ)115Bと、図5に示すような車速Velに感応したゲイン部115Cを持ち、据え切りや低速走行といった路面情報の重要性が比較的低い場合には、フィードバックする路面情報を小さくしている。   Further, when the SAT estimated current value * SAT estimated by the SAT estimation feedback unit 115 is fed back as it is, the steering becomes too heavy, and thus the steering feeling cannot be improved. Therefore, as shown in FIG. 4, the SAT estimated current value * SAT is signal-processed using a feedback filter 115A having a vehicle speed sensitivity gain and a frequency characteristic, and only necessary and sufficient information for improving the steering feeling is fed back. . The feedback filter used here has a Q filter (phase delay) 115B having a gain that reduces the estimated SAT size to a necessary and sufficient value as a static characteristic gain, and a gain unit that is sensitive to the vehicle speed Vel as shown in FIG. When the road surface information such as stationary driving and low-speed traveling is relatively low, the road surface information to be fed back is reduced.

上述の特許文献2に記載の装置では、抑制したい外乱が存在する周波数帯域と、伝えたい外乱が存在する周波数帯域とを両立するようにSAT推定のフィードバックを構成しているが、抑制したい外乱を積極的に打ち消すという機能はない。   In the device described in Patent Document 2 described above, the feedback of the SAT estimation is configured so that the frequency band in which the disturbance to be suppressed exists and the frequency band in which the disturbance to be transmitted exist are compatible. There is no function of aggressive cancellation.

一方、車両では、通常制動時及び定常走行時に、乗員に不快感を与えるブレーキジャダーとシミーが発生する。ブレーキジャダーは車両の制動時に発生するフロア・ペダル振動のことで、ステアリング回転方向に振動を伴う場合もある。ブレーキディスクのDTV(Disk Thickness Variation)により発生する制動トルク変動が起振源で、車輪の回転の1次成分及び高次成分を有する。これがサスペンションの前後の共振などで増幅され、車体やステアリングシステムを伝達して、フロア・ペダル振動やステアリング振動となる。また、シミーは車両走行時にステアリング回転方向に発生する振動のことであり、タイヤ、ホイールなどの回転部分のアンバランスやノンユニフォミティが起振源となり、サスペンション共振で増幅され、ステアリングシステムを介してステアリング回転方向の振動となる。   On the other hand, in a vehicle, brake judder and shimmy that cause discomfort to the occupant occur during normal braking and steady running. Brake judder is floor pedal vibration that occurs during braking of a vehicle, and may be accompanied by vibration in the direction of steering rotation. Brake torque fluctuation generated by DTV (Disk Thickness Variation) of the brake disk is a vibration source, and has a primary component and a high-order component of wheel rotation. This is amplified by resonance before and after the suspension, etc., and transmitted to the vehicle body and the steering system to become floor pedal vibration and steering vibration. Shimmy is vibration that occurs in the direction of steering rotation when the vehicle is running. Unbalanced and non-uniformity of rotating parts such as tires and wheels is the source of vibration, and is amplified by suspension resonance. Vibration in the direction of rotation.

このようなブレーキジャダーやシミーについて特許文献2の装置では何ら考慮しておらず、また、特開2002−145075(特許文献3)や特開2002−161969(特許文献4)ではブレーキジャダーやシミーの振動を減衰させる装置を開示しているが、いずれも機械的な対応であり、コストアップになると共に、車速感応といったきめ細かな抑制ができないという問題がある。   Such a brake judder and shimmy are not considered at all in the device of Patent Document 2, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-145075 (Patent Document 3) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-161969 (Patent Document 4) describe the brake judder and shimmy. Although devices for attenuating vibration are disclosed, there are problems that all of them are mechanical measures, increase costs, and cannot be finely controlled such as sensitivity to vehicle speed.

更に、ステアリング系の慣性や摩擦が大きい場合はブレーキジャダーによる振動はハンドルまで伝わらないが、良好な操舵フィーリングや車両安定性のためには、ステアリング系の慣性や摩擦は極力小さいことが望ましい。   Further, when the inertia and friction of the steering system are large, the vibration caused by the brake judder is not transmitted to the steering wheel, but it is desirable for the inertia and friction of the steering system to be as small as possible for good steering feeling and vehicle stability.

このような電動パワーステアリング装置において、近年駐車支援機能(パーキングアシスト)を搭載し、自動操舵モードと手動操舵モードとを切り換える車両が出現して来ており、駐車支援機能を搭載した車両にあってはカメラ(画像)や距離センサなどのデータを基に目標操舵角を設定し、目標操舵角に従った自動制御が行われる。   In such an electric power steering apparatus, in recent years, a vehicle having a parking assist function (parking assist) and switching between an automatic steering mode and a manual steering mode has emerged. Sets a target steering angle based on data such as a camera (image) and a distance sensor, and automatic control is performed according to the target steering angle.

WO 2008/146372(特許文献5)では、ハンドル角検出手段からのハンドル操舵角検出値と伝達特性とに基づき、副操舵角重畳機構により付加される目標副操舵角又は目標操向角を生成して、目標副操舵角と副操舵角検出手段からの副操舵角検出値とが一致するか、又は目標副操舵角と副操舵角検出手段からの副操舵角検出値とが一致するように、モータの目標駆動量を算出する目標駆動量算出手段と、目標駆動量に応じてモータを駆動するモータ駆動手段とを設け、運転者のハンドル操舵に応じて操向車輪を転舵させている。   In WO 2008/146372 (Patent Document 5), a target sub steering angle or target steering angle added by a sub steering angle superimposing mechanism is generated based on a steering wheel angle detection value and a transmission characteristic from a steering wheel angle detection unit. Thus, the target sub steering angle and the sub steering angle detection value from the sub steering angle detection means match, or the target sub steering angle and the sub steering angle detection value from the sub steering angle detection means match, Target drive amount calculation means for calculating the target drive amount of the motor and motor drive means for driving the motor according to the target drive amount are provided, and the steered wheels are steered according to the steering of the driver's steering wheel.

特開平8−290778号公報JP-A-8-290778 特開2002−369565号公報JP 2002-369565 A 特開2002−145075号公報JP 2002-145075 A 特開2002−161969号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-161969 WO 2008/146372WO 2008/146372

しかしながら、特許文献5に記載の電動パワーステアリング装置では、目標操舵角に対してレート制限処理を行っていないので、目標操舵角が急激に変化した場合には、運転者の操舵感を害することになってしまう。また、車速に応じたゲイン制御を行っていないので、車速に対応した緻密な制御ができないという問題がある。   However, in the electric power steering device described in Patent Document 5, since the rate limiting process is not performed on the target steering angle, the driver's steering feeling is impaired when the target steering angle changes abruptly. turn into. In addition, since gain control according to the vehicle speed is not performed, there is a problem that precise control corresponding to the vehicle speed cannot be performed.

また、駐車支援、自動走行等の自動操舵モード時にはハンドルの舵角制御を行うが、車速、路面状況(傾斜、湿気等)等の影響により、タイヤが路面から受ける摩擦(SAT)が変化することで、コラム軸角度の目標操舵角に対する実舵角の追従性が変化するという課題があり、かかる課題の解決も要請されている。   In addition, steering angle control of the steering wheel is performed in automatic steering modes such as parking assistance and automatic driving, but the friction (SAT) that the tire receives from the road surface changes due to the influence of vehicle speed, road surface conditions (tilt, humidity, etc.) Thus, there is a problem that the followability of the actual steering angle with respect to the target steering angle of the column shaft angle changes, and there is a demand for a solution to such a problem.

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、高周波数領域で路面情報等の信号処理を行うことにより、チューニングし易くし、ブレーキジャダーやシミーの抑制を図って安全で快適な操舵性能が得られ、自動操舵モード(駐車支援機能)において、算出された目標操舵角に従って正確に操舵できると共に、目標操舵角が急操舵であっても円滑に操舵でき、低車速においても応答性若しくは定常偏差を上げることによって、常に目標操舵角に追従できる電動パワーステアリング装置を提供することにある。   The present invention has been made under the circumstances described above, and the object of the present invention is to facilitate tuning by performing signal processing such as road surface information in a high frequency region, and to suppress brake judder and shimmy. Safe and comfortable steering performance can be obtained, and in the automatic steering mode (parking assist function), the steering can be accurately performed according to the calculated target steering angle, and even if the target steering angle is abrupt steering, the steering can be smoothly performed. It is another object of the present invention to provide an electric power steering device that can always follow the target steering angle by increasing the responsiveness or steady deviation.

本発明は、操舵トルク及び車速に基づいてモータ電流指令値1を演算し、前記モータ電流指令値1に基づいてモータを駆動して操舵系をアシスト制御すると共に、自動操舵モードと手動操舵モードとを切り換える機能を有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、目標操舵角、実操舵角、前記モータのモータ角速度及びモータ角加速度、前記操舵トルク、前回電流指令値に基づいてモータ電流指令値2を算出する舵角制御部と、前記モータ電流指令値1及びモータ電流指令値2を入力して切り換える切換部とを具備し、前記舵角制御部が、前記目標操舵角、前記実操舵角、前記モータ角速度及び前記操舵トルクに基づいてフィードバック制御電流指令値を生成するフィードバック制御部と、前記モータ角速度、前記モータ角加速度、前記操舵トルク及び前記前回電流指令値に基づいてSAT補償電流指令値を生成するSAT補償部と、前記フィードバック制御電流指令値及び前記SAT補償電流指令値から前記モータ電流指令値2を生成する出力部とで構成され、前記自動操舵モード及び手動操舵モードの切換指令に応じて前記切換部が切り換えられ、前記自動操舵モード時に前記モータ電流指令値2に基づいて前記モータを駆動制御することにより達成される。   The present invention calculates a motor current command value 1 based on the steering torque and the vehicle speed, drives the motor based on the motor current command value 1 to perform assist control of the steering system, and includes an automatic steering mode and a manual steering mode. The object of the present invention is to provide a motor current command based on the target steering angle, the actual steering angle, the motor angular velocity and motor angular acceleration of the motor, the steering torque, and the previous current command value. A steering angle control unit that calculates a value 2; and a switching unit that inputs and switches the motor current command value 1 and the motor current command value 2, and the steering angle control unit includes the target steering angle and the actual steering. A feedback control unit that generates a feedback control current command value based on the angle, the motor angular velocity, and the steering torque; the motor angular velocity; A SAT compensation unit that generates an SAT compensation current command value based on angular acceleration, the steering torque, and the previous current command value; and generates the motor current command value 2 from the feedback control current command value and the SAT compensation current command value An output unit that switches the switching unit according to a switching command between the automatic steering mode and the manual steering mode, and drives and controls the motor based on the motor current command value 2 in the automatic steering mode. Is achieved.

本発明の上記目的は、前記フィードバック制御部が、前記目標操舵角を円滑化するレートリミッタと、前記レートリミッタの出力に接続されたLPFと、前記LPFの出力と前記実操舵角との角度偏差を比例ゲイン倍する第1比例ゲイン部と、前記第1比例ゲイン部からの誤差速度と前記モータ角速度との速度偏差を積分して積分ゲイン倍する積分ゲイン部と、前記速度偏差を比例ゲイン倍する第2比例ゲイン部と、前記操舵トルクを微分して微分ゲイン倍する微分ゲイン部と、前記積分ゲイン部の出力と前記第2比例ゲイン部の出力との偏差値に前記微分ゲイン部の出力を加算して上下限値を制限して前記フィードバック制御電流指令値を出力する出力部とで構成されていることにより、或いは前記SAT補償部が、前記操舵トルク、前記モータ角速度、前記モータ角加速度及び前回電流指令値に基づいてSAT推定電流値を算出するSAT推定部と、前記SAT推定電流値を入力すると共に、角度応答周波数よりも高いカットオフ周波数特性を有するLPFと、前記LPFの出力を車速可変ゲインで乗算して前記SAT補償電流指令値を出力する車速感応ゲイン部とで構成されていることにより、或いは前記SAT推定部が、前記モータ角速度に粘性摩擦係数を乗算する粘性摩擦係数部と、前記モータ角速度を符号化してクーロン摩擦を乗算する符号化クーロン摩擦部と、前記モータ角加速度に全慣性モーメントを乗算する全慣性モーメント部と、前記粘性摩擦係数部の出力及び前記符号化クーロン摩擦部の出力の加算値から前記操舵トルクを減算し、前記全慣性モーメント部の出力を加算して係数を乗算する出力係数部とで構成されていることにより、或いは前記SAT推定部が、アシストトルクに相当する電流指令値及び前記操舵トルクを加算する加算部と、前記モータ角加速度に慣性を乗算した値を、前記加算部の加算結果から減算する第1減算部と、前記モータ角速度を符号化して摩擦を乗算した値を、前記第1減算部の減算結果から減算して前記SAT推定電流値を出力する第2減算部とで構成されていることにより、或いは前記車速感応ゲイン部の後段に、上下限値を制限するリミッタが接続されていることにより、より効果的に達成される。   The object of the present invention is to provide a rate limiter for smoothing the target steering angle by the feedback control unit, an LPF connected to the output of the rate limiter, and an angular deviation between the output of the LPF and the actual steering angle. A proportional gain, a first proportional gain section, an integral gain section that integrates the speed deviation between the error speed from the first proportional gain section and the motor angular speed, and multiplies the integral gain, and the speed deviation is multiplied by the proportional gain. A differential gain unit that differentiates the steering torque and multiplies the differential gain, and an output value of the differential gain unit is a deviation value between an output of the integral gain unit and an output of the second proportional gain unit. Or an output unit that limits the upper and lower limit values and outputs the feedback control current command value, or the SAT compensation unit includes the steering torque, The SAT estimation unit calculates a SAT estimated current value based on the motor angular velocity, the motor angular acceleration, and the previous current command value, and inputs the SAT estimated current value, and has a cutoff frequency characteristic higher than the angular response frequency. An LPF and a vehicle speed sensitive gain unit that multiplies the output of the LPF by a vehicle speed variable gain and outputs the SAT compensation current command value, or the SAT estimation unit performs viscous friction on the motor angular velocity. A viscous friction coefficient part that multiplies a coefficient; an encoded Coulomb friction part that encodes the motor angular velocity and multiplies Coulomb friction; a total inertia moment part that multiplies the motor angular acceleration by a total inertia moment; and the viscous friction coefficient The steering torque is subtracted from an added value of the output of the encoder and the output of the encoded coulomb friction unit, and the total moment of inertia part An output coefficient unit that adds the output and multiplies the coefficient, or the SAT estimation unit adds the current command value corresponding to the assist torque and the steering torque, and the motor angle A first subtraction unit that subtracts a value obtained by multiplying the acceleration by inertia from the addition result of the addition unit, and a value obtained by encoding the motor angular velocity and multiplying the friction is subtracted from the subtraction result of the first subtraction unit. By being configured with a second subtracting unit that outputs the SAT estimated current value, or by connecting a limiter that limits upper and lower limit values downstream of the vehicle speed sensitive gain unit, it is more effective. Achieved.

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、自動操舵モード(駐車支援機能)と手動操舵モードを有する車両において、カメラ(画像)や距離センサなどのデータから算出する目標操舵角を、車速を考慮して算出しているので、目標操舵角に対して正確に操舵することができると共に、運転者に違和感を与えることもない。また、急激な目標操舵角については円滑化して制御しているので、自動運転においても運転者に不安感を与えることもない。   According to the electric power steering apparatus of the present invention, in a vehicle having an automatic steering mode (parking support function) and a manual steering mode, a target steering angle calculated from data such as a camera (image) and a distance sensor is taken into consideration for the vehicle speed. Therefore, the steering can be accurately performed with respect to the target steering angle, and the driver does not feel uncomfortable. In addition, since the abrupt target steering angle is controlled in a smooth manner, the driver will not feel uneasy even in automatic driving.

更に、低車速においては制御ゲインを上げ応答性若しくは定常偏差を上げるようにしており、低車速においても目標操舵角に近づけることができる。   Furthermore, the control gain is increased at low vehicle speeds to increase responsiveness or steady state deviation, and the target steering angle can be approached even at low vehicle speeds.

更にまた、SATを推定し、この推定SATを角度応答周波数よりも高いカットオフ周波数に設定したLPFでフィルタリングし、フィルタリング後の値を車速に応じて設定された車速ゲインで乗算し、補償値として加算しているので、実舵角の目標操舵角への追従性を一層向上させることができる。   Furthermore, the SAT is estimated, the estimated SAT is filtered with an LPF set to a cutoff frequency higher than the angular response frequency, and the value after filtering is multiplied by a vehicle speed gain set according to the vehicle speed, as a compensation value. Since the addition is performed, the followability of the actual steering angle to the target steering angle can be further improved.

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing an outline of an electric power steering device. 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the control system of an electric power steering apparatus. 路面から操舵系までの間に発生するトルクの様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode of the torque generate | occur | produced between a road surface and a steering system. フィードバック部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a feedback part. フィードバックフィルタの特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of a characteristic of a feedback filter. 本発明の原理を説明するための特性図である。It is a characteristic view for demonstrating the principle of this invention. 本発明の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of this invention. 舵角制御部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a steering angle control part. フィードバック制御部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a feedback control part. レートリミッタの一例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows an example of a rate limiter. 変化分設定部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a variation setting part. SAT補償部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a SAT compensation part. 車速感応ゲイン部の特性例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the example of a characteristic of a vehicle speed sensitive gain part. 本発明の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of this invention. 舵角制御部の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of a steering angle control part. フィードバック制御部の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of a feedback control part. SAT補償部の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of a SAT compensation part. SAT補償部の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of a SAT compensation part.

駐車支援、自動走行等の自動操舵モード時にはハンドルの舵角制御を行うが、車速、路面状況(傾斜、湿気等)等の影響により、タイヤが路面から受ける摩擦(SAT)が変化するので、コラム軸角度の目標操舵角に対する実舵角の追従性が変化してしまう問題がある。この問題に対して、本発明ではSATを推定し、この推定SATを角度応答周波数よりも高いカットオフ周波数に設定したLPFでフィルタリングし、フィルタリング後のSAT値を車速に応じて設定された車速ゲインで乗算し、補償値として電流指令値に加算することで、実舵角の目標操舵角への追従性を向上させている。   Steering angle control of the steering wheel is performed in automatic steering modes such as parking assistance and automatic driving, but the friction (SAT) that the tire receives from the road surface changes due to the effects of vehicle speed, road surface conditions (tilt, moisture, etc.), etc. There is a problem that the followability of the actual steering angle with respect to the target steering angle of the shaft angle changes. To solve this problem, the present invention estimates the SAT, filters the estimated SAT with an LPF set to a cutoff frequency higher than the angle response frequency, and sets the filtered SAT value according to the vehicle speed. Is added to the current command value as a compensation value, thereby improving the followability of the actual steering angle to the target steering angle.

本発明では、SAT補償部で生成されたSAT補償電流指令値からフィードバック制御部で生成されたフィードバック制御電流指令値を加算することで、タイヤが路面から受ける反力(SAT)の影響を打ち消す方向にモータトルクを発生させている。これにより、舵角制御中に発生したSAT外乱の影響を抑制し、目標操舵角に対して舵角制御の追従性を向上させることができる。例えば駐車支援動作を挙げると、SATはタイヤ対路面間の摩擦μに応じて変動し、これによって舵角の応答も変わるため、車両側として扱い難くなる。別の例を挙げると、自動走行中に車体左右方向に路面の傾きが生じた場合に、SATがある一方向にかかるため、この影響により一時的に舵角が目標操舵角に対してずれを発生してしまう。これらの課題を解決するための手段として、フィードバック制御電流指令値からSAT補償電流指令値を減算することで、より追従性の良い舵角制御を可能にしている。   In the present invention, by adding the feedback control current command value generated by the feedback control unit to the SAT compensation current command value generated by the SAT compensation unit, the direction to cancel the influence of the reaction force (SAT) that the tire receives from the road surface The motor torque is generated. Thereby, the influence of the SAT disturbance generated during the steering angle control can be suppressed, and the followability of the steering angle control with respect to the target steering angle can be improved. For example, in the parking assist operation, the SAT varies according to the friction μ between the tire and the road surface, and the response of the rudder angle changes accordingly. As another example, when the road surface tilts in the left-right direction during automatic driving, the SAT is applied in a certain direction. Therefore, the steering angle temporarily deviates from the target steering angle due to this effect. Will occur. As means for solving these problems, the steering angle control with better followability is made possible by subtracting the SAT compensation current command value from the feedback control current command value.

図6(A)は舵角応答波形の一例を示し、図6(B)はSAT推定値波形の一例を示している。図6(A)及び(B)は、時間(秒)0から1秒後に、図6(C)に示すようなSAT外乱ステップが入力された場合の各応答波形を示している。本発明では、外乱の高周波成分をカットするLPF(ローパスフィルタ)を、外乱成分を抽出して打ち消す機能があるSAT推定値の補償経路に使用しており、LPFのカットオフ周波数Fcの大きさによって、舵角応答波形及びSAT推定値波形が変化する。図6(C)に示すようなSAT外乱ステップが入力されると、図6(B)に示すSAT推定値波形では、LPFのカットオフ周波数Fcが大きくなるに従って、矢印Bに示すように立ち上がりが大きくなり、高速に外乱を打ち消すことができる。これにより舵角は図6(A)に示すようにSAT推定無しから矢印Aのように変動し、カットオフ周波数Fcを大きくするに従って舵角応答性を改善することができる。それ故、ハンドルが急に回転することを抑制することができる。   FIG. 6A shows an example of a steering angle response waveform, and FIG. 6B shows an example of a SAT estimated value waveform. 6A and 6B show respective response waveforms when the SAT disturbance step as shown in FIG. 6C is input after 1 second from time (second). In the present invention, an LPF (low-pass filter) that cuts high-frequency components of disturbance is used for a compensation path of a SAT estimated value that has a function of extracting and canceling disturbance components, and depending on the magnitude of the cutoff frequency Fc of the LPF. The steering angle response waveform and the SAT estimated value waveform change. When a SAT disturbance step as shown in FIG. 6C is input, the SAT estimated value waveform shown in FIG. 6B rises as indicated by an arrow B as the cutoff frequency Fc of the LPF increases. It becomes large and can cancel disturbances at high speed. As a result, the rudder angle fluctuates as shown by arrow A from no SAT estimation as shown in FIG. 6A, and the rudder angle response can be improved as the cut-off frequency Fc is increased. Therefore, it is possible to prevent the handle from rotating suddenly.

また、自動操舵モードと手動操舵モードを有する車両にあっても、タイヤを通して操舵系に伝わる路面反力(SAT)は車速によって異なってくる。そのため、自動操舵モード時に、操舵を算出された目標操舵角に自動制御する際、車速により操舵角の応答が異なることになる。そこで本発明では、車速に応じて自動制御のモータ電流指令値を調整するようにし、タイヤが路面から受ける路面反力の影響を軽減するようにしている。更に、本発明では、目標操舵角にレートリミッタによる円滑化処理を施すようにしており、目標操舵角の急変時においてもハンドル操舵角の応答を和らげる効果を得ている。車速に関係なく、目標操舵角に対して正確に車両を移動させることができ、運転者に対してより安全である。   Even in a vehicle having an automatic steering mode and a manual steering mode, the road surface reaction force (SAT) transmitted to the steering system through the tire varies depending on the vehicle speed. Therefore, when the steering is automatically controlled to the calculated target steering angle in the automatic steering mode, the response of the steering angle varies depending on the vehicle speed. Therefore, in the present invention, the motor current command value for automatic control is adjusted according to the vehicle speed so as to reduce the influence of the road surface reaction force that the tire receives from the road surface. Furthermore, in the present invention, the target steering angle is smoothed by a rate limiter, and the response of the steering wheel steering angle can be reduced even when the target steering angle changes suddenly. Regardless of the vehicle speed, the vehicle can be moved accurately with respect to the target steering angle, which is safer for the driver.

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図7は本発明の構成例を示しており、モータ150にはモータ回転角θsを検出するためのレゾルバ等の回転センサ151が接続されており、モータ150は車両側のECU130及びEPS(電動パワーステアリング装置)側のECU140を介して駆動制御される。   FIG. 7 shows a configuration example of the present invention. A rotation sensor 151 such as a resolver for detecting a motor rotation angle θs is connected to the motor 150. The motor 150 includes an ECU 130 and an EPS (electric power) on the vehicle side. The drive is controlled via the ECU 140 on the steering device side.

車両側のECU130は、運転者の意思を示すボタン、スイッチ等に基づいて、自動操舵モード又は手動操舵モードの切換指令SWを出力する切換指令部131と、カメラ(画像)や距離センサなどの信号に基づいて目標操舵角θtを生成する目標操舵角生成部132とを具備している。また、コラム軸に設けられた舵角センサ152で検出された実操舵角θr及び車速センサ153からの車速Velは、ECU130を経てEPS側のECU140内の舵角制御部200に入力される。舵角センサ152はコラム軸(インターミディエイト、ピニオン軸を含む)、ラックアンドピニオンのラックの変位、車輪速度による舵角推定値であっても良い。また、車速VelはCAN等から受信することも可能である
切換指令部131は、自動操舵モードに入ることを識別する信号、例えば運転者の意思をダッシュボードやハンドル周辺に設けたボタンやスイッチ、或いはシフトに設けた駐車モードなどによる車両状態の信号を基に切換指令SWを出力し、切換指令SWをEPS側のECU140内の切換部142に入力する。また、目標操舵角生成部132は、カメラ(画像)、距離センサなどのデータを基に公知の手法で目標操舵角θtを生成し、生成された目標操舵角θtをEPS側のECU140内の舵角制御部200に入力する。
The ECU 130 on the vehicle side, based on a button, switch or the like indicating the driver's intention, outputs a switching command unit 131 that outputs a switching command SW for the automatic steering mode or the manual steering mode, and signals from a camera (image) and a distance sensor. And a target steering angle generator 132 that generates a target steering angle θt based on the above. The actual steering angle θr detected by the steering angle sensor 152 provided on the column shaft and the vehicle speed Vel from the vehicle speed sensor 153 are input to the steering angle control unit 200 in the ECU 140 on the EPS side via the ECU 130. The rudder angle sensor 152 may be a column angle (including intermediate and pinion shafts), a rack and pinion rack displacement, and a rudder angle estimated value based on wheel speed. The vehicle speed Vel can also be received from CAN or the like. The switching command unit 131 is a signal for identifying that the vehicle enters the automatic steering mode, for example, a button or a switch provided on the dashboard or around the steering wheel. Alternatively, a switching command SW is output based on a vehicle state signal based on a parking mode provided in the shift, and the switching command SW is input to the switching unit 142 in the ECU 140 on the EPS side. The target steering angle generation unit 132 generates a target steering angle θt by a known method based on data such as a camera (image) and a distance sensor, and the generated target steering angle θt is steered in the ECU 140 on the EPS side. Input to the angle controller 200.

EPS側のECU140は、操舵トルクTh及び車速Velに基づいて前述のように演算されたモータ電流指令値Itrefを出力するトルク制御部141と、目標操舵角θt、実操舵角θr、車速Vel、トルクセンサ154からの操舵トルクTh、モータ角速度ω、モータ角加速度αに基づいて舵角自動制御のためのモータ電流指令値Imrefを演算して出力する舵角制御部200と、切換指令SWによってモータ電流指令値Itref及びImrefを切り換える切換部142と、切換部142からのモータ電流指令値(Itref又はImref)に基づいてモータ150を駆動制御する電流制御/駆動部143と、回転センサ151からのモータ回転角θsに基づいてモータ角速度ωを演算するモータ角速度演算部144と、モータ角速度ωに基づいてモータ角加速度αを演算するモータ角加速度演算部145とを具備している。切換部142は、ECU130の切換指令部131からの切換指令SWに基づいて、トルク制御部141によるトルク制御モード(手動操舵モード)と、舵角制御部200による自動操舵モードとを切り換え、トルク制御モードではモータ電流指令値Itrefを出力し、自動操舵モードではモータ電流指令値Imrefを出力する。また、電流制御/駆動部143は、PI電流制御部、PWM制御部、インバータ等で構成されている。   The ECU 140 on the EPS side outputs a motor current command value Itref calculated as described above based on the steering torque Th and the vehicle speed Vel, the target steering angle θt, the actual steering angle θr, the vehicle speed Vel, the torque A steering angle control unit 200 that calculates and outputs a motor current command value Imref for steering angle automatic control based on the steering torque Th, the motor angular velocity ω, and the motor angular acceleration α from the sensor 154, and the motor current by the switching command SW. A switching unit 142 that switches between the command values Itref and Imref, a current control / drive unit 143 that drives and controls the motor 150 based on a motor current command value (Itref or Imref) from the switching unit 142, and a motor rotation from the rotation sensor 151 A motor angular speed calculator 144 that calculates a motor angular speed ω based on the angle θs; It has and a motor angular acceleration calculation unit 145 for calculating the motor angular acceleration α based on the speed omega. The switching unit 142 switches between a torque control mode (manual steering mode) by the torque control unit 141 and an automatic steering mode by the rudder angle control unit 200 based on a switching command SW from the switching command unit 131 of the ECU 130, and torque control. The motor current command value Itref is output in the mode, and the motor current command value Imref is output in the automatic steering mode. The current control / driving unit 143 includes a PI current control unit, a PWM control unit, an inverter, and the like.

舵角制御部200の構成は図8に示すような構成となっており、目標操舵角θt、実操舵角θr、モータ角速度ω及び操舵トルクThを入力してフィードバック制御電流指令値Ifrefを演算して出力するフィードバック制御部210と、モータ角速度ω、操舵トルクTh、モータ角加速度α及び前回電流指令値Iref(Z−1)を入力してSAT補償電流指令値Isrefを演算して出力するSAT補償部230と、フィードバック制御電流指令値IfrefにSAT補償電流指令値Isrefを加算してモータ電流指令値Imoを出力する加算部201と、モータ電流指令値Imoを電流指令値と加算してモータ電流指令値Imrefを出力する加算部202とで構成されている。 The configuration of the steering angle control unit 200 is as shown in FIG. 8, and the target steering angle θt, the actual steering angle θr, the motor angular velocity ω, and the steering torque Th are input to calculate the feedback control current command value Ifref. SAT compensation that outputs the SAT compensation current command value Isref by inputting the feedback control unit 210, the motor angular velocity ω, the steering torque Th, the motor angular acceleration α, and the previous current command value Iref (Z −1 ). Unit 230, addition unit 201 for adding SAT compensation current command value Isref to feedback control current command value Ifref and outputting motor current command value Imo, and adding motor current command value Imo to current command value for motor current command And an adder 202 that outputs the value Imref.

フィードバック制御部210は、トーションバーとステアリング慣性により発生する捩り振動を抑制する機能を有する。また、加算部201及び加算部202で出力部を構成している。   The feedback control unit 210 has a function of suppressing torsional vibration generated by a torsion bar and steering inertia. Further, the adder 201 and the adder 202 constitute an output unit.

フィードバック制御部210は図9のような構成となっており、速度制御ループ系をマイナーループとする位置制御系となっており、目標操舵角θtが急激に変化した場合の平滑化、つまり所定時間変化率の範囲内で円滑に変化するようにするレートリミッタ211に目標操舵角θtが入力され、高周波の外乱を除去するLPF212を経た目標操舵角θtaが減算部213Aに加算入力される。実操舵角θrは減算部213Aに減算入力され、平滑化された目標操舵角θtaとの角度偏差が比例ゲイン(Kpp)部214でゲインKpp倍され、誤差速度ωeとして減算部213Bに加算入力される。減算部213Bにはモータ角速度演算部144からモータ角速度ωが減算入力され、演算された速度偏差Dfが積分部216Aを経て積分ゲイン(Kvi)部216BでゲインKvi倍されて減算部213Cに加算入力されると共に、速度偏差Dfは比例ゲイン(Kvp)部216CでゲインKvp倍されて減算部213Cに減算入力される。減算部213Cでの減算結果は、加算部213Dに入力される。   The feedback control unit 210 has a configuration as shown in FIG. 9 and is a position control system in which the speed control loop system is a minor loop. Smoothing when the target steering angle θt changes abruptly, that is, a predetermined time. The target steering angle θt is input to the rate limiter 211 that smoothly changes within the range of the change rate, and the target steering angle θta that has passed through the LPF 212 that removes high-frequency disturbances is input to the subtraction unit 213A. The actual steering angle θr is subtracted and input to the subtracting unit 213A, the angular deviation from the smoothed target steering angle θta is multiplied by the gain Kpp by the proportional gain (Kpp) unit 214, and added to the subtracting unit 213B as the error speed ωe. The The motor angular speed ω is subtracted and input from the motor angular speed calculation unit 144 to the subtraction unit 213B, and the calculated speed deviation Df is multiplied by the gain Kvi by the integration gain (Kvi) unit 216B via the integration unit 216A and added to the subtraction unit 213C. At the same time, the speed deviation Df is multiplied by the gain Kvp by the proportional gain (Kvp) unit 216C and is subtracted and input to the subtraction unit 213C. The subtraction result in the subtraction unit 213C is input to the addition unit 213D.

トルクセンサ154からの操舵トルクThは微分部215Aを経て微分ゲイン(Kc)部215BでゲインKc倍されて加算部213Dに入力され、加算部213Dでの加算結果がリミッタ217で上下限値を制限され、フィードバック制御電流指令値Ifrefとして出力される。減算部213C、加算部213D及びリミッタ217で出力部を構成している。   The steering torque Th from the torque sensor 154 passes through the differentiating unit 215A, is multiplied by the gain Kc by the differential gain (Kc) unit 215B, and is input to the adding unit 213D. And output as a feedback control current command value Ifref. The subtracting unit 213C, the adding unit 213D, and the limiter 217 constitute an output unit.

レートリミッタ211は、目標操舵角θtが急激に変化した場合に円滑化して出力するものであり、例えば図10に示すような構成となっている。即ち、目標操舵角θtは減算部211−1に加算入力され、過去値との減算結果である操舵角θt1が変化分設定部211−2で変化分θt2の設定をされる。変化分設定部211−2は、保持部(Z−1)211−4からの過去値と入力(θt)の差分θt1を設定し、加算部211−3での変化分θt2と過去値との加算結果を新たな目標操舵角θt3として出力する。変化分設定部211−2は、変化分が設定された上限及び下限を超えないようにするものであり、その特性は演算周期T毎に入力(目標操舵角)θtとの差分を求め、変化分設定部211−2の上限及び下限の範囲外の場合には、差分を過去値に加算することを繰返し行うことにより、図11に示すような階段状に出力θt3を変化させて、最終的に出力θt3を目標操舵角θtに一致させる。また、入力(目標操舵角)θtとの差分が変化分設定部211−2の上限及び下限の範囲内の場合には、変化分θt2=差分θt1を出力し、過去値に加算するので、その結果出力θt3と入力(目標操舵角)θtは一致する。これらの結果、目標操舵角θtが急激に変化しても、急激に変化する目標操舵角θtを滑らかに変化させることができ、急激な電流変化(=急激な操舵)を防止し、運転者に自動運転の不安感を減少させる機能を果たしている。 The rate limiter 211 smoothes and outputs when the target steering angle θt changes suddenly. For example, the rate limiter 211 is configured as shown in FIG. That is, the target steering angle θt is added and input to the subtracting unit 211-1, and the steering angle θt1, which is a result of subtraction from the past value, is set by the variation setting unit 211-2 as the variation θt2. The change setting unit 211-2 sets a difference θt1 between the past value from the holding unit (Z −1 ) 211-4 and the input (θt), and the change θt2 in the addition unit 211-3 and the past value are set. The addition result is output as a new target steering angle θt3. The change setting unit 211-2 prevents the change from exceeding the set upper limit and lower limit, and its characteristics are obtained by obtaining a difference from the input (target steering angle) θt for each calculation cycle T and changing. When the value is outside the upper and lower limits of the minute setting unit 211-2, the output θt 3 is changed in a stepwise manner as shown in FIG. The output θt3 is made to coincide with the target steering angle θt. When the difference from the input (target steering angle) θt is within the upper and lower limits of the change setting unit 211-2, the change θt2 = the difference θt1 is output and added to the past value. The result output θt3 matches the input (target steering angle) θt. As a result, even if the target steering angle θt changes abruptly, the target steering angle θt that changes abruptly can be changed smoothly, preventing sudden current changes (= rapid steering) and It plays a function to reduce the anxiety of autonomous driving.

SAT補償部230は、コラム軸回りの運動方程式からSATトルク(コラム軸換算)を求め、そのSATトルクに相当するモータ電流であるSAT推定電流値ISATを求める。そして、角度応答周波数よりも高いカットオフ周波数に設定されたLPFにSAT推定電流値ISATを通し、更に車速で設定された車速感応ゲインで乗算してSAT補償電流指令値Isrefを得ている。 The SAT compensation unit 230 obtains the SAT torque (converted to the column axis) from the equation of motion around the column axis, and obtains a SAT estimated current value I SAT that is a motor current corresponding to the SAT torque. Then, the SAT estimated current value I SAT is passed through the LPF set to a cutoff frequency higher than the angle response frequency, and further multiplied by the vehicle speed sensitivity gain set at the vehicle speed to obtain the SAT compensation current command value Isref.

コラム軸回りの運動方程式からSATトルク(コラム軸換算)を求め、そのSATトルクに相当するSAT推定電流値ISATを求めると、下記数3のようになる。 When the SAT torque (converted to the column axis) is obtained from the equation of motion around the column axis, and the SAT estimated current value I SAT corresponding to the SAT torque is obtained, the following equation 3 is obtained.

Figure 2014054885
ただし、Icはコラム軸に換算したコラム、ピニオンラック機構、タイヤの全慣性モーメント、ωはコラム軸角速度、Thは操舵トルク(トーションバーの捩りトルク)、TFrcはコラム軸に作用するクーロン摩擦、cはコラム軸粘性摩擦係数、Ktは電流値からコラム軸のトルクに変換する係数(モータトルク定数×減速比)である。

上記数3に基づくSAT補償部230は図12のような構成となっており、モータ角速度ωは粘性摩擦係数(c)部231に入力され、粘性摩擦係数cを乗算されて加減算部232Aに加算入力されると共に、符号(sign)部233で符号化され、クーロン摩擦(TFrc)部234でをクーロン摩擦TFrcを乗算されて加減算部232Aに加算入力される。符号部233及びクーロン摩擦部234で符号化クーロン摩擦部を構成している。また、加減算部232Aには操舵トルクThが減算入力され、その加減算結果が加算部232Bに加算入力される。モータ角加速度α(ここでは、モータ角加速度αはコラム軸角加速度と等しいとしている)は全慣性モーメント(Ic)部235に入力され、全慣性モーメントIcを乗算されて加算部232Bに入力され、その加算結果が係数(1/Kt)部236に入力され、1/Kt倍されて減算部232Cに加算入力される。減算部232Cには前回電流指令値Iref(Z−1)が減算入力され、その差が、SATに相当するモータトルクを発生するSAT推定電流値ISATとして出力される。加算部232B、係数部236及び減算部232Cで出力係数部を構成している。
Figure 2014054885
Where Ic is the column converted to the column shaft, pinion rack mechanism, total moment of inertia of the tire, ω c is the column shaft angular velocity, Th is the steering torque (torsion torque of the torsion bar), and T Frc is the Coulomb friction acting on the column shaft. , C is a column shaft viscous friction coefficient, and Kt is a coefficient (motor torque constant × reduction ratio) for converting the current value into the column shaft torque.

The SAT compensation unit 230 based on Equation 3 is configured as shown in FIG. 12, and the motor angular velocity ω is input to the viscous friction coefficient (c) unit 231, multiplied by the viscous friction coefficient c, and added to the addition / subtraction unit 232A. At the same time, it is encoded by the sign unit 233, multiplied by the Coulomb friction T Frc by the Coulomb friction (T Frc ) unit 234, and added to the addition / subtraction unit 232A. The encoding part 233 and the coulomb friction part 234 constitute an encoding coulomb friction part. Further, the steering torque Th is input to the addition / subtraction unit 232A, and the addition / subtraction result is input to the addition unit 232B. Motor angular acceleration α (here, motor angular acceleration α is equal to column axis angular acceleration) is input to total inertia moment (Ic) unit 235, multiplied by total inertia moment Ic, and input to addition unit 232B. The addition result is input to the coefficient (1 / Kt) unit 236, multiplied by 1 / Kt, and added to the subtraction unit 232C. The subtraction unit 232C receives the previous current command value Iref (Z −1 ) and inputs the difference as a SAT estimated current value I SAT that generates motor torque corresponding to SAT. The addition unit 232B, the coefficient unit 236, and the subtraction unit 232C constitute an output coefficient unit.

SAT推定電流値ISATをそのまま電流指令値に加えると振動やノイズが発生し易くなるため、カットオフ周波数が舵角制御の応答周波数(例えば1Hz)よりも高い特性のLPF237でフィルタリングする。LPF237のフィルタリング出力はゲイン(G)部238でゲインG倍される。ゲインG倍された電流値指令値はリミッタ239で上下限値を制限され、リミッタ239からSAT補償電流指令値Isrefが出力される。リミッタ239は必須の要素ではない。ゲイン部238は車速感応でも良く、車速感応ゲインのゲインG特性は、例えば図13に示すように車速Velの上昇に従ってゲインGが次第に小さくなる特性であれば良い。 If the estimated SAT current value I SAT is directly added to the current command value, vibration and noise are likely to occur. Therefore, the cutoff frequency is filtered by the LPF 237 having characteristics higher than the response frequency (for example, 1 Hz) of the steering angle control. The filtering output of the LPF 237 is multiplied by a gain G by a gain (G) unit 238. The upper limit value of the current value command value multiplied by the gain G is limited by the limiter 239, and the SAT compensation current command value Isref is output from the limiter 239. The limiter 239 is not an essential element. The gain unit 238 may be vehicle speed sensitive, and the gain G characteristic of the vehicle speed sensitive gain may be any characteristic as long as the gain G gradually decreases as the vehicle speed Vel increases as shown in FIG.

このような構成において、全体の動作例を図14のフローチャートを参照して説明する。   An example of the overall operation in such a configuration will be described with reference to the flowchart of FIG.

操舵系の動作がスタートすると、トルク制御部141によるトルク制御が実施され(ステップS1)、モータ電流指令値Itrefを用いて電流制御/駆動部143によりモータ150が駆動される(ステップS2)。上記動作は切換指令部131より切換指令SWが出力されるまで繰り返される(ステップS3)。   When the operation of the steering system starts, torque control by the torque control unit 141 is performed (step S1), and the motor 150 is driven by the current control / drive unit 143 using the motor current command value Itref (step S2). The above operation is repeated until a switching command SW is output from the switching command unit 131 (step S3).

自動操舵モードとなり、切換指令部131より切換指令SWが出力されると、目標操舵角生成部132から目標操舵角θtが入力され(ステップS4)、舵角センサ152から実操舵角θrが入力され(ステップS5)、トルクセンサ154から操舵トルクThが入力され(ステップS6)、車速センサ153から車速Velが入力され(ステップS7)、モータ角速度演算部144からモータ角速度ωが入力され(ステップS8)、更にモータ角加速度演算部145からモータ角加速度αが入力され(ステップS9)、舵角制御部200でモータ電流指令値Imrefが生成される(ステップS100)。なお、目標操舵角θt、実操舵角θr、操舵トルクTh、モータ角速度ω、モータ角加速度αの入力の順番は任意である。   When the automatic steering mode is entered, and the switching command SW is output from the switching command unit 131, the target steering angle θt is input from the target steering angle generation unit 132 (step S4), and the actual steering angle θr is input from the steering angle sensor 152. (Step S5), the steering torque Th is input from the torque sensor 154 (Step S6), the vehicle speed Vel is input from the vehicle speed sensor 153 (Step S7), and the motor angular speed ω is input from the motor angular speed calculation unit 144 (Step S8). Further, the motor angular acceleration α is input from the motor angular acceleration calculation unit 145 (step S9), and the motor current command value Imref is generated by the steering angle control unit 200 (step S100). The order of input of the target steering angle θt, the actual steering angle θr, the steering torque Th, the motor angular velocity ω, and the motor angular acceleration α is arbitrary.

その後、切換部142が切換指令部131からの切換指令SWにより切り換えられ(ステップS10)、舵角制御部200からのモータ電流指令値Imrefを用いて電流制御/駆動部143によりモータ150を駆動し(ステップS11)、上記ステップS3にリターンする。モータ電流指令値Imrefによる駆動制御は、切換指令部131から切換指令SWが変更されるまで繰り返される。   Thereafter, the switching unit 142 is switched by the switching command SW from the switching command unit 131 (step S10), and the motor 150 is driven by the current control / drive unit 143 using the motor current command value Imref from the steering angle control unit 200. (Step S11), the process returns to Step S3. The drive control based on the motor current command value Imref is repeated until the switching command SW is changed from the switching command unit 131.

モータ電流指令値Imrefの生成は舵角制御部200で行われ、舵角制御部200でのモータ電流指令値Imrefの生成動作は図15のフローチャートのようになっている。   The generation of the motor current command value Imref is performed by the steering angle control unit 200, and the generation operation of the motor current command value Imref by the steering angle control unit 200 is as shown in the flowchart of FIG.

先ずフィードバック制御部210は目標操舵角θt、実操舵角θr、モータ角速度ω及び操舵トルクThを入力し(ステップS101)、フィードバック制御電流指令値Ifrefを生成する(ステップS102)。これと並行して、SAT補償部230はモータ角速度ω、操舵トルクTh、モータ角加速度α及び前回電流指令値Iref(Z−1)を入力し(ステップS103)、SAT補償電流指令値Isrefを生成する(ステップS104)。フィードバック制御電流指令値Ifrefを加算部201に入力すると共に、SAT補償電流指令値Isrefを加算部201に入力し(ステップs105)、加算結果である電流指令値Imo(=Ifref−Isref)を電流指令値と加算してモータ電流指令値Imrefを出力する(ステップS106)。 First, the feedback control unit 210 inputs the target steering angle θt, the actual steering angle θr, the motor angular velocity ω, and the steering torque Th (step S101), and generates a feedback control current command value Ifref (step S102). In parallel with this, the SAT compensation unit 230 receives the motor angular velocity ω, the steering torque Th, the motor angular acceleration α, and the previous current command value Iref (Z −1 ) (step S103), and generates the SAT compensation current command value Isref. (Step S104). The feedback control current command value Ifref is input to the adding unit 201, and the SAT compensation current command value Isref is input to the adding unit 201 (step s105), and the current command value Imo (= Ifref−Isref) as the addition result is input to the current command. The motor current command value Imref is output by adding the value (step S106).

次に、フィードバック制御部210の動作を、図16のフローチャートを参照して説明する。   Next, the operation of the feedback control unit 210 will be described with reference to the flowchart of FIG.

目標操舵角θtがレートリミッタ211に入力され(ステップS110)、レートリミッタ211で前述したようなレート制限動作が実行され(ステップS111)、LPF212を経た目標操舵角θtaが減算部213Aに入力される。また、舵角センサ152から実操舵角θrが入力され(ステップS112)、減算部213Aで“θta−θr”の減算が行われ(ステップS113)、減算値である角度偏差θdが比例ゲイン部214でゲインKpp倍されて減算部213Bに加算入力される(ステップS114)。モータ角速度ωが減算部213Bに減算入力され、ゲインKpp倍された角速度との速度偏差が求められる(ステップS115)。減算部213Bで得られた速度偏差は、積分部216A及び積分ゲイン部216Bで積分とゲインKvi倍されて減算部213Cに加算入力されると共に(ステップS116)、比例ゲイン部216Cで比例ゲインKvp倍されて減算部213Cに減算入力され(ステップS117)、減算部213Cで減算される(ステップS118)。   The target steering angle θt is input to the rate limiter 211 (step S110), the rate limiting operation as described above is executed by the rate limiter 211 (step S111), and the target steering angle θta that has passed through the LPF 212 is input to the subtraction unit 213A. . Further, the actual steering angle θr is input from the rudder angle sensor 152 (step S112), “θta−θr” is subtracted by the subtraction unit 213A (step S113), and the angular deviation θd as a subtraction value is proportional gain unit 214. The gain is multiplied by Kpp and added to the subtraction unit 213B (step S114). The motor angular speed ω is subtracted and input to the subtracting unit 213B, and a speed deviation from the angular speed multiplied by the gain Kpp is obtained (step S115). The speed deviation obtained by the subtracting unit 213B is integrated and gained Kvi times by the integrating unit 216A and the integrating gain unit 216B, added to the subtracting unit 213C (step S116), and proportional gain Kvp times by the proportional gain unit 216C. Then, subtraction is input to the subtraction unit 213C (step S117), and subtraction is performed by the subtraction unit 213C (step S118).

その後、操舵トルクThを入力し(ステップS120)、操舵トルクThを微分部215Aで微分し、微分ゲイン部215Bで微分ゲインKc倍して加算部213Cに入力する(ステップS121)。加算部213Dにおいて減算部213Cからの減算値と加算され(ステップS122)、リミッタ217で上下限値を制限され(ステップS123)、フィードバック制御電流指令値Ifrefとして出力される(ステップS124)。   Thereafter, the steering torque Th is input (step S120), the steering torque Th is differentiated by the differentiation unit 215A, multiplied by the differential gain Kc by the differential gain unit 215B, and input to the addition unit 213C (step S121). The addition unit 213D adds the value to the subtraction value from the subtraction unit 213C (step S122), the upper / lower limit value is limited by the limiter 217 (step S123), and is output as the feedback control current command value Ifref (step S124).

次に、SAT補償部230の動作を、図17のフローチャートを参照して説明する。   Next, the operation of the SAT compensation unit 230 will be described with reference to the flowchart of FIG.

モータ角速度ω及び操舵トルクThを入力し(ステップS130)、粘性摩擦係数部231でモータ角速度ωに粘性摩擦係数cを乗算し(ステップS131)、符号部233で符号化し、クーロン摩擦部234でクーロン摩擦TFrcを乗算し(ステップS132)、粘性摩擦係数部231の出力及びクーロン摩擦部234の出力を加算すると共に、操舵トルクThを加減算部232Aで加減算する(ステップS133)。 The motor angular velocity ω and the steering torque Th are input (step S130), the viscous friction coefficient portion 231 multiplies the motor angular velocity ω by the viscous friction coefficient c (step S131), the encoding portion 233 encodes the coulomb friction portion 234, and the coulomb friction portion 234. The friction TFrc is multiplied (step S132), the output of the viscous friction coefficient unit 231 and the output of the coulomb friction unit 234 are added, and the steering torque Th is added / subtracted by the addition / subtraction unit 232A (step S133).

次に、全慣性モーメント部235はモータ角加速度αを入力して全慣性モーメントIcを乗算し(ステップS132)、加算部232Bで加算する(ステップS135)。加算部232Bでの加算結果は係数部236で1/Kt倍して減算部232Cに加算入力し、別途入力(記憶)されている前回電流指令値Iref(Z−1)を減算部232Cで減算する(ステップS137)。減算部232CからはSATに相当するモータトルクを発生するSAT推定電流値ISATとして出力され、SAT推定電流値ISATをLPF237でフィルタリングし(ステップS140)、車速Velを入力してゲイン(G)部238でゲインG倍し(ステップS141)、更にリミッタ239で上下限値を制限し(ステップS122)、リミッタ239からSAT補償電流指令値Isrefを出力する(ステップS143)。 Next, the total inertia moment unit 235 receives the motor angular acceleration α, multiplies the total inertia moment Ic (step S132), and adds it by the addition unit 232B (step S135). The addition result in the addition unit 232B is multiplied by 1 / Kt in the coefficient unit 236 and added to the subtraction unit 232C, and the previous current command value Iref (Z −1 ) separately input (stored) is subtracted in the subtraction unit 232C. (Step S137). The subtractor 232C outputs a SAT estimated current value I SAT that generates a motor torque corresponding to SAT, and the SAT estimated current value I SAT is filtered by the LPF 237 (step S140), and the vehicle speed Vel is input to gain (G). The unit 238 multiplies the gain G (step S141), further limits the upper and lower limit values by the limiter 239 (step S122), and outputs the SAT compensation current command value Isref from the limiter 239 (step S143).

図12のSAT補償部230は数3に基づいて構成したものであるが、図4で説明したSAT推定についても同様に構成することができる。図18はその構成例を示しており、SAT推定電流値*SAT(=ISAT)を前述と同様な特性のLPF230−1、車速感応型のゲイン(G)部230−2及びリミッタ230−3によって、SAT補償電流指令値Isrefを得ることができる。 The SAT compensation unit 230 in FIG. 12 is configured based on Equation 3, but the SAT estimation described in FIG. 4 can be configured in the same manner. FIG. 18 shows an example of the configuration, and the estimated SAT current value * SAT (= I SAT ) is set to the LPF 230-1, the vehicle speed sensitive gain (G) section 230-2, and the limiter 230-3. Thus, the SAT compensation current command value Isref can be obtained.

1 ハンドル
2 コラム軸(ステアリングシャフト)
10、154 トルクセンサ
12、153 車速センサ
13 バッテリ
20,150 モータ
21 モータ駆動部
100 コントロールユニット(ECU)
110 トルク系制御部
120 モータ系制御部
151 回転センサ
152 舵角センサ
130 車両側のECU
131 切換指令部
132 目標操舵角生成部
140 EPS側のECU
141 トルク制御部
142 切換部
143 電流制御/駆動部
144 モータ角速度演算部
145 モータ角加速度演算部
200 舵角制御部
210 フィードバック制御部
211 レートリミッタ
211−2 変化分設定部
211−4 保持部
212、230−1、237 LPF
214 比例ゲイン部
215A 微分部
215B 微分ゲイン(Kc)部
216A 積分部
216B 積分ゲイン(Kvi)部
216C 比例ゲイン(Kvp)部
217、239、230−3 リミッタ
230 SAT補償部
231 粘性摩擦係数部
233 符号部
234 クーロン摩擦部
238 (車速感応)ゲイン部
1 Handle 2 Column shaft (steering shaft)
10, 154 Torque sensors 12, 153 Vehicle speed sensor 13 Battery 20, 150 Motor 21 Motor drive unit 100 Control unit (ECU)
110 Torque system control unit 120 Motor system control unit 151 Rotation sensor 152 Steering angle sensor 130 ECU on vehicle side
131 switching command section 132 target steering angle generation section 140 ECU on EPS side
141 torque control unit 142 switching unit 143 current control / drive unit 144 motor angular velocity calculation unit 145 motor angular acceleration calculation unit 200 rudder angle control unit 210 feedback control unit 211 rate limiter 211-2 change setting unit 211-4 holding unit 212, 230-1, 237 LPF
214 Proportional gain unit 215A Differentiation unit 215B Differential gain (Kc) unit 216A Integration unit 216B Integration gain (Kvi) unit 216C Proportional gain (Kvp) units 217, 239, 230-3 Limiter 230 SAT compensation unit 231 Viscous friction coefficient unit 233 Sign Part 234 Coulomb friction part 238 (vehicle speed sensitive) gain part

Claims (7)

操舵トルク及び車速に基づいてモータ電流指令値1を演算し、前記モータ電流指令値1に基づいてモータを駆動して操舵系をアシスト制御すると共に、自動操舵モードと手動操舵モードとを切り換える機能を有する電動パワーステアリング装置において、
目標操舵角、実操舵角、前記モータのモータ角速度及びモータ角加速度、前記操舵トルク、前回電流指令値に基づいてモータ電流指令値2を算出する舵角制御部と、前記モータ電流指令値1及びモータ電流指令値2を入力して切り換える切換部とを具備し、
前記舵角制御部が、前記目標操舵角、前記実操舵角、前記モータ角速度及び前記操舵トルクに基づいてフィードバック制御電流指令値を生成するフィードバック制御部と、前記モータ角速度、前記モータ角加速度、前記操舵トルク及び前記前回電流指令値に基づいてSAT補償電流指令値を生成するSAT補償部と、前記フィードバック制御電流指令値及び前記SAT補償電流指令値から前記モータ電流指令値2を生成する出力部とで構成され、
前記自動操舵モード及び手動操舵モードの切換指令に応じて前記切換部が切り換えられ、前記自動操舵モード時に前記モータ電流指令値2に基づいて前記モータを駆動制御することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
A function of calculating a motor current command value 1 based on the steering torque and the vehicle speed, driving the motor based on the motor current command value 1 to assist control of the steering system, and switching between an automatic steering mode and a manual steering mode. In the electric power steering apparatus having
A steering angle control unit that calculates a motor current command value 2 based on a target steering angle, an actual steering angle, a motor angular velocity and motor angular acceleration of the motor, the steering torque, and a previous current command value; and the motor current command value 1 and A switching unit for inputting and switching the motor current command value 2;
The steering angle control unit generates a feedback control current command value based on the target steering angle, the actual steering angle, the motor angular velocity, and the steering torque, the motor angular velocity, the motor angular acceleration, A SAT compensation unit that generates a SAT compensation current command value based on the steering torque and the previous current command value; and an output unit that generates the motor current command value 2 from the feedback control current command value and the SAT compensation current command value; Consists of
The electric power steering apparatus characterized in that the switching unit is switched according to a switching command between the automatic steering mode and the manual steering mode, and the motor is driven and controlled based on the motor current command value 2 in the automatic steering mode. .
前記フィードバック制御部が、
前記目標操舵角を円滑化するレートリミッタと、前記レートリミッタの出力に接続されたLPFと、前記LPFの出力と前記実操舵角との角度偏差を比例ゲイン倍する第1比例ゲイン部と、前記第1比例ゲイン部からの誤差速度と前記モータ角速度との速度偏差を積分して積分ゲイン倍する積分ゲイン部と、前記速度偏差を比例ゲイン倍する第2比例ゲイン部と、前記操舵トルクを微分して微分ゲイン倍する微分ゲイン部と、前記積分ゲイン部の出力と前記第2比例ゲイン部の出力との偏差値に前記微分ゲイン部の出力を加算して上下限値を制限して前記フィードバック制御電流指令値を出力する出力部とで構成されている請求項1に記載の電動パワーテアリング装置。
The feedback control unit is
A rate limiter for smoothing the target steering angle; an LPF connected to the output of the rate limiter; a first proportional gain unit for multiplying an angular deviation between the output of the LPF and the actual steering angle by a proportional gain; An integral gain section that integrates the speed deviation between the error speed from the first proportional gain section and the motor angular speed to multiply the integral gain, a second proportional gain section that multiplies the speed deviation by a proportional gain, and a derivative of the steering torque. A differential gain unit that doubles the differential gain, and the output of the differential gain unit is added to the deviation value between the output of the integral gain unit and the output of the second proportional gain unit to limit the upper and lower limit values, and the feedback The electric power tearing device according to claim 1, comprising an output unit that outputs a control current command value.
前記SAT補償部が、
前記操舵トルク、前記モータ角速度、前記モータ角加速度及び前回電流指令値に基づいてSAT推定電流値を算出するSAT推定部と、前記SAT推定電流値を入力すると共に、角度応答周波数よりも高いカットオフ周波数特性を有するLPFと、前記LPFの出力を車速可変ゲインで乗算して前記SAT補償電流指令値を出力する車速感応ゲイン部とで構成されている請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置。
The SAT compensator is
A SAT estimation unit that calculates a SAT estimated current value based on the steering torque, the motor angular velocity, the motor angular acceleration, and the previous current command value, and inputs the SAT estimated current value and has a cutoff higher than the angular response frequency. 3. The electric power steering apparatus according to claim 1, comprising: an LPF having frequency characteristics; and a vehicle speed sensitive gain unit that outputs the SAT compensation current command value by multiplying an output of the LPF by a vehicle speed variable gain. .
前記SAT推定部が、
前記モータ角速度に粘性摩擦係数を乗算する粘性摩擦係数部と、前記モータ角速度を符号化してクーロン摩擦を乗算する符号化クーロン摩擦部と、前記モータ角加速度に全慣性モーメントを乗算する全慣性モーメント部と、前記粘性摩擦係数部の出力及び前記符号化クーロン摩擦部の出力の加算値から前記操舵トルクを減算し、前記全慣性モーメント部の出力を加算して係数を乗算する出力係数部とで構成されている請求項3に記載の電動パワーステアリング装置。
The SAT estimation unit is
A viscous friction coefficient portion that multiplies the motor angular velocity by a viscous friction coefficient; an encoded Coulomb friction portion that encodes the motor angular velocity and multiplies Coulomb friction; and a total inertia moment portion that multiplies the motor angular acceleration by a total inertia moment. And an output coefficient unit that subtracts the steering torque from the added value of the output of the viscous friction coefficient part and the output of the coded Coulomb friction part, adds the output of the total moment of inertia part, and multiplies the coefficient. The electric power steering apparatus according to claim 3.
前記車速感応ゲイン部の後段に、上下限値を制限するリミッタが接続されている請求項3又は4に記載の電動パワーステアリング装置。 The electric power steering apparatus according to claim 3 or 4, wherein a limiter for limiting upper and lower limit values is connected to a subsequent stage of the vehicle speed sensitive gain unit. 前記SAT推定部が、
アシストトルクに相当する電流指令値及び前記操舵トルクを加算する加算部と、前記モータ角加速度に慣性を乗算した値を、前記加算部の加算結果から減算する第1減算部と、前記モータ角速度を符号化して摩擦を乗算した値を、前記第1減算部の減算結果から減算して前記SAT推定電流値を出力する第2減算部とで構成されている請求項3に記載の電動パワーステアリング装置。
The SAT estimation unit is
An addition unit for adding the current command value corresponding to the assist torque and the steering torque, a first subtraction unit for subtracting a value obtained by multiplying the motor angular acceleration by inertia from the addition result of the addition unit, and the motor angular velocity. The electric power steering apparatus according to claim 3, further comprising: a second subtraction unit that subtracts a value obtained by encoding and multiplying friction from a subtraction result of the first subtraction unit and outputs the estimated SAT current value. .
前記車速感応ゲイン部の後段に、上下限値を制限するリミッタが接続されている請求項6に記載の電動パワーステアリング装置。 The electric power steering apparatus according to claim 6, wherein a limiter for limiting upper and lower limit values is connected to a subsequent stage of the vehicle speed sensitive gain unit.
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