JP2004050972A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
【課題】電動パワーステアリング装置に関し、トルクセンサを要することなく、適切な操舵アシストを行なえるようにして低コストで操舵フィーリングを向上させることができるようにする。
【解決手段】DCモータ11を流れる電流iを検出する電流検出手段21と、DCモータ11へのモータ負荷電圧値vをフィードバック制御することによりDCモータ11の作動を制御する制御手段30とをそなえ、制御手段30に、DCモータ11へのモータ負荷電圧値vと、検出されたモータ電流値i及び車両のヨーレイトrとを用いて、DCモータ11を含む操舵−車両系のモデルに基づいて、少なくとも操舵−車両系に加わるドライバトルクThを推定する推定手段31と、推定されたドライバトルクThに応じて、DCモータ11へ与えるべき目標モータ負荷電圧値を設定する設定手段32とを設け、設定された目標モータ負荷電圧値をDCモータ11へ与える。
【選択図】 図1The present invention relates to an electric power steering apparatus, which can perform appropriate steering assist without requiring a torque sensor, thereby improving steering feeling at low cost.
A current detection unit detects current i flowing through a DC motor, and a control unit controls the operation of the DC motor by feedback-controlling a motor load voltage value applied to the DC motor. The control means 30 uses the motor load voltage value v to the DC motor 11, the detected motor current value i, and the yaw rate r of the vehicle based on a steering-vehicle system model including the DC motor 11, Estimating means 31 for estimating at least the driver torque Th applied to the steering-vehicle system, and setting means 32 for setting a target motor load voltage value to be applied to the DC motor 11 according to the estimated driver torque Th are provided. The set target motor load voltage value is provided to the DC motor 11.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載されDCモータを用いて操舵をアシストする電動パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車用のパワーステアリング装置としては、油圧式のものが普及しているが、きめの細かい操舵アシスト制御を実施するには、電動式のものの方が有利であり、近年、電動パワーステアリング装置に関する技術が開発されている。
このような電動パワーステアリング装置では、操舵系に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、車速を検出する車速検出センサとを設けて、これらのセンサで検出された操舵トルクと車速とに応じて、モータによるアシストトルクを制御するのが一般的であった。
これに対して、さらに、操舵フィーリングを改善するために、モータの角速度や角加速度に基づいて、ステアリング系の慣性、粘性等を補償する制御方法も提案されている。
【0003】
このような観点から、特許第3133914号公報には、操舵系に連結されたモータをPWM制御する電動パワーステアリング装置において、PWM搬送波周波数よりも低い遮断周波数の低域通過特性を有する回路によって矩形波成分を除去してモータ印可電圧を検出して、このモータ印可電圧に基づいてモータ角速度を推定する技術が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動パワーステアリング装置に関する技術では、よりきめの細かい操舵アシストを実現でき操舵フィーリングの向上を図れるものの、制御モータによるアシストトルクを制御するためにいずれも操舵トルクセンサが必要であり、この分コスト増あるいはトルクセンサ故障時に操舵アシストが行なえなくなるといった不具合を招いていた。
【0005】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、トルクセンサを要することなく、適切な操舵アシストを行なえるようにして操舵フィーリングを向上させることができるようにした、電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の本発明の電動パワーステアリング装置は、車両に搭載されDCモータを用いて操舵をアシストする電動パワーステアリング装置であって、該DCモータを流れる電流を検出する電流検出手段と、該車両のヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段と、該DCモータへのモータ付加電圧値をフィードバック制御することにより該DCモータの作動を制御する制御手段とをそなえ、該制御手段は、該DCモータへのモータ付加電圧値と、該電流検出手段により検出されたモータ電流値と、該ヨーレイト検出手段により検出された車両のヨーレイトとを用いて、該DCモータの制御系に加わるドライバトルクを推定する推定手段と、該推定手段により推定された該ドライバトルクに応じて、該DCモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定する設定手段とを備え、該設定手段により設定された該目標モータ付加電圧値を該DCモータへ与えるように構成される。
【0007】
なお、該推定手段は、該DCモータへのモータ付加電圧値と、該電流検出手段により検出されたモータ電流値と、該ヨーレイト検出手段により検出された車両のヨーレイトとを用いて、該DCモータを含む操舵−車両系の制御系のモデルに基づいて、該DCモータの制御系に加わる該ドライバトルクに加えて、該DCモータの角速度,該車両の操舵輪の舵角及び該車両の重心スリップ角のうちの少なくともいずれかを推定するとともに、該設定手段は、該電流検出手段により検出された該電流値と該ヨーレイト検出手段により検出された車両のヨーレイトと該推定手段により推定された各推定値とに応じて、該DCモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定することが好ましい(請求項2)。
【0008】
また、該推定手段は、状態量としての該モータ付加電圧値,該モータ電流値,該車両のヨーレイトから、状態量としての該モータ電流値,該DCモータの角速度,該外乱トルク,該車両の操舵輪の舵角,該車両の重心スリップ角,該車両のヨーレイトのうちの少なくともいずれかの量を推定するオブザーバと、該オブザーバにより推定された上記の推定量に基づいて該ドライバトルクを算出するドライバトルク演算部とから構成されていることが好ましい(請求項3)。
【0009】
該車両の車速を検出する車速検出手段をさらにそなえ、該設定手段は、該電流検出手段により検出された該電流値と該ヨーレイト検出手段により検出された車両のヨーレイトと該推定手段により推定された各推定値と、該車速検出手段により検出された車速とに応じて、該DCモータへ与えるべき該目標モータ付加電圧値を設定することが好ましい(請求項4)。
【0010】
該設定手段は、該電流値と該ヨーレイトと該推定手段により推定された各推定値を、それぞれに対して該車速に応じて設定される各制御ゲインで乗算処理した値の総和を該目標モータ付加電圧値に設定することが好ましい(請求項5)。
また、本発明の電動パワーステアリング装置(請求項6)は、車両に搭載され操舵系に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルクセンサを備え、該操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクに基づいてDCモータを用いて操舵をアシストする電動パワーステアリング装置であって、該操舵トルクセンサの故障を検出する操舵トルクセンサ故障検出手段と、該DCモータを流れる電流を検出する電流検出手段と、該DCモータへの付加電圧を制御する制御手段とをそなえて構成される。該制御手段は、操舵トルクセンサ故障検出手段が該操舵トルクセンサの故障を検出したときに、該DCモータへのモータ付加電圧値と、該電流検出手段により検出されたモータ電流値と、該ヨーレイト検出手段により検出された車両のヨーレイトとを用いて、該DCモータを含む操舵−車両系の制御系のモデルに基づいて、少なくとも該DCモータの制御系に加わる外乱トルクを推定する推定手段と、該推定手段により推定された該外乱トルクに応じて、該DCモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定する設定手段とを備え、該設定手段により設定された該目標モータ付加電圧値を該DCモータへ与える。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明の第1実施形態を説明すると、図1〜図4は本発明の第1実施形態としての電動パワーステアリング装置について示すもので、図1はその機能構成を示すブロック図、図2,図3はそのオブザーバのブロック図、図4はその制御に用いる速度対応制御ゲインの特性を示す図である。
【0012】
図1に示すように、本電動パワーステアリング装置は、DCモータの制御系(モータへの付加電圧を制御入力としてモータの出力トルクや回転数を制御する系全体、以下、モータ制御系という)を含む操舵−車両系(車両の操舵装置とこの操舵装置によって運動する車体の系全体)1に対して、DCモータ11によって発生するトルク(操舵アシストトルク)Tmを付与して、ドライバの操舵負担を軽減できるようになっている。DCモータ11による操舵アシストトルクTmは、モータ制御系に加わるトルク(外乱トルク)wに応じて与えることで、フィーリング良くドライバの操舵負担を軽減できる。
【0013】
この場合の外乱トルクwとは、ドライバトルクThと車両が路面から受ける操舵反力トルクTcとの加算値であり(w=Th+Tc)、モータ制御系には、この外乱トルクwと操舵アシストトルクTmとが加わることになる。
また、DCモータ11によって発生する操舵アシストトルクTmは、DCモータ11の作動電流(モータ電流)iに応じたもの、即ち、モータ電流iにモータトルク定数KTを乗算したものになる。
【0014】
さらに、本装置におけるDCモータ11は、モータへの付加電圧を制御することで、モータ電流iを調整するようになっており、このモータ付加電圧vを制御するために、制御手段としての電子制御ユニット(ECU)30がそなえられている。
したがって、ECU30は、ドライバトルクThと操舵反力トルクTcとの加算値を推定し、主として、このドライバトルクThと操舵反力トルクTcとに応じて目標モータ付加電圧値(以下、目標電圧値という)vtを設定し、この目標電圧値vtにモータ付加電圧vを制御することによって、操舵アシストトルクTmを調整するようになっている。
【0015】
ただし、目標電圧値vtは、ドライバトルクTh及び操舵反力トルクTcのみならず、モータ電流推定値ie,モータ角速度(DCモータ11の角速度)推定値ωe,車両の前輪操舵角推定値δe,車両の重心スリップ角推定値βe及び車両のヨーレイト推定値reにも応じて設定されるようになっている。
そこで、ECU30には、外乱トルク推定値we,モータ電流推定値ie,モータ角速度(DCモータ11の角速度)推定値ωe,車両の前輪操舵角推定値δe,車両の重心スリップ角推定値βe及び車両のヨーレイト推定値reを推定するための、推定手段31と、推定手段31で推定された各推定値we,ie,ωe,δe,βe,reに基づいて制御量(目標電圧値)vtを設定する設定手段としての制御量設定部32とがそなえられている。
【0016】
推定手段31は、オブザーバ31aとドライバトルク演算部31bとをそなえている。
オブザーバ31aでは、モータ付加電圧値vと、電流検出手段(電流センサ)41により検出されたモータ電流値isと、ヨーレイト検出手段(ヨーレイトセンサ或いはヨーレイトを算出する手段)42により検出された車両のヨーレイトrsとを用いて、モータ制御系のモデルに基づいて、外乱トルク推定値we,モータ電流推定値ie,モータ角速度(DCモータ11の角速度)推定値ωe,車両の前輪操舵角推定値δe,車両の重心スリップ角推定値βe及び車両のヨーレイト推定値Keを推定する。
【0017】
このオブザーバ31aによる推定についてさらに説明すると、DCモータ11は、図2に示すようにモデル化することができる。
ただし、図2において、v,is,ie,ωeはいずれも変数(状態量)であって、vは入力電圧(モータ付加電圧)の指令値、isは電流(モータ電流)の検出値、ieは電流(モータ電流)の推定値、ωeはモータ角速度の推定値、weは外乱トルクの推定値(=ドライバトルク推定値Theと操舵反力トルク推定値Tceとの加算値、we=The+Tce)である。
【0018】
また、L,R,KT,KE,IMはいずれもモータ固有のパラメータ(定数値)であって、Lはコイルのインダクタンス、Rはコイルの抵抗、KTはトルク定数、KEは逆起電力定数、IMはモータの慣性モーメントである。lm1〜lm3はオブザーバの定数である。
このようなモデルから、モータ電流の微分方程式は次式(1)のように、モータ角速度の微分方程式は次式(2)のようにたてることができる。
【0019】
L(di/dt)+R・i+KE・ω=v ・・・(1)
IM(dω/dt)=KT・i+w ・・・(2)
式(1),(2)を状態方程式で表現すると、次式(3)のようになる。
【0020】
【数1】
【0021】
ここで、外乱wを状態変数に拡張すると、次式(4)が得られる。
【0022】
【数2】
【0023】
式(4)に基づいて、電流iを観測値(検出値)とした場合のオブザーバの状態方程式を示すと、次式(5)のようになる。
【0024】
【数3】
【0025】
上記の状態方程式(5)において、ie,ωe,weはいずれも状態量としての推定値(前述のモータ電流推定値,モータ角速度推定値,外乱トルク推定値)であり、lm1,lm2,lm3はいずれも係数である。ここで、係数lm1,lm2,lm3を定めることによって、状態量ie,ωe,weを推定するオブザーバを構成することができる。また、係数lm1,lm2,lm3は周波数特性を考慮した数式演算によって、適正値を設定することができる。
【0026】
また、操舵−車両系1は、図3に示すようにモデル化することができる。
ただし、図3において、ωe,δe,βe,rs,reはいずれも変数(状態量)であって、ωeはモータ角速度の推定値、δeは前輪実舵角(操舵角)の推定値、βeは車両の重心スリップ角の推定値、rsは車両のヨーレイトの検出値、reは車両のヨーレイトの推定値、ωeはモータ角速度の推定値、weは外乱トルクの推定値(=ドライバトルク推定値Theと操舵反力トルク推定値Tceとの加算値、we=The+Tce)である。また、Kg,m,I,V,Kf,Kr,lf,lrはいずれもモータ制御系に固有のパラメータ(定数値)であって、Kgは操舵ギア比(モータ位相角度と前輪(操舵輪)舵角との比)、mは車両の質量、Iは車両の慣性モーメント、Vは車速、Kfは前輪コーナリングパワー、Krは後輪コーナリングパワー、lfは重心から前輪軸までの距離、lrは重心から後輪軸までの距離である。lv1〜lv3はオブザーバの定数である。
【0027】
このようなモデルから、操舵角δeの微分方程式は次式(6)のように、重心スリップ角βeの微分方程式は次式(7)のように、ヨーレイトrsの微分方程式は次式(8)のように、たてることができる。
dδe/dt=ωe/Kg ・・・(6)
dβe/dt=(2Kf/mV)δe−[mV2+2(lfKf−lrKr)/mV2]re−[2(Kf+Kr)/mV]βe ・・・(7)
dre/dt=(2lfKf/I)δe−[2(lfKf−lrKr)/I]βe−[2(lf 2Kf+lr 2Kr)/IV]re ・・・(8)
式(6)〜(8)を状態方程式で表現すると、次式(9)のようになる。
【0028】
【数4】
【0029】
式(9)に基づいてヨーレイト検出値rsを観測値とし、モータ角速度推定値ωseを入力値とした場合のオブザーバの状態方程式を示すと次式(10)のようになる。
【0030】
【数5】
【0031】
上記の状態方程式(10)において、δe,βe,reはいずれも状態量としての推定値(前述の前輪実舵角推定値,重心スリップ角推定値,ヨーレイト推定値)であり、lv1,lv2,lv3はいずれも係数である。ここで、係数lv1,lv2,lv3を定めることによって、状態量δe,βe,reを推定するオブザーバを構成することができる。また、係数lv1,lv2,lv3は周波数特性を考慮した数式演算によって、適正値を設定することができる。
【0032】
演算部31bでは、このようなオブザーバ31aによる推定結果から演算によってドライバトルク推定値Theを求める。
つまり、前輪タイヤの横滑り角βfeと操舵反力(セルフアライニングトルク)との関係を求めると、前輪タイヤの横滑り角βfeは、次式(11)で算出することができる。
βfe=βe+(lf/V)re−δe ・・・(11)
前輪タイヤの横滑り角βfeが小さい領域では、キングピン軸回りの操舵反力トルクTseは、次式(12)で算出することができる(ただし、ξは復元モーメントトレールである)。
Tse=2ξKfβfe ・・・(12)
ただし、ξは復元モーメントトレールである。
【0033】
ここで、キングピン軸回りの操舵反力トルクTseをコラム軸(操舵軸)回りの操舵反力トルクTceに換算すると、次式(13)のようになる。
Tce=(2ξKf/Kg)βfe ・・・(13)
ただし、Kgはステアリングギア比である。
したがって、演算部31bでは、次式(14)に示すように、上記の推定値we,βe,re,δeからドライバトルク推定値Theを算出することができる。
The=we−Tce=we−(2ξKf/Kg)βfe
=we−(2ξKf/Kg)[βe+(lf/V)re−δe] ・・・(14)
制御量設定部32は、このように推定されたモータ電流推定値ie(この推定値はモータ電流検出値isで置き換えることができる),モータ角速度推定値ωe,ドライバトルク推定値The,前輪操舵角推定値δe,重心スリップ角推定値βe及びヨーレイト推定値re(この推定値はヨーレイト検出値rsで置き換えることができる)と車速検出手段(車速センサ)42からの検出情報とを入力され、各推定値ie,ωe,The,δe,βe,reを、それぞれの速度対応ゲインKi,Kω,KTh,Kδ,Kβ,Krで乗算処理し、これらを、次式(15)のように加算して目標電圧値vtを設定するようになっている。
vt=−Ki・ie−Kω・ωe+KTh・The−Kδ・δe−Kβ・βe−Kr・re・・・(15)
なお、速度対応ゲインKi,Kω,KTh,Kδ,Kβ,Krはそれぞれ図4に示すような特性で設定される。
【0034】
モータ電流制御ゲインKiは、図4(a)に示すように、車速にほとんど依存せずにほぼ定数に設定されており、目標電圧値vtに値Ki・ieを反映させることで、制御の動特性が向上するようになっている。
モータ角速度制御ゲインKωは、図4(b)に示すように、車速の増大に応じて増加するように設定されており、目標電圧値vtに値Kω・ωeを反映させることで、急操舵された際などに過剰な角速度の発生を抑制するようになっている。
【0035】
ドライバトルク制御ゲインKThは、図4(c)に示すように、車速の増大に応じて減少するように設定されており、車速が高くなるほど目標電圧値vtを小さくして、操舵アシストトルクTmを減少させるようになっている。これは、車速が高いほど操舵安定感(保舵感)を重視して操舵アシストを弱め、逆に、車速が低いほど操舵操作を容易にできるように操舵アシストを強めるようにしているのである。速度対応ゲインKi,Kω,KThのうちこのドライバトルク制御ゲインKThが最も大きく設定され、ドライバトルク制御ゲインKThが目標電圧値vtに最も大きく影響するようになっている。
【0036】
前輪操舵角制御ゲインKδは、図4(d)に示すように、低車速時には負の値となって、車速の増加に応じて増加(負の値の場合には値の大きさが小さくなる)して高車速時には正の値となるように設定されている。ただし、極低速時には、車速の増加に応じて減少(負の値であって、絶対値の大きさは車速増加に応じて増加する)ようになっている。低速時に前輪操舵角制御ゲインKδが負に設定されているのは、操舵角と同じ向きにアシストトルクを与えて操舵操作を容易にするためである。高速になるのに従って前輪操舵角制御ゲインKδが増加して正になるように設定されているのは、車速が高いほど操舵安定感を重視すると共に、高速走行時の操舵フィーリングを向上させようとするものである。
【0037】
重心スリップ角制御ゲインKβは、図4(e)に示すように、車速の増加に応じて増加するように設定されている。ただし、極低速時には、車速の増加に応じて急増しその後は緩やかに増加するようになっている。これは、低速から高速まで車両の安定性を保つと共に操舵フィーリングを向上させようとするものである。
ヨーレイト制御ゲインKrは、図4(f)に示すように、低車速時には0で、高中車速時には車速の増加に応じて増加するように設定されている。これも、上記と同様に、低速から高速まで車両の安定性を保つと共に操舵フィーリングを向上させようとするものである。
【0038】
本発明の第1実施形態としての電動パワーステアリング装置は、上述のように構成されているので、モータ指令値であるモータ付加電圧vと電流センサ21で検出されるモータ電流iとヨーレイトセンサ23で検出されるヨーレイトrから、操舵トルク(ドライバトルク)Thを推定して、この推定したドライバトルクThに応じて、モータ11の付加電圧vを制御することにより、モータトルクTmを調整するので、トルクセンサを要することなく、演算ソフトを追加するだけで、ドライバの操舵負荷状態に応じて適切に操舵アシストを実施することができる。すなわち、低コストで操舵フィーリングを向上させることができる。
【0039】
また、ドライバトルクThを、車速の増大に応じて減少するように設定されるドライバトルク制御ゲインKThにより処理した上で、モータ11の付加電圧vを制御するので、車速が低いほど操舵アシストが強められ操舵操作を容易にできるようになり、車速が高いほど操舵アシストが弱められ操舵安定感(保舵感)が増大し、操舵アシストを車速に応じて適切に実施することができる。
【0040】
また、本実施形態では、モータ11の付加電圧vの制御にモータ電流iをモータ電流制御ゲインKiで処理した上で反映させているので、制御の動特性を向上させることができ、応答性のよい操舵アシスト制御を実現できる。
また、モータ11の付加電圧vの制御にモータ角速度ωをモータ角速度制御ゲインKωで処理した上で反映させているので、過剰な角速度の発生を抑制することができ、モータの保護も図ることができる。
【0041】
さらに、モータ11の付加電圧vの制御に前輪操舵角δを前輪操舵角制御ゲインKδで処理した上で反映させているので、据え切り操舵の容易性を考慮しながら低速時にステアリング操作を容易にすることができると共に、高速走行時の操舵フィーリングを向上させることができる。
また、モータ11の付加電圧vの制御に重心スリップ角βを重心スリップ角制御ゲインKβで処理した上で反映させていることや、モータ11の付加電圧vの制御にヨーレイトrをヨーレイト制御ゲインKrで処理した上で反映させていることにより、高速走行時の操舵フィーリングを向上させることができる。
【0042】
なお、制御の動特性に特に課題がなければ、モータ11の付加電圧vの制御にモータ電流iを反映させる必要はなく、モータ11に過剰な角速度が発生するおそれがなければ、モータ11の付加電圧vの制御にモータ角速度ωを反映させる必要はない。
また、操舵フィーリングを微妙に調整する必要が低ければ、モータ11の付加電圧vの制御に、前輪操舵角δや重心スリップ角βやヨーレイトrの一部を反映させるようにしたり、或いは、これらを反映させないようにしたりして、制御の簡素化を図ることもできる。
【0043】
つぎに、本発明の第2実施形態を説明すると、図5は本発明の第2実施形態としての電動パワーステアリング装置の機能構成を示すブロック図である。
本実施形態は、上述第1実施形態で説明したように、トルクセンサを用いずに操舵アシストを制御する手法を、トルクセンサ付き電動パワーステアリング装置におけるトルクセンサ故障時のバックアップとして利用するものである。
【0044】
つまり、本実施形態では、従来のトルクセンサ付き電動パワーステアリング装置に対して、トルクセンサ故障検出装置を追加するとともに、電動パワーステアリング制御装置に、適宜のソフトウェア,ハードウェアを追加して、トルクセンサ故障検出装置によりトルクセンサの故障の発生が検出されると、表示装置を通じてドライバに対してこの故障発生を知らせる一方で、トルクセンサを利用しない上述の手法を適用して操舵アシストを継続するようにしている。
【0045】
具体的には、図5に示すように、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ(操舵トルク検出手段)51を設け、ECU30には、この操舵トルクセンサ51からの実操舵トルクの検出信号に基づいて実操舵トルクに対応してDCモータ2の付加電圧vを設定する第1制御量設定部(設定手段)52を設け、操舵トルクセンサ51が正常に作動しているときには、この第1制御量設定部52により実操舵トルクに基づいて設定された付加電圧vをDCモータ2に与えて、実操舵トルクに対応して操舵アシストを行なうようにする。
【0046】
さらに、上述の実施形態の制御量設定部32、つまり、オブザーバ31の推定に基づいてDCモータ2の付加電圧vを設定する制御量設定部32をバックアップ用の第2制御量設定部(設定手段)32´として設ける。そして、操舵トルクセンサ51の故障を検出する操舵トルクセンサ故障検出手段53を設けるとともに、故障検出手段53により操舵トルクセンサ51の故障が検出されたら、第1制御量設定部52に代えて第2制御量設定部32´によりDCモータ2の付加電圧vの設定を行なうように切り換える制御量設定切換部54を設ける。
【0047】
本発明の第2実施形態としての電動パワーステアリング装置は、上述のように構成されているので、操舵トルクセンサ51が故障した場合にも、第2制御量設定部32´によりDCモータ2の付加電圧vの設定を行なうことができるようになる。
すなわち、トルクセンサ故障時でも、操舵アシストが不可能になる事態を回避でき、常に操舵フィーリングを向上させることが可能になる。
【0048】
また、トルクセンサの故障対策としては、予備のトルクセンサを別に設けることも考えられるが、本実施形態の構成を適用することで予備のトルクセンサが不要になる。
さらに、2つのトルクセンサをそなえた電動パワーステアリング装置において本実施形態の構成を適用すると、何れか一方のトルクセンサが故障して2つのトルクセンサの出力値の差が所定値以上になった場合に、ドライバトルクの推定値と2つのトルクセンサの出力値とを比較して、ドライバトルクの推定値との差が少ない方のトルクセンサの出力を利用して操舵アシストを継続する一方で、トルクセンサの故障を報知すればよい。この場合、何れのセンサが故障しているかがわかるので、故障しているトルクセンサを区別できるように報知することもできる。また、2つのトルクセンサの両方が故障した場合には、ドライバトルクの推定値を利用して操舵アシスト制御を継続させることもできる。
【0049】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、速度対応ゲインKi,Kω,KTh,Kδ,Kβ,Kγについては、図4に各設定例を示したが、速度対応ゲインKi,Kω,KTh,Kδ,Kβ,Kγの設定特性はこれに限るものではなく、系の安定性や操舵フィーリングを向上させることができるように、速度対応ゲインKi,Kω,KTh,Kδ,Kβ,Kγを車速に応じて適宜設定することが重要である。
【0050】
また、制御量設定部32に、速度対応ゲイン処理機能に加えて、位相進み補償器や位相遅れ補償器を追加して、位相を調整するようにして、より適切に操舵アシスト制御を行なうことも考えられる。
【0051】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の電動パワーステアリング装置(請求項1)によれば、トルクセンサを要することなく、演算ソフトを追加するだけで、ドライバの操舵付加状態に応じて適切に操舵アシストを実施することができ、低コストで操舵フィーリングを向上させることができる。
【0052】
さらに、該推定手段を、該DCモータへのモータ付加電圧値と、該電流検出手段により検出されたモータ電流値と、該ヨーレイト検出手段により検出された車両のヨーレイトとを用いて、該DCモータを含む操舵−車両系制御系のモデルに基づいて、該DCモータの制御系に加わる該ドライバトルクに加えて、該DCモータの角速度,該車両の操舵輪の舵角及び該車両の重心スリップ角のうちの少なくともいずれかを推定するとともに、該設定手段は、該電流検出手段により検出された該電流値と該ヨーレイト検出手段により検出された車両のヨーレイトと該推定手段により推定された各推定値とに応じて、該DCモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定するように構成すれば、制御の動特性を向上させ応答性のよい操舵アシスト制御を実現することや、モータにおける過剰な角速度の発生を抑制して、モータの保護を図ることや、きめの細かい操舵フィーリングの向上が可能になる(請求項2)。
【0053】
設定手段が、電流検出手段により検出された電流値とヨーレイト検出手段により検出された車両のヨーレイトと推定手段により推定された各推定値と、車速検出手段により検出された車速とに応じて、DCモータへ与えるべき該目標モータ付加電圧値を設定することことで、車速に応じて綿密に操舵アシストを制御することができる(請求項4,5)。
【0054】
また、本発明の電動パワーステアリング装置(請求項6)によれば、トルクセンサ故障時でも、操舵アシストが不可能になる事態を回避でき、常に操舵フィーリングを向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態としての電動パワーステアリング装置の機能構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の第1実施形態としての電動パワーステアリング装置にかかるモータ制御系の状態量を推定するオブザーバのブロック図である。
【図3】本発明の第1実施形態としての電動パワーステアリング装置にかかる操舵−車両系の状態量を推定するオブザーバのブロック図である。
【図4】本発明の第1実施形態としての電動パワーステアリング装置における制御に用いる速度対応制御ゲインの特性を示す図であって、(a)はモータ電流に関する制御ゲインを示し、(b)はモータ角速度に関する制御ゲインを示し、(c)はドライバトルクに関する制御ゲインを示し、(d)は前輪操舵角に関する制御ゲインを示し、(e)は重心スリップ角に関する制御ゲインを示し、(f)はヨーレイトに関する制御ゲインを示す。
【図5】本発明の第2実施形態としての電動パワーステアリング装置の機能構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 操舵−車両系
11 DCモータ
21 電流検出手段
22 車速検出手段
23 ヨーレイト検出手段
30 制御手段としての電子制御ユニット(ECU)
31 推定手段
31a オブザーバ
31b ドライバトルク演算部
32 設定手段としての制御量設定部
32´ 第2制御量設定部(設定手段)
41 モータトルク演算部
51 操舵トルクセンサ(操舵トルク検出手段)
52 第1制御量設定部(設定手段)
53 操舵トルクセンサ故障検出手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering device mounted on a vehicle and assisting steering using a DC motor.
[0002]
[Prior art]
As a power steering device for an automobile, a hydraulic power steering device has become widespread, but an electric power steering device is more advantageous for performing fine-grained steering assist control. Is being developed.
In such an electric power steering device, a steering torque sensor that detects a steering torque applied to a steering system and a vehicle speed detection sensor that detects a vehicle speed are provided, and the steering torque sensor detects the steering torque and the vehicle speed detected by these sensors. Therefore, it is common to control the assist torque by the motor.
On the other hand, in order to further improve the steering feeling, a control method for compensating the inertia, viscosity, and the like of the steering system based on the angular velocity and the angular acceleration of the motor has been proposed.
[0003]
From this point of view, Japanese Patent No. 3133914 discloses an electric power steering apparatus for performing PWM control on a motor connected to a steering system by a circuit having a low-pass characteristic of a cutoff frequency lower than a PWM carrier frequency. There has been proposed a technique of detecting a motor applied voltage by removing a component and estimating a motor angular velocity based on the motor applied voltage.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technology related to the conventional electric power steering device, although finer steering assist can be realized and the steering feeling can be improved, a steering torque sensor is required for controlling the assist torque by the control motor, This causes a problem that the steering assist cannot be performed when the cost increases or the torque sensor fails.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an electric power steering device capable of improving steering feeling by performing appropriate steering assist without requiring a torque sensor. The purpose is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, an electric power steering apparatus according to the present invention is an electric power steering apparatus mounted on a vehicle and assisting steering using a DC motor, and a current detecting means for detecting a current flowing through the DC motor. A yaw rate detecting means for detecting a yaw rate of the vehicle; and a control means for controlling the operation of the DC motor by feedback-controlling a motor additional voltage value to the DC motor. Estimating a driver torque applied to the control system of the DC motor using a motor additional voltage value to the motor, a motor current value detected by the current detecting means, and a yaw rate of the vehicle detected by the yaw rate detecting means. And a target to be given to the DC motor in accordance with the driver torque estimated by the estimating means. And a setting means for setting the over data additional voltage value, configured to provide the target motor additional voltage value set by said setting means to said DC motor.
[0007]
The estimating means uses the motor added voltage value to the DC motor, the motor current value detected by the current detecting means, and the yaw rate of the vehicle detected by the yaw rate detecting means to calculate the DC motor Based on the model of the control system of the steering-vehicle system including the driver torque applied to the control system of the DC motor, the angular velocity of the DC motor, the steering angle of the steered wheels of the vehicle, and the center of gravity slip of the vehicle At least one of the angles is estimated, and the setting unit is configured to determine the current value detected by the current detection unit, the yaw rate of the vehicle detected by the yaw rate detection unit, and each of the estimations estimated by the estimation unit. It is preferable to set a target motor additional voltage value to be given to the DC motor according to the value (claim 2).
[0008]
Further, the estimating means calculates the motor current value as a state quantity, the angular velocity of the DC motor, the disturbance torque, and the vehicle torque from the motor additional voltage value, the motor current value as the state quantity, and the yaw rate of the vehicle. An observer for estimating at least one of a steering angle of a steered wheel, a slip angle of the center of gravity of the vehicle, and a yaw rate of the vehicle; and calculating the driver torque based on the estimated amount estimated by the observer. It is preferable that the driving circuit includes a driver torque calculator.
[0009]
Vehicle speed detecting means for detecting the vehicle speed of the vehicle; and the setting means estimates the current value detected by the current detecting means, the yaw rate of the vehicle detected by the yaw rate detecting means, and the estimating means. It is preferable that the target motor additional voltage value to be applied to the DC motor is set according to each estimated value and the vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means.
[0010]
The setting means calculates a sum of values obtained by multiplying the current value, the yaw rate, and the respective estimated values estimated by the estimating means with respective control gains set in accordance with the vehicle speed. It is preferable to set the additional voltage value.
An electric power steering apparatus according to the present invention includes a steering torque sensor mounted on a vehicle and detecting a steering torque applied to a steering system, and a DC based on the steering torque detected by the steering torque sensor. An electric power steering apparatus for assisting steering using a motor, a steering torque sensor failure detecting means for detecting a failure of the steering torque sensor, a current detecting means for detecting a current flowing through the DC motor, and the DC motor And control means for controlling the applied voltage to the power supply. When the steering torque sensor failure detecting means detects the failure of the steering torque sensor, the control means includes: a motor additional voltage value to the DC motor; a motor current value detected by the current detecting means; Estimating means for estimating at least a disturbance torque applied to a control system of the DC motor based on a model of a control system of a steering-vehicle system including the DC motor, using the yaw rate of the vehicle detected by the detecting means, Setting means for setting a target motor additional voltage value to be applied to the DC motor in accordance with the disturbance torque estimated by the estimating means, and setting the target motor additional voltage value set by the setting means to the DC motor Give to motor.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIGS. 1 to 4 show an electric power steering apparatus as a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a block diagram showing the functional configuration thereof. , FIG. 3 is a block diagram of the observer, and FIG. 4 is a diagram showing characteristics of a speed-related control gain used for the control.
[0012]
As shown in FIG. 1, the electric power steering apparatus includes a control system of a DC motor (the whole system for controlling the output torque and the number of revolutions of the motor using an additional voltage to the motor as a control input, hereinafter referred to as a motor control system). The torque (steering assist torque) T generated by the DC motor 11 with respect to the steering-vehicle system (the entire system of the vehicle steering system and the vehicle body moving by the steering system) 1 includingmTo reduce the driver's steering burden. Steering assist torque T by DC motor 11mIs applied according to the torque (disturbance torque) w applied to the motor control system, so that the driver's steering load can be reduced with a good feeling.
[0013]
The disturbance torque w in this case is the driver torque ThAnd the steering reaction torque T received by the vehicle from the road surfacec(W = Th+ Tc), The disturbance torque w and the steering assist torque TmAnd will be added.
Also, the steering assist torque T generated by the DC motor 11mIs based on the operating current (motor current) i of the DC motor 11, that is, the motor torque iTMultiplied by
[0014]
Further, the DC motor 11 in the present apparatus controls the motor current i by controlling the applied voltage to the motor. In order to control the motor applied voltage v, an electronic control as control means is used. A unit (ECU) 30 is provided.
Therefore, the
[0015]
However, the target voltage value vtIs the driver torque ThAnd steering reaction torque TcNot only the motor current estimated value ie, Motor angular velocity (angular velocity of DC motor 11) estimated value ωe, The estimated front wheel steering angle δe, Vehicle center-of-gravity slip angle estimated value βeAnd the estimated yaw rate r of the vehicleeIt is set according to.
Therefore, the
[0016]
The estimating means 31 includes an
In the
[0017]
To further explain the estimation by the
However, in FIG.s, Ie, ΩeAre variables (state quantities), v is a command value of the input voltage (motor additional voltage), isIs the detected value of the current (motor current), ieIs the estimated current (motor current), ωeIs the estimated value of the motor angular velocity, weIs the estimated value of the disturbance torque (= the estimated driver torque TheAnd estimated steering reaction torque TceAnd w,e= The+ Tce).
[0018]
L, R, KT, KE, IMAre parameters (constant values) unique to the motor, L is the inductance of the coil, R is the resistance of the coil, KTIs the torque constant, KEIs the back EMF constant, IMIs the moment of inertia of the motor. lm1~ Lm3Is the observer constant.
From such a model, the differential equation of the motor current can be expressed by the following equation (1), and the differential equation of the motor angular velocity can be expressed by the following equation (2).
[0019]
L (di / dt) + Ri + KE・ Ω = v ・ ・ ・ (1)
IM(Dω / dt) = KT・ I + w ・ ・ ・ (2)
When Expressions (1) and (2) are expressed by a state equation, the following Expression (3) is obtained.
[0020]
(Equation 1)
[0021]
Here, when the disturbance w is extended to a state variable, the following equation (4) is obtained.
[0022]
(Equation 2)
[0023]
Based on equation (4), the state equation of the observer when the current i is an observed value (detected value) is shown as the following equation (5).
[0024]
(Equation 3)
[0025]
In the above equation of state (5), ie, Ωe, WeAre the estimated values as the state quantities (the above-described motor current estimated value, motor angular velocity estimated value, and disturbance torque estimated value).m1, Lm2, Lm3Are all coefficients. Where the coefficient lm1, Lm2, Lm3By determining the state quantity ie, Ωe, WeCan be configured. Also, the coefficient lm1, Lm2, Lm3Can set an appropriate value by a mathematical operation in consideration of frequency characteristics.
[0026]
Further, the steering-
However, in FIG.e, Δe, Βe, Rs, ReAre variables (state quantities), and ωeIs the estimated value of the motor angular velocity, δeIs the estimated value of the front wheel actual steering angle (steering angle), βeIs the estimated value of the slip angle of the center of gravity of the vehicle, rsIs the detected value of the yaw rate of the vehicle, reIs the estimated yaw rate of the vehicle, ωeIs the estimated value of the motor angular velocity, weIs the estimated value of the disturbance torque (= the estimated driver torque TheAnd estimated steering reaction torque TceAnd w,e= The+ Tce). Also, Kg, M, I, V, Kf, Kr, Lf, LrAre all parameters (constant values) unique to the motor control system.gIs the steering gear ratio (ratio between the motor phase angle and the front wheel (steering wheel) steering angle), m is the mass of the vehicle, I is the moment of inertia of the vehicle, V is the vehicle speed, KfIs front wheel cornering power, KrIs the rear wheel cornering power, lfIs the distance from the center of gravity to the front axle, lrIs the distance from the center of gravity to the rear wheel axle. lv1~ Lv3Is the observer constant.
[0027]
From such a model, the steering angle δeIs given by the following equation (6):eIs given by the following equation (7):sCan be established as in the following equation (8).
dδe/ Dt = ωe/ Kg・ ・ ・ (6)
dβe/ Dt = (2Kf/ MV) δe− [MV2+2 (lfKf−lrKr) / MV2] Re− [2 (Kf+ Kr) / MV] βe・ ・ ・ (7)
dre/ Dt = (2lfKf/ I) δe− [2 (lfKf−lrKr) / I] βe− [2 (lf 2Kf+ Lr 2Kr) / IV] re・ ・ ・ (8)
Expressions (6) to (8) are expressed by the following equation (9).
[0028]
(Equation 4)
[0029]
Yaw rate detection value r based on equation (9)sIs the observed value, and the estimated motor angular velocity ωseThe following equation (10) shows the state equation of the observer when is the input value.
[0030]
(Equation 5)
[0031]
In the above state equation (10), δe, Βe, ReAre estimated values as the state quantities (the above-described estimated values of the front wheel actual steering angle, the estimated value of the center of gravity slip angle, and the estimated value of the yaw rate).v1, Lv2, Lv3Are all coefficients. Where the coefficient lv1, Lv2, Lv3, The state quantity δe, Βe, ReCan be configured. Also, the coefficient lv1, Lv2, Lv3Can set an appropriate value by a mathematical operation in consideration of frequency characteristics.
[0032]
The
That is, the sideslip angle β of the front tirefeAnd the steering reaction force (self-aligning torque), the side slip angle β of the front tirefeCan be calculated by the following equation (11).
βfe= Βe+ (Lf/ V) re−δe・ ・ ・ (11)
Front wheel tire sideslip angle βfeIs small, the steering reaction torque T around the kingpin axis is small.seCan be calculated by the following equation (12) (where ξ is a restoring moment trail).
Tse= 2ξKfβfe・ ・ ・ (12)
Where ξ is the restoring moment trail.
[0033]
Here, the steering reaction torque T around the kingpin axisseIs the steering reaction torque T about the column axis (steering axis).ceWhen converted to the following equation (13) is obtained.
Tce= (2ξKf/ Kg) Βfe・ ・ ・ (13)
Where KgIs the steering gear ratio.
Therefore, the
The= We-Tce= We− (2ξKf/ Kg) Βfe
= We− (2ξKf/ Kg) [Βe+ (Lf/ V) re−δe] (14)
The control
vt= -Ki・ Ie-Kω・ Ωe+ KTh・ The-Kδ・ Δe-Kβ・ Βe-Kr・ Re... (15)
Note that the speed corresponding gain Ki, Kω, KTh, Kδ, Kβ, KrAre set with characteristics as shown in FIG.
[0034]
Motor current control gain KiAs shown in FIG. 4A, is set almost constant almost without depending on the vehicle speed.tValue Ki・ IeIs reflected, the dynamic characteristics of the control are improved.
Motor angular velocity control gain KωIs set so as to increase as the vehicle speed increases, as shown in FIG.tValue Kω・ ΩeIs reflected, the occurrence of an excessive angular velocity at the time of sudden steering or the like is suppressed.
[0035]
Driver torque control gain KThIs set so as to decrease as the vehicle speed increases, as shown in FIG. 4C, and the target voltage value v increases as the vehicle speed increases.tAnd the steering assist torque TmIs to be reduced. This is because the higher the vehicle speed, the lower the steering assist with an emphasis on the steering stability (feeling of maintaining the steering), and conversely, the lower the vehicle speed, the stronger the steering assist to facilitate the steering operation. Speed gain Ki, Kω, KThOut of this driver torque control gain KThIs set to be the largest, and the driver torque control gain KThIs the target voltage value vtHas the greatest effect.
[0036]
Front wheel steering angle control gain KδAs shown in FIG. 4D, the value becomes a negative value at a low vehicle speed, increases as the vehicle speed increases (the value decreases in the case of a negative value), and increases at a high vehicle speed. It is set to be a positive value. However, at an extremely low speed, the value decreases as the vehicle speed increases (the value is a negative value, and the magnitude of the absolute value increases as the vehicle speed increases). Front wheel steering angle control gain K at low speedδIs set to be negative in order to facilitate the steering operation by applying an assist torque in the same direction as the steering angle. As the speed increases, the front wheel steering angle control gain KδIs set to be positive so that the higher the vehicle speed, the greater the importance of the steering stability, and the higher the steering feeling during high-speed running.
[0037]
Center of gravity slip angle control gain KβIs set to increase as the vehicle speed increases, as shown in FIG. However, at an extremely low speed, the vehicle speed increases rapidly with an increase in the vehicle speed, and thereafter increases gradually. This is intended to maintain the stability of the vehicle from low speed to high speed and to improve the steering feeling.
Yaw rate control gain KrAs shown in FIG. 4 (f), is set to 0 when the vehicle speed is low, and to increase as the vehicle speed increases when the vehicle speed is high and medium. This also aims at maintaining the stability of the vehicle from low speed to high speed and improving the steering feeling in the same manner as described above.
[0038]
Since the electric power steering apparatus according to the first embodiment of the present invention is configured as described above, the motor additional voltage v as the motor command value, the motor current i detected by the
[0039]
Also, the driver torque ThIs set to decrease as the vehicle speed increases.ThAfter the processing is performed, the additional voltage v of the motor 11 is controlled, so that the lower the vehicle speed, the stronger the steering assist and the easier the steering operation, and the higher the vehicle speed, the weaker the steering assist and the more stable steering. Steering feeling) is increased, and steering assist can be appropriately performed according to the vehicle speed.
[0040]
In the present embodiment, the motor current i is controlled by the motor current control gain K to control the additional voltage v of the motor 11.iThus, the dynamic characteristics of the control can be improved, and steering assist control with good responsiveness can be realized.
In addition, since the motor angular velocity ω is processed and reflected by the motor angular velocity control gain Kω in the control of the additional voltage v of the motor 11, the occurrence of excessive angular velocity can be suppressed, and the motor can be protected. it can.
[0041]
Further, the front wheel steering angle δ is controlled by the front wheel steering angle control gain K to control the additional voltage v of the motor 11.δThus, the steering operation can be facilitated at low speeds while considering the ease of stationary steering, and the steering feeling during high-speed running can be improved.
In addition, the center of gravity slip angle β is used to control the additional voltage v of the motor 11,βThe yaw rate r is applied to the control of the additional voltage v of the motor 11 and the yaw rate control gain KrThe steering feeling at the time of high-speed running can be improved.
[0042]
If there is no particular problem in the dynamic characteristics of the control, it is not necessary to reflect the motor current i in the control of the additional voltage v of the motor 11. It is not necessary to reflect the motor angular velocity ω in controlling the voltage v.
If it is not necessary to finely adjust the steering feeling, a part of the front wheel steering angle δ, the center of gravity slip angle β, and the yaw rate r may be reflected in the control of the additional voltage v of the motor 11, or Control can be simplified by not reflecting the
[0043]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of an electric power steering apparatus according to a second embodiment of the present invention.
In the present embodiment, as described in the first embodiment, the method of controlling the steering assist without using the torque sensor is used as a backup when the torque sensor fails in the electric power steering device with the torque sensor. .
[0044]
In other words, in the present embodiment, a torque sensor failure detection device is added to the conventional electric power steering device with a torque sensor, and appropriate software and hardware are added to the electric power steering control device. When the failure detection device detects the occurrence of the failure of the torque sensor, the driver is notified of the occurrence of the failure through the display device, and the steering assist is continued by applying the above-described method without using the torque sensor. ing.
[0045]
Specifically, as shown in FIG. 5, a steering torque sensor (steering torque detecting means) 51 for detecting a steering torque is provided, and an
[0046]
Further, the control
[0047]
Since the electric power steering apparatus according to the second embodiment of the present invention is configured as described above, even if the
That is, even when the torque sensor fails, it is possible to avoid a situation in which the steering assist cannot be performed, and it is possible to always improve the steering feeling.
[0048]
As a countermeasure against the failure of the torque sensor, it is conceivable to separately provide a spare torque sensor. However, by applying the configuration of the present embodiment, the spare torque sensor becomes unnecessary.
Further, when the configuration of the present embodiment is applied to an electric power steering device having two torque sensors, when one of the torque sensors fails and the difference between the output values of the two torque sensors becomes equal to or more than a predetermined value. In addition, while comparing the estimated value of the driver torque with the output values of the two torque sensors, the steering assist is continued using the output of the torque sensor having the smaller difference from the estimated value of the driver torque, What is necessary is just to notify the sensor failure. In this case, since it is possible to know which sensor is out of order, it is also possible to notify the faulty torque sensor so that it can be distinguished. Further, when both of the two torque sensors fail, the steering assist control can be continued using the estimated value of the driver torque.
[0049]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments, and can be variously modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.
For example, speed-dependent gain Ki, Kω, KTh, Kδ, Kβ, KγFIG. 4 shows an example of each setting,i, Kω, KTh, Kδ, Kβ, KγIs not limited to this, and the speed-dependent gain K is set so that the stability of the system and the steering feeling can be improved.i, Kω, KTh, Kδ, Kβ, KγIt is important to set the value appropriately according to the vehicle speed.
[0050]
Further, in addition to the speed-dependent gain processing function, a phase lead compensator or a phase lag compensator may be added to the control
[0051]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the electric power steering device of the present invention (claim 1), the steering assist can be appropriately performed according to the driver's steering addition state by simply adding the calculation software without requiring the torque sensor. And the steering feeling can be improved at low cost.
[0052]
Further, the estimating means uses the motor added voltage value to the DC motor, the motor current value detected by the current detecting means, and the yaw rate of the vehicle detected by the yaw rate detecting means to calculate the DC motor Based on the model of the steering-vehicle control system including the driver torque applied to the control system of the DC motor, the angular velocity of the DC motor, the steering angle of the steered wheels of the vehicle, and the slip angle of the center of gravity of the vehicle. And the setting means calculates the current value detected by the current detecting means, the yaw rate of the vehicle detected by the yaw rate detecting means, and each estimated value estimated by the estimating means. If the target motor additional voltage value to be given to the DC motor is set in accordance with the above, the dynamic characteristics of the control can be improved and the steering assist control with good response can be achieved. The or be realized by suppressing the occurrence of excessive angular velocities of the motor, it becomes possible to protect the motor and to possible to improve the fine-grained steering feeling (claim 2).
[0053]
The setting means determines a DC according to the current value detected by the current detecting means, the yaw rate of the vehicle detected by the yaw rate detecting means, each estimated value estimated by the estimating means, and the vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means. By setting the target motor additional voltage value to be given to the motor, the steering assist can be precisely controlled in accordance with the vehicle speed.
[0054]
Further, according to the electric power steering apparatus of the present invention (claim 6), even when the torque sensor fails, it is possible to avoid a situation in which the steering assist becomes impossible, and it is possible to always improve the steering feeling.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of an electric power steering device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of an observer for estimating a state quantity of a motor control system according to the electric power steering device as the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of an observer for estimating a state quantity of a steering-vehicle system according to the electric power steering apparatus as the first embodiment of the present invention.
4A and 4B are diagrams showing characteristics of a speed-related control gain used for control in the electric power steering device according to the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A shows a control gain related to a motor current, and FIG. (C) shows a control gain for a driver torque, (d) shows a control gain for a front wheel steering angle, (e) shows a control gain for a center-of-gravity slip angle, and (f) shows a control gain for a center-of-gravity slip angle. 6 shows a control gain related to yaw rate.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a functional configuration of an electric power steering device according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Steering-vehicle system
11 DC motor
21 ° current detection means
22 Vehicle speed detection means
23 ° yaw rate detection means
Electronic control unit (ECU) as 30 ° control means
31 Estimation means
31a @ Observer
31b Driver torque calculator
Control amount setting unit as 32 ° setting means
32 ′ second control amount setting unit (setting means)
41 Motor torque calculator
51 ° steering torque sensor (steering torque detecting means)
52 first control amount setting unit (setting means)
53 ° steering torque sensor failure detecting means
Claims (6)
該DCモータを流れる電流を検出する電流検出手段と、
該車両のヨーレイトを検出するヨーレイト検出手段と、
該DCモータへのモータ付加電圧値をフィードバック制御することにより該DCモータへの付加電圧を制御する制御手段とをそなえ、
該制御手段は、
該DCモータへのモータ付加電圧値と、該電流検出手段により検出されたモータ電流値と、該ヨーレイト検出手段により検出された車両のヨーレイトとを用いて、該DCモータを含む操舵−車両系の制御系のモデルに基づいて、少なくとも該DCモータの制御系に加わるドライバトルクを推定する推定手段と、
該推定手段により推定された該ドライバトルクに応じて、該DCモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定する設定手段とを備え、
該設定手段により設定された該目標モータ付加電圧値を該DCモータへ与えることを特徴とする、電動パワーステアリング装置。An electric power steering device mounted on a vehicle and assisting steering using a DC motor,
Current detection means for detecting a current flowing through the DC motor;
Yaw rate detection means for detecting the yaw rate of the vehicle,
Control means for controlling an additional voltage to the DC motor by feedback-controlling a motor additional voltage value to the DC motor;
The control means includes:
Using a motor additional voltage value to the DC motor, a motor current value detected by the current detecting means, and a yaw rate of the vehicle detected by the yaw rate detecting means, a steering-vehicle system including the DC motor is used. Estimating means for estimating at least a driver torque applied to the control system of the DC motor based on a model of the control system;
Setting means for setting a target motor additional voltage value to be applied to the DC motor according to the driver torque estimated by the estimating means,
An electric power steering apparatus, wherein the target motor additional voltage value set by the setting means is applied to the DC motor.
該設定手段は、該電流検出手段により検出された該電流値と該ヨーレイト検出手段により検出された車両のヨーレイトと該推定手段により推定された各推定値とに応じて、該DCモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定する
ことを特徴とする、請求項1記載の電動パワーステアリング装置。The estimating unit includes the DC motor using a motor additional voltage value to the DC motor, a motor current value detected by the current detecting unit, and a yaw rate of the vehicle detected by the yaw rate detecting unit. Based on the model of the steering-vehicle control system, in addition to the driver torque applied to the DC motor control system, the angular velocity of the DC motor, the steering angle of the steered wheels of the vehicle, and the slip angle of the center of gravity of the vehicle Estimate at least one of them,
The setting means should supply the current to the DC motor in accordance with the current value detected by the current detection means, the yaw rate of the vehicle detected by the yaw rate detection means, and the estimated values estimated by the estimation means. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein a target motor additional voltage value is set.
該オブザーバにより推定された上記の推定量に基づいて該ドライバトルクを算出するドライバトルク演算部とから構成されている
ことを特徴とする、請求項2記載の電動パワーステアリング装置。The estimating means calculates the motor current value as a state quantity, the angular velocity of the DC motor, the disturbance torque, the steering wheel of the vehicle from the motor additional voltage value, the motor current value as the state quantity, and the yaw rate of the vehicle. An observer for estimating at least one of a steering angle of the vehicle, a slip angle of the center of gravity of the vehicle, and a yaw rate of the vehicle;
3. The electric power steering apparatus according to claim 2, further comprising: a driver torque calculator that calculates the driver torque based on the estimated amount estimated by the observer.
該設定手段は、該電流検出手段により検出された該電流値と該ヨーレイト検出手段により検出された車両のヨーレイトと該推定手段により推定された各推定値と、該車速検出手段により検出された車速とに応じて、該DCモータへ与えるべき該目標モータ付加電圧値を設定する
ことを特徴とする、請求項2又は3記載の電動パワーステアリング装置。A vehicle speed detecting means for detecting a vehicle speed of the vehicle;
The setting means includes: a current value detected by the current detection means; a yaw rate of the vehicle detected by the yaw rate detection means; each estimated value estimated by the estimation means; and a vehicle speed detected by the vehicle speed detection means. 4. The electric power steering apparatus according to claim 2, wherein the target motor additional voltage value to be applied to the DC motor is set according to the following.
ことを特徴とする、請求項4記載の電動パワーステアリング装置。The setting means calculates a sum of values obtained by multiplying the current value, the yaw rate, and the respective estimated values estimated by the estimating means with respective control gains set in accordance with the vehicle speed. The electric power steering apparatus according to claim 4, wherein the value is set to an additional voltage value.
該操舵トルクセンサの故障を検出する操舵トルクセンサ故障検出手段と、
該DCモータを流れる電流を検出する電流検出手段と、
該DCモータへの付加電圧を制御する制御手段とをそなえ、
該制御手段は、
操舵トルクセンサ故障検出手段が該操舵トルクセンサの故障を検出したときに、該DCモータへのモータ付加電圧値と、該電流検出手段により検出されたモータ電流値と、該ヨーレイト検出手段により検出された車両のヨーレイトとを用いて、該DCモータを含む操舵−車両系の制御系のモデルに基づいて、少なくとも該DCモータの制御系に加わる外乱トルクを推定する推定手段と、
該推定手段により推定された該外乱トルクに応じて、該DCモータへ与えるべき目標モータ付加電圧値を設定する設定手段とを備え、
該設定手段により設定された該目標モータ付加電圧値を該DCモータへ与えることを特徴とする、電動パワーステアリング装置。An electric power steering device comprising a steering torque sensor mounted on a vehicle and detecting a steering torque applied to a steering system, and assisting steering using a DC motor based on the steering torque detected by the steering torque sensor,
Steering torque sensor failure detecting means for detecting a failure of the steering torque sensor;
Current detection means for detecting a current flowing through the DC motor;
Control means for controlling an additional voltage to the DC motor;
The control means includes:
When the steering torque sensor failure detecting means detects a failure of the steering torque sensor, the motor additional voltage value to the DC motor, the motor current value detected by the current detecting means, and the motor current value detected by the yaw rate detecting means are detected. Estimating means for estimating at least a disturbance torque applied to a control system of the DC motor based on a model of a control system of a steering-vehicle system including the DC motor using the yaw rate of the vehicle.
Setting means for setting a target motor additional voltage value to be applied to the DC motor in accordance with the disturbance torque estimated by the estimating means,
An electric power steering apparatus, wherein the target motor additional voltage value set by the setting means is applied to the DC motor.
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