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JP4660988B2 - Control device for electric power steering device - Google Patents

Control device for electric power steering device Download PDF

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JP4660988B2
JP4660988B2 JP2001201554A JP2001201554A JP4660988B2 JP 4660988 B2 JP4660988 B2 JP 4660988B2 JP 2001201554 A JP2001201554 A JP 2001201554A JP 2001201554 A JP2001201554 A JP 2001201554A JP 4660988 B2 JP4660988 B2 JP 4660988B2
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JP
Japan
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motor
steering
duty ratio
current
electric power
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修司 遠藤
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NSK Ltd
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や車両の操舵系にモータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関し、特にモータを駆動するデューティ比がゼロ付近での不連続性を除去するための電圧ディザ信号を発生して制御し、ハンドル中立点付近の操舵性を改善するようにした電動パワーステアリング装置の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク(操舵補助トルク)を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流制御値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデュ−ティ比の調整で行っている。
【0003】
ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図13に示して説明すると、操向ハンドル1の軸2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5を経て操向車輪のタイロッド6に結合されている。軸2には、操向ハンドル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、操向ハンドル1の操舵力を補助するモータ20がクラッチ21、減速ギア3を介して軸2に結合されている。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30には、バッテリ14からイグニションキー11を経て電力が供給され、コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTと車速センサ12で検出された車速Vとに基いてアシスト指令の操舵補助指令値Iの演算を行い、演算された操舵補助指令値Iに基いてモータ20に供給する電流を制御する。クラッチ21はコントロールユニット30でON/OFF制御され、通常の動作状態ではON(結合)されている。そして、コントロールユニット30によりパワーステアリング装置が故障と判断された時、及びイグニションキー11によりバッテリ14の電源(電圧Vb)がOFFとなっている時に、クラッチ21はOFF(切離)される。
【0004】
コントロールユニット30は主としてCPUで構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図14のようになる。
【0005】
コントロールユニット30の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ10で検出されて入力される操舵トルクTは、操舵系の安定性を高めるために位相補償器31で位相補償され、位相補償された操舵トルクTAが操舵補助指令値演算器32に入力される。また、車速センサ12で検出された車速Vも操舵補助指令値演算器32に入力される。操舵補助指令値演算器32は、入力された操舵トルクTA及び車速Vに基いてモータ20に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Iを決定する。操舵補助指令値Iは減算器30Aに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償器34に入力され、減算器30Aの偏差(I−i)は比例演算器35に入力されると共に、フィードバック系の特性を改善するための積分演算器36に入力される。微分補償器34及び積分補償器36の出力も加算器30Bに加算入力され、加算器30Bでの加算結果である電流制御値Eが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路37に入力される。モータ20のモータ電流値iはモータ電流検出回路38で検出され、モータ電流値iは減算器30Aに入力されてフィードバックされる。
【0006】
モータ駆動回路37の構成例を図15に示して説明すると、モータ駆動回路37は加算器30Bからの電流制御値Eに基いて電界効果トランジスタ(FET)FET1〜FET4の各ゲートを駆動するFETゲート駆動回路371、FET1〜FET4で成るHブリッジ回路、FET1及びFET2のハイサイド側を駆動する昇圧電源372等で構成されている。FET1及びFET2は、電流制御値Eに基いて決定されるデューティ比D1のPWM(パルス幅変調)信号によってON/OFFされ、実際にモータ20に流れる電流Irの大きさが制御される。FET3及びFET4は、デューティ比D1の小さい領域では所定1次関数式(a,bを定数としてD2=a・D1+b)で定義されるデューティ比D2のPWM信号で駆動され、デューティ比D2も100%に達した以降、PWM信号の符号により決定されるモータ20の回転方向に応じてON/OFFされる。
【0007】
ここにおいて、デューティ比とモータ電流Iとの関係は図16に示すようになっており、デューティ比がゼロ近辺には、操舵の走行感を実感させるための不感帯UBが設けられている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
図16に示すようにデューティ比がゼロ付近に不感帯が設けられているため、モータ角速度ωがゼロ付近で摩擦特性が不連続となり、何かのタイミングで舵角が完全に静止すると、ハンドルがその位置にはりついてしまう感じを受ける不具合がある。即ち、電動パワーステアリング装置では操舵性能を向上するためにモータ慣性の補償や摩擦の影響を除去するための種々の補償を行っており、そのような補償制御をモータ角速度に基づいて行っているため、モータが完全に静止した状態での影響、つまり電動パワーステアリング装置が持っている静摩擦の影響を補償することができない。殆どの場合、自動車は直進している場合が多く、ハンドル中立付近での微妙なハンドル操作によって、自動車を制御している。従って、制御では、中立付近の微妙な操舵における摩擦感や慣性感を補償することが特に重要である。
【0009】
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、電動パワーステアリング装置のハンドル中立点付近においても連続的で安定した操舵感を得るようにした電動パワーステアリング装置の制御装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算された操舵補助指令値と、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの電流値とから演算した電流制御値に基いて前記モータをPWM制御するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置に関するもので、本発明の上記目的は、不感帯領域を有するデューティ比対モータ電流特性を見かけ上連続特性とするために、前記PWM制御のデューティ比が所定値以下となったときに、前記モータを駆動するHブリッジ回路に対して電圧ディザ信号を発生して制御する電圧ディザ信号発生/制御手段を設け、前記所定値が、前記不感帯領域に対応するデューティ比であり、前記電圧ディザ信号が、Kを定数、ω をディザ角周波数としてK・sinω tで表わされる正弦波であることによって達成される。
【0011】
また、前記ディザ角周波数ω を500Hzとすることによって、本発明の上記目的はより効果的に達成される。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明では、デューティ比の小さい領域において、微細な電圧ディザ信号をHブリッジ回路のデューティ信号に印加して制御することによって、デューティ比対モータ電流特性を見かけ上連続特性とし、モータ角速度ゼロ付近での静摩擦特性の影響を除去するようにしている。つまり、本発明では、微小に繰り返し変化する電圧ディザ信号を、Hブリッジ回路のONしているFETのゲートを駆動するデューティ比信号に加えることにより、ドライバがモータの振動を感じない程度にモータを微小振動させ、図1に示すようにデューティ比対モータ電流特性を連続的なものとしている。これにより、舵角が完全に静止した中立点においても、従来のようにハンドルがその位置にはりつくようなこともない。
【0013】
モータ電流が小さい領域ではデューティ比対モータ電流特性に不感帯があり、これにより制御の応答性が遅くなり、摩擦や慣性の推奨が十分になされないという問題がある。デューティ比対モータ電流特性の不感帯をなくすことはハンドル操作性の面からできないため、本発明では、できるだけ不感帯の影響による小電流域での制御の遅れをなくすため、電圧ディザ信号を用いて不感帯をできるだけ線形化する。電圧ディザ信号を用いてある程度線形化できる理由は、電流制御の応答性で決まる電流の応答性より高い周波数でディザを行うと、デューティ比対モータ電流特性は実質的にディザに対応した電流振幅の実効値になるからである。
【0014】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【0015】
図2は本発明による制御機能の全体ブロック図である。操舵トルクTは操舵補助指令値演算部100及びセンタ応答性改善部101に入力され、各出力が加算器102に入力され、その加算結果がトルク制御演算部103に入力されている。トルク制御演算部103の出力信号はモータロス電流補償部104に入力され、その出力が加算器105を経て最大電流制限部106に入力され、最大電流値が制限されて電流制御部110に入力される。電流制御部110の出力は、Hブリッジ特性補償部111を経てHブリッジ回路で成る電流ドライブ回路112に入力され、これによりモータ113を駆動する。
【0016】
モータ113のモータ電流iは、モータ電流オフセット補正部120を経てモータ角速度推定部121、電流ドライブ切換部122及び電流制御部110に入力され、モータ端子電圧Vmはモータ角速度推定部121に入力される。モータ角速度推定部121で推定された角速度ωはモータ角加速度推定部・慣性補償部123、モータロストルク補償部124及びヨーレート推定部125に入力され、ヨーレート推定部125の出力は収れん制御部126に入力され、収れん制御部126及びモータロストルク補償部124の各出力は加算器127で加算され、その加算結果が加算器102に入力される。モータロストルク補償部124はモータ113のロストルクの発生する方向、つまりモータ113の回転方向に対してロストルク相当のアシストを行ない、収れん制御器126は、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。モータ角加速度推定部・慣性補償部123の出力は加算器105に入力される。
【0017】
また、ドライバが感じない程度にモータ113を微小振動させるためのディザ信号DSを発生して制御する電圧ディザ信号発生/制御部130が設けられており、電圧ディザ信号発生部130からのディザ信号DSはHブリッジ特性補償部111に印加されている。電圧ディザ信号発生部130にはHブリッジ特性補償部111からデューティ比Dutyが入力されており、デューティ比Dutyが所定値よりも小さい範囲においてディザ信号DSを発生するようになっている。電圧ディザ信号発生部130はモータ角速度ωがゼロ近辺において、波高値Δω、周波数500Hzの正弦波のディザ信号DSを発生するようになっている。なお、ディザ信号DSの周波数は500Hzに限定されるものではなく、デューティ比Dutyの変化に対して大きな値であり、ドライバが感じない程度であれば良い。
【0018】
このような構成において、本発明ではセンタ応答性改善部101を図3に示すように、位相進み補償部101A、近似微分部101B及びゲイン設定部101Cで構成し、位相進み補償部101Aを図4に示す周波数特性とし、近似微分部101Bを図5に示す周波数特性とする。これにより、位相進み補償と近似微分との合成特性は図6に示すようになり、位相遅れのない位相特性を得ることができる。
【0019】
また、本発明では操舵補助指令値演算部100におけるアシスト量の計算において、3つの代表車速(0、30、254Km/h)によるアシスト特性を基本特性として設定し、その他の車速では車速補間ゲインに応じて各基本特性間を車速2Km/h毎の補間を行う。そして、アシスト特性の車速設定範囲0〜254Km/h、分解能2Km/hとする。基本アシスト特性(トルク対電流)は図7に示すものであり、0Km/h=lo特性、30Km/h=la特性、254Km/h=lb特性で
+表わされている。そして、その他の車速についての車速補間演算は、図8で示す車速(Km/h)対車速補間係数γで2Km/h毎に行う。車速0〜30Km/hのとき、アシスト電流IはI=la(T)+γ(V)(lo(T)−la(T))であり、車速32〜254Km/hのとき、アシスト電流IはI=lb(T)+γ(V)(la(T)−lb(T))である。
【0020】
ここにおいて、本発明では、ハンドル中立点付近の微妙な操舵における摩擦感及び慣性感を補償するための電圧ディザ信号発生/制御部130を設けており、デューティ比Dutyがゼロ近辺の±d1の範囲内となったときに、図9及び図10に示すような角周波数ωに相当する波高値Δω、周波数500Hzで定数Kの正弦波K・sinωtであるディザ信号DSを発生し、Hブリッジ回路のFETのゲート駆動信号Vgに印加している。
【0021】
図11はその詳細を示しており、デューティ比Dutyは所定値d1に対する大小を判別する判別回路131に入力されると共に、Hブリッジ回路(電流ドライブ回路)112のFET1〜FET4の各ゲートを制御するゲート制御回路133に入力され、デューティ比Dutyが所定値d1より小さくなったときに発振信号OCを発振回路132に入力する。発振回路132は発振信号OCが入力されると正弦波K・sinωtを発振し、ゲート駆動信号Vgに加算器1341〜1344を介して印加している。これにより、ゲート駆動信号Vgにディザ信号DSである正弦波K・sinωtを加算された信号が、ゲート制御回路133を経てFET1〜FET4に供給される。ゲート制御回路133はデューティ比Dutyに同期しており、FET1〜FET4のON/OFFを制御している。従って、デューティ比Dutyが所定値d1より小さい領域では、ONしているFETが角周波数ωの周期に従って微小駆動される。このため、図16に示すようなデューティ比対モータ電流の特性が連続的になり、操舵の違和感もなくなる。角周波数ωは450〜550Hzで、500Hzが望ましく、この範囲においてドライバがモータの振動を感じることはない。
【0022】
なお、図11では、デューティ比Dutyが所定値d1より小さくなったときに発振回路132を発振させ、ディザ信号DSを生成して印加するようにしているが、常時発振させておき、デューティ比Dutyが所定値d1より小さくなったときに各ゲート駆動信号Vgに印加するスイッチング回路を設けても良い。
【0023】
図12は電圧ディザ信号発生/制御部130の実際の動作例を示しており、デューティ比Dutyが所定値±d1の範囲内に入っているか否かを判定し(ステップS1)、デューティ比Dutyが±d1の範囲内に入った場合には、更にトルクTの大きさ(絶対値)が所定値αよりも小さいか否かを判定する(ステップS2)。所定値±d1はデューティ比Dutyのゼロ近辺であれば良く、±d1に限定されるものではない。そして、トルクTが所定値αより小さい場合に、Kを定数として正弦波のK・sinωtなるディザ信号DSを発生し、FET1〜FET4のゲート駆動信号Vgに印加する。これによって、デューティ比Dutyのゼロ付近で、モータをドライバが感じない程度に微小振動することができる。
【0024】
【発明の効果】
本発明では、デューティ比のゼロ近辺でモータを微小振動させるためのディザ信号を発生させ、FETのゲート駆動信号に対して印加し制御するようにしている。ディザ信号によるモータの振動はドライバが感じない周波数及び大きさになっており、デューティ比のゼロ近辺での静摩擦の影響をなくすることができる。また、デューティ比のゼロ近辺でデューティ比対モータ電流特性が連続化されるので、不自然な操舵感を防ぐことができ、快適な操舵フィーリングを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本概念を説明するための図である。
【図2】本発明の構成例を示すブロック図である。
【図3】センタ応答性改善部のブロック構成図である。
【図4】位相進み補償部の特性例を示す図である。
【図5】近似微分部の特性例を示す図である。
【図6】位相進み補償部及び近似微分部の合成特性を示す図である。
【図7】基本アシスト特性を示す図である。
【図8】車速補間演算の一例を示す図である。
【図9】本発明による電圧ディザ信号を説明するための図である。
【図10】本発明の動作を説明するための図である。
【図11】モータ角速度がゼロのときの摩擦特性を示す図である。
【図12】本発明の動作例を示すフローチャートである。
【図13】電動パワーステアリング装置の一例を示すブロック構成図である
【図14】コントロールユニットの一般的な内部構成を示すブロック図である。
【図15】モータ駆動回路の一例を示す結線図である。
【図16】電動パワーステアリング装置のデューティ比対モータ電流特性を示す図である。
【符号の説明】
100 操舵補助指令値演算部
101 センタ応答性改善部
101A 位相進み補償部
101B 近似微分部
101C ゲイン設定部
103 トルク制御演算部
104 モータロス電流補償部
110 電流制御部
113 モータ
121 モータ角速度推定部
125 ヨーレート推定部
130 電圧ディザ信号発生/制御部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an electric power steering apparatus that applies a steering assist force by a motor to a steering system of an automobile or a vehicle, and more particularly to remove discontinuity when the duty ratio for driving the motor is near zero. The present invention relates to a control device for an electric power steering apparatus that generates and controls a voltage dither signal to improve the steering performance near the steering wheel neutral point.
[0002]
[Prior art]
An electric power steering device for energizing an automobile or vehicle steering device with an auxiliary load by the rotational force of a motor is an auxiliary load applied to a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reducer. It comes to be energized. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque (steering assist torque). The feedback control adjusts the motor applied voltage so that the difference between the current control value and the motor current detection value becomes small. The adjustment of the motor applied voltage is generally performed by a PWM (pulse width modulation) control duty. This is done by adjusting the tee ratio.
[0003]
Here, the general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 13. The shaft 2 of the steering handle 1 is connected to the tie rod of the steering wheel via the reduction gear 3, the universal joints 4 a and 4 b, and the pinion rack mechanism 5. 6. The shaft 2 is provided with a torque sensor 10 that detects the steering torque of the steering handle 1. A motor 20 that assists the steering force of the steering handle 1 is coupled to the shaft 2 via the clutch 21 and the reduction gear 3. Has been. Electric power is supplied from the battery 14 via the ignition key 11 to the control unit 30 that controls the power steering device. The control unit 30 detects the steering torque T detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 12. Based on the above, the steering assist command value I of the assist command is calculated, and the current supplied to the motor 20 is controlled based on the calculated steering assist command value I. The clutch 21 is ON / OFF controlled by the control unit 30 and is ON (coupled) in a normal operation state. The clutch 21 is turned off (disconnected) when the control unit 30 determines that the power steering device is out of order and when the power supply (voltage Vb) of the battery 14 is turned off by the ignition key 11.
[0004]
The control unit 30 is mainly composed of a CPU, and FIG. 14 shows general functions executed by a program inside the CPU.
[0005]
The function and operation of the control unit 30 will be described. The steering torque T detected and input by the torque sensor 10 is phase-compensated by the phase compensator 31 in order to improve the stability of the steering system, and the phase-compensated steering torque. TA is input to the steering assist command value calculator 32. The vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 12 is also input to the steering assist command value calculator 32. The steering assist command value calculator 32 determines a steering assist command value I that is a control target value of the current supplied to the motor 20 based on the input steering torque TA and vehicle speed V. The steering assist command value I is input to the subtractor 30A, and is also input to the feedforward differential compensator 34 for increasing the response speed. The deviation (Ii) of the subtractor 30A is input to the proportional calculator 35. At the same time, it is input to an integration calculator 36 for improving the characteristics of the feedback system. The outputs of the differential compensator 34 and the integral compensator 36 are also added to the adder 30B, and the current control value E, which is the addition result of the adder 30B, is input to the motor drive circuit 37 as a motor drive signal. The motor current value i of the motor 20 is detected by the motor current detection circuit 38, and the motor current value i is input to the subtractor 30A and fed back.
[0006]
A configuration example of the motor drive circuit 37 will be described with reference to FIG. 15. The motor drive circuit 37 is a FET gate that drives the gates of the field effect transistors (FETs) FET1 to FET4 based on the current control value E from the adder 30B. A drive circuit 371, an H bridge circuit composed of FET1 to FET4, a boost power source 372 for driving the high side of FET1 and FET2, and the like. The FET1 and FET2 are turned on / off by a PWM (pulse width modulation) signal having a duty ratio D1 determined based on the current control value E, and the magnitude of the current Ir that actually flows through the motor 20 is controlled. FET3 and FET4 are driven by a PWM signal having a duty ratio D2 defined by a predetermined linear function equation (D2 = a · D1 + b, where a and b are constants) in a region where the duty ratio D1 is small, and the duty ratio D2 is also 100%. After reaching the value, it is turned ON / OFF according to the rotation direction of the motor 20 determined by the sign of the PWM signal.
[0007]
Here, the relationship between the duty ratio and the motor current I is as shown in FIG. 16, and a dead zone UB is provided in the vicinity of the duty ratio to make the running feeling of steering feel.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As shown in FIG. 16, since the dead zone is provided near the duty ratio of zero, the friction characteristic becomes discontinuous when the motor angular velocity ω is near zero, and if the steering angle is completely stationary at any timing, the steering wheel There is a problem of receiving a feeling of sticking to the position. That is, in the electric power steering device, in order to improve the steering performance, compensation of motor inertia and various compensations for removing the influence of friction are performed, and such compensation control is performed based on the motor angular velocity. It is not possible to compensate for the effect when the motor is completely stationary, that is, the effect of static friction that the electric power steering device has. In most cases, the automobile is often going straight, and the automobile is controlled by a delicate steering operation near the steering wheel neutral position. Therefore, in control, it is particularly important to compensate for a feeling of friction and a feeling of inertia in delicate steering near the neutral position.
[0009]
The present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is to control the electric power steering apparatus so as to obtain a continuous and stable steering feeling even near the handle neutral point of the electric power steering apparatus. To provide an apparatus.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention PWM-controls the motor based on a current control value calculated from a steering assist command value calculated based on a steering torque generated in a steering shaft and a current value of a motor that applies a steering assist force to the steering mechanism. The above-mentioned object of the present invention is to provide a duty ratio of the PWM control in order to make the duty ratio having a dead zone region vs. the motor current characteristic apparently continuous. Is provided with a voltage dither signal generation / control means for generating and controlling a voltage dither signal for the H-bridge circuit that drives the motor when the value falls below a predetermined value, and the predetermined value corresponds to the dead zone region. The voltage dither signal is expressed as K · sin ω 0 t, where K is a constant and ω 0 is a dither angular frequency. It is achieved by a sinusoidal der Rukoto.
[0011]
Further, by setting the dither angular frequency ω 0 to 500 Hz , the above object of the present invention can be achieved more effectively.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, in a region where the duty ratio is small, by applying a fine voltage dither signal to the duty signal of the H-bridge circuit and controlling it, the duty ratio versus the motor current characteristic is apparently continuous, and near the motor angular velocity of zero. The effect of static friction characteristics is removed. In other words, in the present invention, the voltage dither signal that changes minutely and repeatedly is added to the duty ratio signal that drives the gate of the FET in which the H bridge circuit is ON, so that the driver does not feel the vibration of the motor. As shown in FIG. 1, the motor is slightly vibrated, and the duty ratio vs. motor current characteristic is continuous. As a result, even at a neutral point where the rudder angle is completely stationary, the handle does not stick to that position as in the prior art.
[0013]
In a region where the motor current is small, there is a dead zone in the duty ratio vs. motor current characteristic, which slows down the response of the control, and there is a problem that friction and inertia are not fully recommended. Since it is impossible to eliminate the dead band of the duty ratio vs. motor current characteristics from the viewpoint of handle operability, the present invention eliminates the dead band by using a voltage dither signal in order to eliminate the control delay in the small current region due to the influence of the dead band as much as possible. Linearize as much as possible. The reason why the voltage dither signal can be linearized to some extent is that when the dither is performed at a frequency higher than the current response determined by the current control response, the duty ratio vs. motor current characteristic is substantially equal to the current amplitude corresponding to the dither. This is because it becomes an effective value.
[0014]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 2 is an overall block diagram of the control function according to the present invention. The steering torque T is input to the steering assist command value calculation unit 100 and the center response improvement unit 101, each output is input to the adder 102, and the addition result is input to the torque control calculation unit 103. The output signal of the torque control calculation unit 103 is input to the motor loss current compensation unit 104, and the output is input to the maximum current limiting unit 106 via the adder 105, and the maximum current value is limited and input to the current control unit 110. . The output of the current control unit 110 is input to the current drive circuit 112 formed of an H bridge circuit via the H bridge characteristic compensation unit 111, thereby driving the motor 113.
[0016]
The motor current i of the motor 113 is input to the motor angular speed estimation unit 121, the current drive switching unit 122 and the current control unit 110 via the motor current offset correction unit 120, and the motor terminal voltage Vm is input to the motor angular speed estimation unit 121. . The angular velocity ω estimated by the motor angular velocity estimation unit 121 is input to the motor angular acceleration estimation unit / inertia compensation unit 123, the motor loss torque compensation unit 124, and the yaw rate estimation unit 125, and the output of the yaw rate estimation unit 125 is input to the convergence control unit 126. The outputs of the convergence control unit 126 and the motor loss torque compensation unit 124 are added by the adder 127, and the addition result is input to the adder 102. The motor loss torque compensator 124 provides assist equivalent to loss torque in the direction in which the loss torque of the motor 113 is generated, that is, the rotation direction of the motor 113, and the convergence controller 126 controls the steering wheel to improve the yaw convergence of the vehicle. The brakes are applied to the movement of the swaying. The output of the motor angular acceleration estimation unit / inertia compensation unit 123 is input to the adder 105.
[0017]
In addition, a voltage dither signal generation / control unit 130 that generates and controls a dither signal DS for minutely vibrating the motor 113 to the extent that the driver does not feel is provided. The dither signal DS from the voltage dither signal generation unit 130 is provided. Is applied to the H-bridge characteristic compensator 111. The voltage dither signal generation unit 130 receives the duty ratio Duty from the H-bridge characteristic compensation unit 111, and generates the dither signal DS in a range where the duty ratio Duty is smaller than a predetermined value. The voltage dither signal generator 130 generates a sine wave dither signal DS having a peak value Δω and a frequency of 500 Hz when the motor angular velocity ω is near zero. Note that the frequency of the dither signal DS is not limited to 500 Hz, but may be a large value with respect to the change of the duty ratio Duty, as long as the driver does not feel it.
[0018]
In such a configuration, in the present invention, as shown in FIG. 3, the center responsiveness improvement unit 101 includes a phase lead compensation unit 101A, an approximate differentiation unit 101B, and a gain setting unit 101C, and the phase lead compensation unit 101A is shown in FIG. The approximate differentiation unit 101B has the frequency characteristics shown in FIG. As a result, the combined characteristics of the phase lead compensation and the approximate derivative are as shown in FIG. 6, and a phase characteristic without a phase delay can be obtained.
[0019]
In the present invention, the assist characteristic based on the three representative vehicle speeds (0, 30, 254 Km / h) is set as a basic characteristic in the calculation of the assist amount in the steering assist command value calculation unit 100, and the vehicle speed interpolation gain is set at other vehicle speeds. Accordingly, interpolation is performed between the basic characteristics at a vehicle speed of 2 km / h. The vehicle speed setting range of assist characteristics is 0 to 254 km / h and the resolution is 2 km / h. The basic assist characteristics (torque versus current) are shown in FIG. 7, and are represented as + by 0 km / h = lo characteristics, 30 km / h = la characteristics, and 254 km / h = lb characteristics. The vehicle speed interpolation calculation for other vehicle speeds is performed every 2 Km / h with the vehicle speed (Km / h) vs. vehicle speed interpolation coefficient γ shown in FIG. When the vehicle speed is 0 to 30 km / h, the assist current I is I = la (T) + γ (V) (lo (T) −la (T)), and when the vehicle speed is 32 to 254 km / h, the assist current I is I = lb (T) + γ (V) (la (T) −lb (T)).
[0020]
Here, in the present invention, a voltage dither signal generation / control unit 130 for compensating for a feeling of friction and a feeling of inertia in delicate steering near the steering wheel neutral point is provided, and the duty ratio Duty is in a range of ± d1 near zero. 9 and FIG. 10, a dither signal DS having a peak value Δω corresponding to the angular frequency ω 0 and a constant K at a frequency of 500 Hz and a constant K K · sin ω 0 t is generated as shown in FIGS. This is applied to the gate drive signal Vg of the FET of the bridge circuit.
[0021]
FIG. 11 shows the details, and the duty ratio Duty is input to the determination circuit 131 that determines the magnitude of the predetermined value d1, and controls the gates of the FETs 1 to 4 of the H bridge circuit (current drive circuit) 112. The oscillation signal OC is input to the oscillation circuit 132 when the duty ratio Duty is input to the gate control circuit 133 and becomes smaller than the predetermined value d1. When the oscillation signal 132 is input, the oscillation circuit 132 oscillates a sine wave K · sinω 0 t and applies it to the gate drive signal Vg via the adders 1341 to 1344. As a result, a signal obtained by adding the sine wave K · sinω 0 t, which is the dither signal DS, to the gate drive signal Vg is supplied to the FET1 to FET4 through the gate control circuit 133. The gate control circuit 133 is synchronized with the duty ratio Duty, and controls ON / OFF of the FET1 to FET4. Thus, the duty ratio Duty is the predetermined value d1 smaller area, the FET being ON is finely driven in accordance with the period of the angular frequency omega 0. For this reason, the characteristic of the duty ratio versus the motor current as shown in FIG. 16 becomes continuous, and the uncomfortable feeling of steering is eliminated. The angular frequency ω 0 is 450 to 550 Hz, preferably 500 Hz, and the driver does not feel the vibration of the motor in this range.
[0022]
In FIG. 11, the oscillation circuit 132 is oscillated when the duty ratio Duty becomes smaller than the predetermined value d1, and the dither signal DS is generated and applied. However, the duty ratio Duty is always oscillated. A switching circuit may be provided for applying to each gate drive signal Vg when becomes smaller than a predetermined value d1.
[0023]
FIG. 12 shows an actual operation example of the voltage dither signal generation / control unit 130. It is determined whether or not the duty ratio Duty is within the range of the predetermined value ± d1 (step S1), and the duty ratio Duty is If it falls within the range of ± d1, it is further determined whether or not the magnitude (absolute value) of the torque T is smaller than a predetermined value α (step S2). The predetermined value ± d1 may be in the vicinity of zero of the duty ratio Duty, and is not limited to ± d1. When the torque T is smaller than the predetermined value α, a dither signal DS of K · sin ω 0 t of a sine wave is generated with K as a constant, and is applied to the gate drive signals Vg of the FET1 to FET4. As a result, the motor can be vibrated minutely to the extent that the driver does not feel it near zero of the duty ratio Duty.
[0024]
【The invention's effect】
In the present invention, a dither signal for causing the motor to vibrate slightly near the zero duty ratio is generated and applied to the gate drive signal of the FET for control. The vibration of the motor due to the dither signal has a frequency and magnitude that the driver does not feel, and the influence of static friction near the duty ratio of zero can be eliminated. Further, since the duty ratio vs. motor current characteristic is continuous near the duty ratio of zero, an unnatural steering feeling can be prevented and a comfortable steering feeling can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a basic concept of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the present invention.
FIG. 3 is a block configuration diagram of a center response improvement unit.
FIG. 4 is a diagram illustrating a characteristic example of a phase lead compensation unit.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of characteristics of an approximate differentiation unit.
FIG. 6 is a diagram illustrating a combined characteristic of a phase lead compensation unit and an approximate differentiation unit.
FIG. 7 is a diagram showing basic assist characteristics.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a vehicle speed interpolation calculation.
FIG. 9 is a diagram illustrating a voltage dither signal according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing friction characteristics when the motor angular velocity is zero.
FIG. 12 is a flowchart showing an operation example of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing an example of an electric power steering apparatus. FIG. 14 is a block diagram showing a general internal configuration of a control unit.
FIG. 15 is a connection diagram illustrating an example of a motor drive circuit.
FIG. 16 is a diagram showing a duty ratio versus motor current characteristic of the electric power steering apparatus.
[Explanation of symbols]
100 Steering assist command value calculation unit 101 Center response improvement unit 101A Phase advance compensation unit 101B Approximation differentiation unit 101C Gain setting unit 103 Torque control calculation unit 104 Motor loss current compensation unit 110 Current control unit 113 Motor 121 Motor angular velocity estimation unit 125 Yaw rate estimation Unit 130 Voltage dither signal generation / control unit

Claims (2)

ステアリングシャフトに発生する操舵トルクに基いて演算手段で演算された操舵補助指令値と、ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータの電流値とから演算した電流制御値に基いて前記モータをPWM制御するようになっている電動パワーステアリング装置の制御装置において、
不感帯領域を有するデューティ比対モータ電流特性を見かけ上連続特性とするために、前記PWM制御のデューティ比が所定値以下となったときに、前記モータを駆動するHブリッジ回路に対して電圧ディザ信号を発生して制御する電圧ディザ信号発生/制御手段を具備し
前記所定値が、前記不感帯領域に対応するデューティ比であり、前記電圧ディザ信号が、Kを定数、ω をディザ角周波数としてK・sinω tで表わされる正弦波であることを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
PWM control of the motor is performed based on a current control value calculated from the steering assist command value calculated by the calculation means based on the steering torque generated in the steering shaft and the current value of the motor that applies the steering assist force to the steering mechanism. In the control device of the electric power steering device configured as described above,
In order to make the duty ratio having a dead zone region vs. the motor current characteristic apparently continuous , a voltage dither signal is supplied to the H bridge circuit that drives the motor when the duty ratio of the PWM control becomes a predetermined value or less. comprising a voltage dither signal generating / controlling means for controlling to generate,
The predetermined value is a duty ratio corresponding to the dead zone region, and the voltage dither signal is a sine wave represented by K · sin ω 0 t, where K is a constant and ω 0 is a dither angular frequency. Control device for electric power steering device.
前記ディザ角周波数ωが500Hzである請求項1に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。The control device for an electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the dither angular frequency ω 0 is 500 Hz.
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