JP3846786B2

JP3846786B2 - Electric power steering device

Info

Publication number: JP3846786B2
Application number: JP2002093935A
Authority: JP
Inventors: 晃治笹島
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003285760A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機パワーをステアリング系に直接作用させてドライバの操舵力を軽減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】
電動パワーステアリング装置は、電動機の駆動力を直接利用して補助操舵トルクを発生し、ドライバの操舵力をアシストする。電動パワーステアリング装置は、電動機の駆動を制御するために、まず、操舵トルクや車速等に基づいて電動機に供給する目標電流を設定する。また、必要に応じて、電動パワーステアリング装置は、操舵フィーリングを向上させるために、ダンピング制御及びイナーシャ制御によって目標電流を補正する。
ところで従来は、電動機が発生する補助操舵トルク及び電動機の電流を制御する場合は、電動機の静的モデルに応じた最適なゲイン（制御利得）で制御することが行われている。また、ＰＷＭのように平均電圧を用いて制御するシステムにおいては、ＰＷＭのゲインを電動機の電源電圧（供給電圧）によって補正することが知られている。つまり、電源電圧が低いときはデューティが相対的に高くなるように補正し、電源電圧が高いときはデューティが相対的に低くなるように補正することが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術においては、電動機の回転速度が速い場合には、電流又は補助操舵トルクの制御応答性が低下するという問題があった。つまり、ドライバは、早いステアリング操作を行った場合等は、適正なトルクよりも不足した補助操舵トルクでしかアシストされず、ステアリング操作が重たく感じられるという不都合があった。なお、この不都合は、制御の応答遅れとも感じられるものでもあった。また、従来の技術においては、電動機に流れる電流を検出して電流フィードバックを行うと電動機の回転速度にかかわらず安定した制御を行うことができるが、応答性がよくないという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明の主たる課題は、電動機の回転速度の速い遅いにかかわらず適切に補助操舵トルクをステアリング系に付加することができる電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題に鑑み本発明者らは鋭意研究を行い、電動機の回転速度が速くなると電動機が発生する補助操舵トルクが結果として小さくなってしまうのは、逆起電力が原因であることに着目等して、本発明を完成するに至った。即ち、前記課題を解決した本発明（請求項１）に係る電動パワーステアリング装置は、少なくとも操舵トルクに応じて電動機を駆動して、発生する補助操舵トルクをステアリング系に付加する電動パワーステアリング装置において、前記操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記操舵トルクに応じて前記電動機を駆動する制御量を設定する制御手段と、前記電動機の回転速度を検出する電動機回転速度検出手段と、前記電動機の回転速度が速くなると、当該回転速度に応じて増加する前記電動機の逆起電力による前記補助操舵トルクの減少を補い、前記制御手段が設定する前記制御量が大きくなるように制御利得を補正する制御量補正手段とを備える。
この電動パワーステアリング装置によれば、電動機回転速度が速くなると電動機への制御量が大きくなるように制御利得を補正されステアリング系の操作性を改善することができる。このため、電動機の回転速度に応じて動的に適切な補助操舵トルクを得ることができる。なお、「前記回転速度が速くなると前記制御手段が設定する前記制御量が大きくなるように」は、「前記回転速度が遅くなると前記制御手段が設定する前記制御量が小さくなるように」と同じである。
【０００６】
さらに、本発明（請求項１）に係る電動パワーステアリング装置の前記制御手段における制御はＰＩＤ制御であり、このＰＩＤ制御の比例項のみを前記電動機の回転速度に応じて補正することで前記制御利得の補正を行うことを特徴とする。このように比例項を補正することで、操舵トルクの変化に対して十分な速さで、かつ、雑音成分を少なく応答することができ、逆起電力による制御応答性の低下を防いで、補助操舵トルクが適切に付加されて、ステアリング系の操作性を改善することができる電動パワーステアリング装置が得られる。
【０００７】
さらに、この電動パワーステアリング装置の前記制御手段は前記操舵トルクセンサからの出力に基づいて目標電流を設定し、この目標電流と電動機電流検出手段が検出する電動機電流との偏差に応じて制御を行うことを特徴とする（請求項２）。これにより、目標電流と電動機電流との偏差に応じた補助操舵トルクが付加されるので、補助操舵トルクが適切に付加され、ステアリング系の操作性を改善することができる。
また、さらに、この電動パワーステアリング装置は、操舵トルクセンサからの出力に基づいて操舵トルクの時間微分値を算出し、この時間微分値が大きいときは大きなイナーシャ補正信号を生成するイナーシャ補正信号設定部を有し、制御手段は、イナーシャ補正信号を加味して前記制御量を設定することを特徴とする（請求項３）。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態について説明する。
【０００９】
まず、図１を参照して、電動パワーステアリング装置１の全体構成について説明する。
電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール３から操舵輪Ｗ、Ｗに至るステアリング系Ｓに備えられ、手動操舵力発生手段２による操舵力をアシストする。そのために、電動パワーステアリング装置１は、制御装置１２からの電動機制御信号ＶＯに基づいて電動機駆動手段１３で電動機電圧ＶＭを発生し、この電動機電圧ＶＭによって電動機８を駆動して補助操舵トルク（補助操舵力）を発生させ、手動操舵力発生手段２による手動操舵力を軽減する。
【００１０】
手動操舵力発生手段２は、ステアリングホイール３に一体に設けられたステアリング軸４に連結軸５を介してステアリング・ギアボックス内に設けたラック＆ピニオン機構７のピニオン７ａが連結される。なお、連結軸５は、その両端に自在継ぎ手５ａ、５ｂを備える。ラック＆ピニオン機構７は、ピニオン７ａに噛み合うラック歯７ｂがラック軸９に形成され、ピニオン７ａとラック歯７ｂの噛み合いにより、ピニオン７ａの回転運動をラック軸９の横方向（車両幅方向）の往復運動とする。さらに、ラック軸９には、その両端にタイロッド１０、１０を介して、操舵輪としての左右の前輪Ｗ、Ｗが連結される。
【００１１】
また、電動パワーステアリング装置１は、補助操舵力（補助操舵トルク）を発生させるために、電動機８が、ラック軸９と同軸上に配設される。そして、電動パワーステアリング装置１は、電動機８の回転をラック軸９と同軸に設けられたボールねじ機構１１を介して推力に変換し、この推力をラック軸９（ボールねじ軸１１ａ）に作用させる。
【００１２】
制御装置１２は、車速センサＶＳ、操舵トルクセンサＴＳ、電動機電流検出手段１４、電動機電圧検出手段１５の各検出信号Ｖ、Ｔ、ＩＭＯ、ＶＭＯが入力される。そして、制御装置１２は、これらの検出信号Ｖ、Ｔ、ＩＭＯ、ＶＭＯに基づいて電動機８に流す電動機電流ＩＭの大きさ及び方向を決定し、電動機駆動手段１３に電動機制御信号ＶＯを出力する。さらに、制御装置１２は、操舵トルク信号Ｔと電動機電流信号ＩＭＯに基づいて、電動パワーステアリング装置１でのアシストを判定し、電動機８の駆動を制御する。なお、制御装置１２は、各種演算や処理等を行うＣＰＵ、入力信号変換手段、信号発生手段、記憶手段等で構成される。ちなみに、制御装置１２は、ＣＰＵを備え、ＣＰＵは電動パワーステアリング装置１での主な制御を行う。
【００１３】
車速センサＶＳは、車速を単位時間当たりのパルス数として検出し、検出したパルス数に対応したアナログ電気信号を車速信号Ｖとして制御装置１２に送信する。なお、車速センサＶＳは、電動パワーステアリング装置１の専用センサであってもよいし、他のシステムの車速センサを利用してもよい。
【００１４】
操舵トルクセンサＴＳは、ステアリング・ギアボックス６内に配設され、ドライバによる手動の操舵トルクの大きさ及び方向を検出する。そして、操舵トルクセンサＴＳは、検出した操舵トルクに対応したアナログ電気信号を操舵トルク信号Ｔとして制御装置１２に送信する。なお、操舵トルク信号Ｔは、大きさを示す操舵トルクとトルクの向きを示すトルク方向の情報を含み、トルク方向は操舵トルクのプラス値／マイナス値で表され、プラス値は操舵トルク方向が右方向であり、マイナス値は操舵トルク方向が左方向である。
【００１５】
電動機電流検出手段１４は、電動機８に対して直列に接続された抵抗又はホール素子等を備え、電動機８に実際に流れる電動機電流ＩＭの大きさ及び方向を検出する。そして、電動機電流検出手段１４は、電動機電流ＩＭに対応した電動機電流信号ＩＭＯを制御装置１２にフィードバック（負帰還）する。なお、電動機電流信号ＩＭＯは、大きさを示す電動機電流値と電動機電流の向き（補助アシストの方向）を示す電流方向の情報を含み、電流方向は電動機電流値のプラス値／マイナス値で表され、プラス値は補助アシスト方向が右方向であり、マイナス値は補助アシスト方向が左方向である。
【００１６】
電動機電圧検出手段１５は、電動機８の両端の電圧を各々検出し、電動機８に実際に印加されている電動機電圧ＶＭの大きさ及び方向を検出する。そして、電動機電圧検出手段１５は、電動機電圧ＶＭに対応した電動機電圧信号ＶＭＯを制御装置１２に送信する。
【００１７】
電動機駆動手段１３は、電動機制御信号ＶＯに基づいて電動機電圧ＶＭを電動機８に印加し、電動機８を駆動する。電動機駆動手段１３は、例えば、図６に示すように４個のパワーＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのスイッチング素子からなるブリッジ回路及び電源電圧（１２ｖ）１３ｅで構成される。パワーＦＥＴ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの各ゲートＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４に電動機制御信号ＶＯが入力されると、電動機制御信号ＶＯに基づいて電動機８に電動機電圧ＶＭが印加される。すると、電動機８には電動機電流ＩＭが流れ、電動機８は電動機電流ＩＭに比例した補助操舵トルクを発生する。なお、電動機駆動手段１３の動作については後で詳細に説明する。
【００１８】
次に、図２を参照して、制御装置１２の構成について詳細に説明する。
前記したように、制御装置１２はＣＰＵにより電動パワーステアリング装置１の主な制御を行う。なお、制御装置１２は、操舵トルクセンサＴＳ、車速センサＶＳ、電動機電流検出手段１４及び電動機電圧検出手段１５等からの検出信号がアナログ信号として入力される場合は、図示しないＡ／Ｄ変換手段によりアナログ信号をディジタル信号に変換し、各ＣＰＵに取り込んでいる。
なお、本実施の形態では、制御装置１２が特許請求の範囲に記載の制御手段に相当する。
【００１９】
制御装置１２についてさらに詳細に説明する。制御装置１２は、主に、電動機回転速度推定部２１、目標電流信号設定部２２、イナーシャ補正信号設定部２３、ダンピング補正信号設定部２４、イナーシャ補正部２５、ダンピング補正部２６、偏差演算部２７及び駆動制御部２８から構成される。制御手段１２は、補助操舵トルクを発生させるために、電動機８をフィードバック制御する。さらに、制御装置１２は、操舵フィーリングを向上させるために、イナーシャ制御及びダンピング制御を行う。
【００２０】
電動機回転速度推定部２１は、電動機電流検出手段１４からの電動機電流信号ＩＭＯと電動機電圧検出手段１５からの電動機電圧信号ＶＭＯが入力され、ダンピング補正信号設定部２４に電動機回転速度信号ＲＳを出力する。電動機回転速度推定部２１は、次の式（１）に基づいて、電動機電流信号ＩＭＯと電動機電圧信号ＶＭＯから電動機回転速度を演算し、電動機回転速度信号ＲＳとして出力する。なお、電動機抵抗と誘起電圧係数は定数である。
【００２１】
ＮＭ＝（ＶＭ−ＩＭ・ＲＭ）／Ｋ … （１）
ここで、ＮＭは電動機回転速度、ＶＭは電動機電圧、ＩＭは電動機電流、ＲＭは電動機抵抗、Ｋは誘導電圧係数である。
【００２２】
目標電流信号設定部２２は、操舵トルクセンサＴＳからの操舵トルク信号Ｔ及び車速センサＶＳからの車速信号Ｖが入力され、イナーシャ補正部２５に目標電流信号ＩＭＳを出力する。目標電流信号設定部２２は、予め実験値又は設計値に基づいて設定した操舵トルク信号Ｔ及び車速信号Ｖと目標電流信号ＩＭＳとの対応するデータに基づいて、操舵トルク信号Ｔ及び車速信号Ｖをアドレスとして対応する目標電流信号ＩＭＳを読み出す。なお、目標電流信号ＩＭＳは、電動機８に流す目標の電動機電流を設定する上で基準となる電流の情報を含む信号である。ちなみに、目標電流信号ＩＭＳは、車速信号Ｖに対して、路面反力の大きい低速の場合には大きい値が対応づけられ、走行時の安定性を確保するために高速の場合には小さい値が対応づけられている。また、目標電流信号ＩＭＳは、操舵トルク信号Ｔに対して、操舵トルク信号Ｔが０近傍では０に対応づけられ、所定の操舵トルク信号Ｔ以上になると操舵トルク信号Ｔの増加に従って増加する値に対応づけられる。なお、目標電流信号ＩＭＳは、電動機８に流すことができる最大電流が規定されているので、最大目標電流以下に設定される。
【００２３】
イナーシャ補正信号設定部２３は、操舵トルクセンサＴＳからの操舵トルク信号Ｔ及び車速センサＶＳからの車速信号Ｖが入力され、イナーシャ補正部２５にイナ−シャ補正信号ＩＳを出力する。まず、イナーシャ補正信号設定部２３は、操舵トルク信号Ｔを時間微分し、操舵トルクの時間微分値を算出する。そして、イナーシャ補正信号設定部２３は、予め実験値又は設計値に基づいて設定した操舵トルクの時間微分値及び車速信号Ｖとイナーシャ補正信号ＩＳとの対応するデータに基づいて、操舵トルクの時間微分値及び車速信号Ｖをアドレスとして対応するイナーシャ補正信号ＩＳを読み出す。ちなみに、イナーシャ補正信号ＩＳは、車速信号Ｖに対して、低車速の場合には大きい値が対応づけられ、高車速の場合には小さい値が対応づけられている。また、イナーシャ補正信号ＩＳは、操舵トルクの時間微分値に対して、ドライバによるステアリング操作に対しての応答性を向上させるために、この時間微分値が大きいほど大きな値が対応づけられる。
【００２４】
ダンピング補正信号設定部２４には、車速センサＶＳからの車速信号Ｖ及び電動機回転速度推定部２１からの電動機回転速度信号ＲＳが入力され、ダンピング補正部２６にダンピング補正信号ＤＳを出力する。ダンピング補正信号設定部２４は、予め実験値又は設計値に基づいて設定した車速信号Ｖ及び電動機回転速度信号ＲＳとダンピング補正信号ＤＳとの対応するデータに基づいて、ダンピング補正信号ＤＳを読み出す。ちなみに、ダンピング補正信号ＤＳは、車速信号Ｖに対して、低車速の場合には小さい値が対応づけられ、高車速の場合には大きい値が対応づけられている。また、ダンピング補正信号ＤＳは、電動機回転速度信号ＲＳに対して、電動機回転速度信号ＲＳが大きい値ほど大きくなるように対応付けられている。
【００２５】
イナーシャ補正部２５は、目標電流信号設定部２２からの目標電流信号ＩＭＳ及びイナーシャ補正信号設定部２３からのイナーシャ補正信号ＩＳが入力され、ダンピング補正部２６に補正目標電流信号ＩＭＳ’を出力する。ちなみに、イナーシャ補正信号設定部２３とイナーシャ補正部２５によるイナーシャ制御では、電動機８の回転部分の慣性による応答性の低下を向上させ、操舵フィーリングを向上させる。つまり、電動機８は、正回転から逆回転又は逆回転から正回転と回転方向を切り変える際、電動機電圧ＶＭの印加する向きを変えても、電動機８の慣性によって直ぐには回転方向が切り変わらない。そこで、イナーシャ制御では、電動機８の回転方向の切り変わりがステアリングホイール３の回転方向の切り変わるタイミングに一致するように制御している。そのために、イナーシャ制御は、目標電流信号ＩＭＳを、電動機８の慣性を打消すためにイナーシャ補正信号ＩＳ分増加させる。そこで、イナーシャ補正部２５は、目標電流信号ＩＭＳにイナーシャ補正信号ＩＳを加算し、補正目標電流信号ＩＭＳ’を算出する。
【００２６】
ダンピング補正部２６は、イナーシャ補正部２５からの補正目標電流信号ＩＭＳ’及びダンピング補正信号設定部２４からのダンピング補正信号ＤＳが入力され、偏差演算部２７に補正目標電流信号ＩＭＳ”を出力する。ちなみに、ダンピング補正信号設定部２４とダンピング補正部２６によるダンピング制御では、電動機８に大きな電動機電流ＩＭが供給されたときの電動機８の回転部分の慣性によるアシストの効き過ぎを減衰し、操舵フィーリングを向上させる。つまり、電動機８は、大きな電動機電流ＩＭが供給されて回転速度が速くなると、電動機８の慣性によって直ぐには回転速度が低下しない。そこで、ダンピング制御では、電動機８の回転速度を抑制制御している。そのために、ダンピング制御は、目標電流信号ＩＭＳをダンピング補正信号ＤＳ分減衰させる。そこで、ダンピング補正部２６は、補正目標電流信号ＩＭＳ’からダンピング補正信号ＤＳを減算し、補正目標電流信号ＩＭＳ”を算出する。
【００２７】
ちなみに、電動パワーステアリング装置１では、イナーシャ制御やダンピング制御を施すことによって、操舵トルク信号Ｔの方向と電動機電流信号ＩＭＳの方向とが異なる場合がある。例えば、ドライバがステアリングホイール３を右回転方向から左回転方向に切り返す場合（つまり、右方向の操舵トルクが減少し、続いて左方向の操舵トルクが増加する場合）において、まだ、右方向の操舵トルク信号Ｔが検出されているとする。そのとき、制御装置１２では、右方向の操舵トルク信号Ｔに対応した目標電流信号ＩＭＳに、操舵トルクの微分値に基づくイナーシャ制御によって左方向の大きなイナーシャ補正信号ＩＳが加算され、さらにダンピング制御によって右方向のダンピング補正信号ＤＳが減算される。その結果、制御装置１２では、右方向の操舵トルク信号Ｔであるにも拘わらず、操舵フィーリングを向上させるために、左方向の補正目標電流信号ＩＭＳ”を設定する場合がある。そのため、電動機８には左方向の電動機電流ＩＭが供給され、電動機電流検出手段１４で左方向の電動機電流信号ＩＭＯが検出される。つまり、正常な制御にも拘わらず、右方向の操舵トルク信号Ｔの大きさが減少しているときには、左方向の電動機電流信号ＩＭＯが検出される場合がある。
【００２８】
偏差演算部２７は、ダンピング補正部２６からの補正目標電流信号ＩＭＳ”と電動機電流検出手段１４からの電動機電流信号ＩＭＯが入力され、駆動制御部２８に偏差信号ΔＩＭを出力する。偏差演算部２７は、補正目標電流信号ＩＭＳ”から電動機電流信号ＩＭＯを減算し、偏差信号ΔＩＭ（＝ＩＭＳ”−ＩＭＯ）を算出する。
【００２９】
駆動制御部２８には、偏差演算部２７からの偏差信号ΔＩＭ、ダンピング補正部２６からの補正目標電流信号ＩＭＳ”、電動機回転速度推定部２１からの電動機回転速度信号ＲＳが入力され、電動機駆動手段１３に電動機制御信号ＶＯを出力する。そのために、駆動制御部２８は、ＰＩＤコントローラ、ＰＷＭ信号発生部及び論理回路等を備える。図３に駆動制御部２８とその周辺の詳細図を示す。
【００３０】
駆動制御部２８は、ダンピング補正部２６からの補正目標電流信号ＩＭＳ”に微分項回路３０で微分処理した微分制御信号ＤＳと、偏差信号ΔＩＭに比例項回路３１で比例処理した比例制御信号ＰＳに補正項回路３３で電動機回転速度推定値ＲＳに応じて補正した比例制御補正信号ＰＳ´と、偏差信号ΔＩＭに積分項回路３２で積分処理した積分制御信号ＩＳとをＰＩＤ加算部３４で加算して、偏差を０に近づけるために電動機８に供給する電動機電流ＩＭの向きと電流値とを示すＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御信号を生成する。続いて、電動機制御信号生成回路３５で、このＰＩＤ制御信号に基づいて、電動機８に供給する電動機電流ＩＭの向きと電流値に対応したＰＷＭ信号、オン信号、オフ信号を生成する。
なお、本実施の形態では、比例制御信号ＰＳ、積分制御信号ＩＳ、微分制御信号ＤＳがそれぞれ特許請求の範囲に記載の比例値、積分値、微分値に、補正項回路３３が特許請求範囲に記載の制御量補正手段に相当する。
【００３１】
ここで、補正項回路３３での比例制御信号ＰＳに対する補正について説明する。図４は、（ａ）が電動機の等価回路を示す図であり、（ｂ）が電動機回転速度ＮＭと電動機発生トルクの関係を模式的に示すグラフである。
電動機（ＤＣモータ）８は、図４（ａ）の等価回路で表現される。そして、電動機電流ＩＭは図４（ａ）の式（Ａ）で表現され、逆起電力Ｅは同図の式（Ｂ）で表現され、電動機発生トルクＴＭは同図の式（Ｃ）で表現される。つまり、この式（Ａ）〜（Ｃ）により、図４（ｂ）に示すように、電動機回転速度ＮＭが速くなると、電動機８の発生する電動機発生トルクＴＭ（補助操舵トルクに相当）が小さくなるのが理解される。この現象から、例えば切返し等を行う場合のように電動機回転速度ＮＭが速いときは、遅いときに比べて、ドライバはステアリング操作が重たく感じられる等の不都合が生まれる。また、この不都合は、制御の応答遅れとも感じられるものでもあった。
【００３２】
これを補正するため、補正項回路３３では電動機回転速度信号ＲＳ（電動機回転速度ＮＭ）に応じて比例制御信号ＰＳに所定の補正値（補正利得）Ｋｓをかけ、電動機８にかかる平均電圧をより大きくする（請求項の「ＰＩＤ制御の比例項を前記電動機の回転速度に応じて補正する」に相当）。つまり、電動機回転速度が速いときには一層ＰＷＭのデューティ比を大きくし、電動機８にかかる電圧を大きくするようにしてステアリング操作が重くならないようにしている。この点において、従来の電源電圧の変動によるゲイン（補正値）の補正とは根本的に異なる。
【００３３】
ちなみに、補正値Ｋｓは経験的・実験的に求められるが、図５に、電動機回転速度ＲＳと補正値Ｋｓとの関係の一例を示す。図５でＲＳ０は電動機８に電流が流れていなくて補助操舵トルクが０の場合の電動機回転速度ＮＭである。電動機回転速度信号ＲＳが速く（大きく）なるにつれ、補正値Ｋｓは大きくなる。
ここで、比例制御信号ＰＳだけに補正値Ｋｓをかけたのは、制御の応答性を速くし、かつノイズを除去するためである。つまり、微分制御信号ＤＳに補正値をかけると雑音がのりやすくなり、積分制御信号ＩＳに補正値をかけると反応が遅くなるという問題があるためである。もちろん、微分制御信号ＤＳに補正値Ｋｓをかけるようにしてもよく、積分制御信号ＩＳに補正値Ｋｓをかけるようにしてもよい。
【００３４】
次に電動機制御信号生成回路３５の出力について説明する。ＰＷＭ信号は、電動機駆動手段１３のパワーＦＥＴ１３ａのゲートＧ１又はパワーＦＥＴ１３ｂのゲートＧ２に入力され、偏差信号ΔＩＭの大きさに応じてパワーＦＥＴ１３ａ又はパワーＦＥＴ１３ｂをＰＷＭ駆動する信号である（図５参照）。なお、ＰＷＭ信号がゲートＧ１かゲートＧ２のどちらのゲートに入力されるかは、目標電流ＩＭＳ''の極性によって決まる。また、ゲートＧ１又はゲートＧ２のうちＰＷＭ信号が入力されないゲートにはオフ信号が入力され、パワーＦＥＴ１３ａ又はパワーＦＥＴ１３ｂはオフされる。そして、ゲートＧ１にＰＷＭ信号が入力される場合には、パワーＦＥＴ１３ｄのゲートＧ４にオン信号が入力され、パワーＦＥＴ１３ｄがオン駆動される（図５参照）。また、ゲートＧ１にオフ信号が入力される場合には、ゲートＧ４にオフ信号が入力され、パワーＦＥＴ１３ｄはオフされる。他方、ゲートＧ２にＰＷＭ信号が入力される場合には、パワーＦＥＴ１３ｃのゲートＧ３にオン信号が入力され、パワーＦＥＴ１３ｃがオン駆動される（図５参照）。また、ゲートＧ２にオフ信号が入力される場合には、ゲートＧ３にオフ信号が入力され、パワーＦＥＴ１３ｃはオフされる。なお、電動機制御信号ＶＯは、電動機駆動手段１３のゲートＧ１〜Ｇ４に出力するＰＷＭ信号、オン信号、オフ信号で構成される。
【００３５】
次に、図６を参照して、電動機駆動手段１３の回路の構成について説明する。電動機駆動手段１３は、４個のパワーＦＥＴ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄでブリッジ回路が構成され、電源電圧１３ｅから１２Ｖの電圧が供給される。さらに、電動機駆動手段１３は、電動機８がパワーＦＥＴ１３ａとパワーＦＥＴ１３ｄの間に直列にかつパワーＦＥＴ１３ｂとパワーＦＥＴ１３ｃの間に直列に接続される。パワーＦＥＴ１３ａ，１３ｂは、各ゲートＧ１，Ｇ２にＰＷＭ信号又はオフ信号が入力され、ＰＷＭ信号が入力されて論理レベル１の時にオンする。パワーＦＥＴ１３ｃ，１３ｄは、各ゲートＧ３，Ｇ４にオン信号又はオフ信号が入力され、オン信号が入力された時にオンする。そして、電動機駆動手段１３では、パワーＦＥＴ１３ａとパワーＦＥＴ１３ｄによって電動機８を正回転方向（発生する補助操舵トルクが右方向）にＰＷＭ駆動し、パワーＦＥＴ１３ｂとパワーＦＥＴ１３ｃによって電動機８を逆回転方向（発生する補助操舵トルクが左方向）にＰＷＭ駆動する。なお、電動機８に印加される電動機電圧ＶＭは、ＰＷＭ信号のデューティ比によって決定される。そして、電動機８に流れる電動機電流ＩＭは、電動機電圧ＶＭに対応する。例えば、ＰＷＭ信号のデューティ比が７（論理レベル１）：３（論理レベル０）の場合、１２Ｖ×（７／１０）＝８．４Ｖが電動機電圧ＶＭとなり、電動機８に平均して８．４Ｖが印加されていることになる。
【００３６】
ここで、図１、図２、図３及び図６を参照して、制御装置１２による電動パワーステアリング装置１での制御について説明する。ここでは、ドライバが右回転方向から左回転方向にステアリングホイール３を切返し操作する場合の制御について説明する。
【００３７】
ドライバによるステアリングホイール３への右回転方向の操舵力が弱められ、右方向の操舵トルク信号Ｔが急激に減少する。このとき、制御装置１２では、目標電流信号設定部２２で操舵トルク信号Ｔと車速信号Ｖに基づいて目標電流信号ＩＭＳを設定し、イナーシャ補正信号設定部２３で操舵トルク信号Ｔと車速信号Ｖに基づいてイナ−シャ補正信号ＩＳを設定し、ダンピング補正信号設定部２４で電動機回転速度信号ＲＳと車速信号Ｖに基づいてダンピング補正信号ＤＳを設定する。さらに、制御装置１２では、目標電流信号ＩＭＳ、イナ−シャ補正信号ＩＳ及びダンピング補正信号ＤＳから補正目標電流信号ＩＭＳ”を演算する。なお、右方向の操舵トルク信号Ｔが減少し始めると、右方向の補正目標電流信号ＩＭＳ”が減少し始める。そして、制御装置１２では、偏差演算部２７で補正目標電流信号ＩＭＳ”と電動機電流信号ＩＭＯから偏差信号ΔＩＭを演算する。
【００３８】
さらに、制御装置１２では、駆動制御部２８で正回転方向の電動機電流ＩＭを減少させるための電動機制御信号ＶＯを生成し、電動機駆動手段１３に電動機制御信号ＶＯを出力する。すると、電動機駆動手段１３では電動機制御信号ＶＯに対応して電動機８を正回転方向（発生する補助操舵トルクが右方向）にＰＷＭ駆動するが、正回転方向（発生する補助操舵トルクが右方向）の電動機電流ＩＭは徐々に減少している。そのため、電動パワーステアリング装置１では、電動機８の正回転方向の駆動力が弱まり、ステアリング系Ｓに付加される右方向の補助操舵トルクが小さくなる。
やがて、イナーシャ補正信号ＩＳ等の影響により、操舵トルク信号Ｔが右方向にも拘わらず、左方向の補正目標電流信号ＩＭＳ”が演算される。すると、制御装置１２では、駆動制御部２８で逆回転方向の電動機電流ＩＭを増加させるための電動機制御信号ＶＯを生成し、電動機駆動手段１３に電動機制御信号ＶＯを出力する。そして、電動機駆動手段１３では電動機制御信号ＶＯに対応して電動機８を逆回転方向（発生する補助操舵トルクが左方向）にＰＷＭ駆動し、逆回転方向（発生する補助操舵トルクが左方向）の電動機電流ＩＭが増加し始める。
【００３９】
その後、ドライバによるステアリングホイール３への右回転方向の操舵力から左回転方向の操舵力に移り、左方向の操舵トルク信号Ｔが増加する。制御手段１２では、駆動制御部２８で逆回転方向の電動機電流ＩＭを増加させるための電動機制御信号ＶＯを生成し、電動機駆動手段１３に電動機制御信号ＶＯを出力する。そして、電動機駆動手段１３では電動機制御信号ＶＯに対応して電動機８を逆回転方向（発生する補助操舵トルクが左方向）にＰＷＭ駆動し、逆回転方向（発生する補助操舵トルクが左方向）の電動機電流ＩＭが増加していく。すると、電動パワーステアリング装置１では、電動機８の逆回転方向の駆動力が強まり、ステアリング系Ｓに付加される左方向の補助操舵トルクが大きくなる。
【００４０】
この一連の動作において、電動機回転速度推定部２１により電動機回転速度ＮＭに対応した電動機回転速度信号ＲＳが生成される。そして、電動機回転速度信号ＲＳは駆動制御部２８の補正項回路３３に出力され、図５に示すように適切な補正値Ｋｓが設定される。そして、補正値Ｋｓにより制御量（比例制御信号ＰＳ、ひいては電動機制御信号ＶＯ）が補正される。よって、電動機回転速度ＮＭの低速時から高速時まで、適切な補助操舵トルクでドライバの操舵がアシストされる。また、補助操舵トルク発生の応答性を遅くすることもない。
【００４１】
本発明は、前記の実施の形態に限定されることなく、様々な形態で実施することができる。
例えば、以上の説明では、一例として電動パワーステアリング装置がイナーシャ制御及びダンピング制御を行うこととしたが、これらの制御は行われなくともよい。また、オープン制御に本発明を適用してもよい。また、電動機回転速度は、例えば操舵回転速度として、ステアリングホイールの回転速度等に置き換えることができる。また、電動機回転速度は、ラック軸の移動速度に置き換えることもできる。また、電動機８は三相のものでもよい。また、制御装置１２は、ハードウェア的にもソフトウェア的にも構成することができる。また、以上の説明では、電動機制御信号生成回路３５でＰＷＭ信号、オン信号、オフ信号を生成し、パワーＦＥＴ１３ａのゲートＧ１、又は、パワーＦＥＴ１３ｂのゲートＧ２にＰＷＭ信号を直接入力するように説明したが、ＰＷＭ信号を、デューティ電圧変換回路を介して電圧信号に変換した後にゲートＧ１又はゲートＧ２に加えるようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、電動機回転速度が速い場合に電動機からステアリング系に付加される補助操舵トルクが不足したり制御応答性が低下したりする現象を解決し、ステアリング系の操作性を改善することができる。また、電動機回転速度の高速時にあわせて制御利得を大きくするとすれば、電動機回転速度の低速時の制御利得が高くなり過ぎて、電動機回転速度の低速時に制御が不安定になる恐れがあるが、本発明ではそのようなことがなく、安定性が高い補助操舵トルクの制御を行うことができる。
【００４３】
さらに、本発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置では、比例項のみを補正しているので、操舵トルクセンサ出力に対する制御応答性が改善され、補助操舵トルクが適切に付加され、ステアリング系の操作性を改善することができる。
【００４４】
本発明の請求項２に係る電動パワーステアリング装置では、目標電流と電動機電流の偏差に応じた補助操舵トルクが適切に付加され、ステアリング系の操作性を改善することができる。
本発明の請求項３に係る電動パワーステアリング装置では、イナーシャによる問題に対して、ステアリング系の操作性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図２】図１の電動パワーステアリング装置の制御装置のブロック構成図である。
【図３】図２の制御装置の駆動制御部の詳細を示すブロック図である。
【図４】（ａ）は電動機の等価回路を示す図であり、（ｂ）が電動機回転速度と電動機発生トルクの関係を模式的に示すグラフである。
【図５】図３に示す補正項回路で用いられる補正値を示す図である。
【図６】図１の電動パワーステアリング装置の電動機駆動手段の回路図である。
【符号の説明】
１・・・電動パワーステアリング装置
２・・・手動操舵力発生手段
３・・・ステアリングホイール
８・・・電動機
１２・・・制御装置（制御手段）
１３・・・電動機駆動手段
１４・・・電動機電流検出手段
１５・・・電動機電圧検出手段
２１・・・回転速度推定部（電動機回転速度検出手段を構成）
２２・・・目標電流信号設定部
２７・・・偏差演算部
２８・・・駆動制御部
３０・・・微分項回路
３１・・・比例項回路
３２・・・積分項回路
３３・・・補正項回路（制御量補正手段）
３４・・・ＰＩＤ加算部
３５・・・電動機制御信号生成回路
Ｓ・・・ステアリング系
ＴＳ・・・操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric power steering device that reduces the steering force of a driver by directly applying electric motor power to a steering system.
[0002]
[Prior art]
The electric power steering device generates auxiliary steering torque by directly using the driving force of the electric motor to assist the driver's steering force. In order to control the drive of the electric motor, the electric power steering device first sets a target current to be supplied to the electric motor based on the steering torque, the vehicle speed, and the like. Further, if necessary, the electric power steering apparatus corrects the target current by damping control and inertia control in order to improve the steering feeling.
Conventionally, when controlling the auxiliary steering torque generated by the electric motor and the electric current of the electric motor, the control is performed with the optimum gain (control gain) corresponding to the static model of the electric motor. Further, in a system that uses an average voltage to control, such as PWM, it is known that the PWM gain is corrected by the power supply voltage (supply voltage) of the motor. That is, it is known that when the power supply voltage is low, the duty is corrected to be relatively high, and when the power supply voltage is high, the duty is corrected to be relatively low.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art, when the rotational speed of the electric motor is high, there is a problem that the control response of the current or the auxiliary steering torque is lowered. In other words, when the driver performs an early steering operation, the driver is assisted only with an auxiliary steering torque that is insufficient than the appropriate torque, and the steering operation feels heavy. This inconvenience was also felt as a control response delay. Further, in the conventional technique, when current flowing through the motor is detected and current feedback is performed, stable control can be performed regardless of the rotation speed of the motor, but there is a problem that the response is not good.
[0004]
Accordingly, a main object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus capable of appropriately adding auxiliary steering torque to a steering system regardless of whether the rotation speed of the electric motor is fast or slow.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  In view of the above problems, the present inventors have conducted intensive research and paid attention to the fact that the auxiliary steering torque generated by the motor becomes smaller as a result of the higher rotational speed of the motor due to the back electromotive force. Thus, the present invention has been completed. That is, the present invention that solves the above problems(Claim 1)The electric power steering device according to the present invention drives an electric motor according to at least the steering torque and adds the generated auxiliary steering torque to the steering system.InSteering torque detection means for detecting the steering torque; control means for setting a control amount for driving the electric motor according to the steering torque; electric motor rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the electric motor; Control that compensates for the decrease in the auxiliary steering torque due to the counter electromotive force of the electric motor that increases according to the rotational speed as the rotational speed increases, and corrects the control gain so that the control amount set by the control means increases. With quantity correction meansThe
  According to this electric power steering device, the control gain is corrected so that the control amount to the motor increases as the motor rotation speed increases, and the operability of the steering system can be improved. For this reason, an appropriate auxiliary steering torque can be dynamically obtained according to the rotational speed of the electric motor. Note that “so that the control amount set by the control means increases as the rotation speed increases” is the same as “so that the control amount set by the control means decreases as the rotation speed decreases”. It is.
[0006]
  further,According to the present invention (Claim 1)The control in the control means of the electric power steering apparatus is PID control, and the proportional term of this PID controlonlyIs corrected according to the rotational speed of the electric motor to correct the control gain. By correcting the proportional term in this way, it is possible to respond to changes in the steering torque at a sufficient speed and with a small amount of noise components, preventing deterioration of control responsiveness due to back electromotive force, and assisting. An electric power steering apparatus can be obtained in which steering torque is appropriately added to improve the operability of the steering system.
[0007]
  Further, the control means of the electric power steering apparatus sets a target current based on the output from the steering torque sensor, and performs control according to a deviation between the target current and the motor current detected by the motor current detecting means. It is characterized by(Claim 2). Thereby, the auxiliary steering torque according to the deviation between the target current and the motor current is added, so that the auxiliary steering torque is appropriately added and the operability of the steering system can be improved.
  Further, the electric power steering apparatus calculates a time differential value of the steering torque based on an output from the steering torque sensor, and generates an inertia correction signal that is large when the time differential value is large. And the control means sets the control amount in consideration of the inertia correction signal (Claim 3).
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an electric power steering apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0009]
First, the overall configuration of the electric power steering apparatus 1 will be described with reference to FIG.
The electric power steering apparatus 1 is provided in a steering system S from the steering wheel 3 to the steering wheels W and W, and assists the steering force generated by the manual steering force generation means 2. For this purpose, the electric power steering apparatus 1 generates an electric motor voltage VM by the electric motor driving means 13 based on an electric motor control signal VO from the control apparatus 12, and drives the electric motor 8 by the electric motor voltage VM to assist auxiliary steering torque (auxiliary). Steering force) is generated, and the manual steering force by the manual steering force generating means 2 is reduced.
[0010]
In the manual steering force generating means 2, a pinion 7 a of a rack and pinion mechanism 7 provided in a steering gear box is connected to a steering shaft 4 provided integrally with the steering wheel 3 via a connecting shaft 5. The connecting shaft 5 includes universal joints 5a and 5b at both ends thereof. In the rack and pinion mechanism 7, rack teeth 7b that mesh with the pinion 7a are formed on the rack shaft 9, and the rotation of the pinion 7a is caused in the lateral direction (vehicle width direction) of the rack shaft 9 by meshing the pinion 7a and the rack teeth 7b. Reciprocating motion. Further, the rack shaft 9 is connected to left and right front wheels W and W as steering wheels via tie rods 10 and 10 at both ends thereof.
[0011]
In the electric power steering apparatus 1, the electric motor 8 is arranged coaxially with the rack shaft 9 in order to generate an auxiliary steering force (auxiliary steering torque). Then, the electric power steering apparatus 1 converts the rotation of the electric motor 8 into a thrust through a ball screw mechanism 11 provided coaxially with the rack shaft 9, and this thrust is applied to the rack shaft 9 (ball screw shaft 11a). .
[0012]
The control device 12 receives the detection signals V, T, IMO, and VMO of the vehicle speed sensor VS, the steering torque sensor TS, the motor current detection means 14, and the motor voltage detection means 15. Then, the control device 12 determines the magnitude and direction of the motor current IM that flows to the motor 8 based on these detection signals V, T, IMO, and VMO, and outputs the motor control signal VO to the motor driving means 13. Further, the control device 12 determines assist in the electric power steering device 1 based on the steering torque signal T and the electric motor current signal IMO, and controls the driving of the electric motor 8. The control device 12 includes a CPU that performs various calculations and processes, an input signal conversion unit, a signal generation unit, a storage unit, and the like. Incidentally, the control device 12 includes a CPU, and the CPU performs main control in the electric power steering device 1.
[0013]
The vehicle speed sensor VS detects the vehicle speed as the number of pulses per unit time, and transmits an analog electrical signal corresponding to the detected number of pulses as the vehicle speed signal V to the control device 12. The vehicle speed sensor VS may be a dedicated sensor for the electric power steering device 1 or may use a vehicle speed sensor of another system.
[0014]
The steering torque sensor TS is disposed in the steering gear box 6 and detects the magnitude and direction of the manual steering torque by the driver. Then, the steering torque sensor TS transmits an analog electric signal corresponding to the detected steering torque as the steering torque signal T to the control device 12. The steering torque signal T includes information on the steering torque indicating the magnitude and the torque direction indicating the direction of the torque. The torque direction is represented by a plus value / minus value of the steering torque. The negative value indicates that the steering torque direction is the left direction.
[0015]
The motor current detection means 14 includes a resistor or a Hall element connected in series to the motor 8 and detects the magnitude and direction of the motor current IM that actually flows through the motor 8. The motor current detection means 14 feeds back (negative feedback) the motor current signal IMO corresponding to the motor current IM to the control device 12. The motor current signal IMO includes the motor current value indicating the magnitude and information on the current direction indicating the direction of the motor current (direction of auxiliary assist), and the current direction is expressed as a plus / minus value of the motor current value. The positive value indicates that the auxiliary assist direction is rightward, and the negative value indicates that the auxiliary assist direction is leftward.
[0016]
The motor voltage detection means 15 detects the voltages at both ends of the motor 8, and detects the magnitude and direction of the motor voltage VM that is actually applied to the motor 8. Then, the motor voltage detection means 15 transmits a motor voltage signal VMO corresponding to the motor voltage VM to the control device 12.
[0017]
The motor drive means 13 applies the motor voltage VM to the motor 8 based on the motor control signal VO, and drives the motor 8. For example, as shown in FIG. 6, the motor driving means 13 includes a bridge circuit composed of switching elements of four power FETs (Field Effect Transistors) 13a, 13b, 13c, and 13d and a power supply voltage (12v) 13e. Composed. When the motor control signal VO is input to the gates G1, G2, G3, and G4 of the power FETs 13a, 13b, 13c, and 13d, the motor voltage VM is applied to the motor 8 based on the motor control signal VO. Then, a motor current IM flows through the motor 8, and the motor 8 generates an auxiliary steering torque proportional to the motor current IM. The operation of the motor driving means 13 will be described in detail later.
[0018]
Next, the configuration of the control device 12 will be described in detail with reference to FIG.
As described above, the control device 12 performs main control of the electric power steering device 1 by the CPU. When the detection signals from the steering torque sensor TS, the vehicle speed sensor VS, the electric motor current detection means 14, the electric motor voltage detection means 15, etc. are input as analog signals, the control device 12 uses an A / D conversion means (not shown). An analog signal is converted into a digital signal and is taken into each CPU.
In the present embodiment, the control device 12 corresponds to the control means described in the claims.
[0019]
The control device 12 will be described in further detail. The control device 12 mainly includes an electric motor rotation speed estimation unit 21, a target current signal setting unit 22, an inertia correction signal setting unit 23, a damping correction signal setting unit 24, an inertia correction unit 25, a damping correction unit 26, and a deviation calculation unit 27. And a drive control unit 28. The control means 12 performs feedback control of the electric motor 8 in order to generate auxiliary steering torque. Further, the control device 12 performs inertia control and damping control in order to improve the steering feeling.
[0020]
The motor rotation speed estimation unit 21 receives the motor current signal IMO from the motor current detection unit 14 and the motor voltage signal VMO from the motor voltage detection unit 15, and outputs the motor rotation speed signal RS to the damping correction signal setting unit 24. . The motor rotation speed estimation unit 21 calculates the motor rotation speed from the motor current signal IMO and the motor voltage signal VMO based on the following equation (1), and outputs it as the motor rotation speed signal RS. The motor resistance and the induced voltage coefficient are constants.
[0021]
NM = (VM−IM · RM) / K (1)
Here, NM is the motor rotation speed, VM is the motor voltage, IM is the motor current, RM is the motor resistance, and K is the induced voltage coefficient.
[0022]
The target current signal setting unit 22 receives the steering torque signal T from the steering torque sensor TS and the vehicle speed signal V from the vehicle speed sensor VS, and outputs the target current signal IMS to the inertia correction unit 25. The target current signal setting unit 22 generates the steering torque signal T and the vehicle speed signal V based on data corresponding to the steering torque signal T and the vehicle speed signal V set in advance based on experimental values or design values and the target current signal IMS. The corresponding target current signal IMS is read as an address. Note that the target current signal IMS is a signal including information on a current serving as a reference in setting a target motor current to be supplied to the motor 8. Incidentally, the target current signal IMS is associated with the vehicle speed signal V with a large value at a low speed with a large road reaction force, and a small value at a high speed to ensure stability during traveling. It is associated. Further, the target current signal IMS is associated with the steering torque signal T to 0 when the steering torque signal T is near 0, and increases as the steering torque signal T increases when the steering torque signal T becomes equal to or greater than the predetermined steering torque signal T. It is matched. The target current signal IMS is set to be equal to or less than the maximum target current because the maximum current that can be passed through the electric motor 8 is defined.
[0023]
The inertia correction signal setting unit 23 receives the steering torque signal T from the steering torque sensor TS and the vehicle speed signal V from the vehicle speed sensor VS, and outputs an inertia correction signal IS to the inertia correction unit 25. First, the inertia correction signal setting unit 23 performs time differentiation on the steering torque signal T to calculate a time differentiation value of the steering torque. Then, the inertia correction signal setting unit 23 calculates the time differential of the steering torque based on the time differential value of the steering torque set in advance based on the experimental value or the design value and the corresponding data of the vehicle speed signal V and the inertia correction signal IS. The corresponding inertia correction signal IS is read using the value and the vehicle speed signal V as an address. Incidentally, the inertia correction signal IS is associated with the vehicle speed signal V with a large value when the vehicle speed is low, and with a small value when the vehicle speed is high. In addition, the inertia correction signal IS is associated with a time differential value of the steering torque so that the larger the time differential value is, the more the response value for the steering operation by the driver is improved.
[0024]
The damping correction signal setting unit 24 receives the vehicle speed signal V from the vehicle speed sensor VS and the motor rotation speed signal RS from the motor rotation speed estimation unit 21, and outputs a damping correction signal DS to the damping correction unit 26. The damping correction signal setting unit 24 reads the damping correction signal DS based on data corresponding to the vehicle speed signal V, the motor rotation speed signal RS, and the damping correction signal DS set in advance based on experimental values or design values. Incidentally, the damping correction signal DS is associated with the vehicle speed signal V by a small value when the vehicle speed is low, and by a large value when the vehicle speed is high. Further, the damping correction signal DS is associated with the motor rotation speed signal RS so that the larger the motor rotation speed signal RS is, the larger the value is.
[0025]
The inertia correction unit 25 receives the target current signal IMS from the target current signal setting unit 22 and the inertia correction signal IS from the inertia correction signal setting unit 23, and outputs a correction target current signal IMS ′ to the damping correction unit 26. Incidentally, the inertia control by the inertia correction signal setting unit 23 and the inertia correction unit 25 improves the decrease in responsiveness due to the inertia of the rotating portion of the electric motor 8 and improves the steering feeling. That is, when the electric motor 8 changes the rotation direction from the normal rotation to the reverse rotation or from the reverse rotation to the normal rotation, the rotation direction does not change immediately due to the inertia of the electric motor 8 even if the direction in which the motor voltage VM is applied is changed. . Therefore, in inertia control, control is performed such that the change in the rotation direction of the electric motor 8 coincides with the timing at which the rotation direction of the steering wheel 3 changes. Therefore, the inertia control increases the target current signal IMS by the inertia correction signal IS in order to cancel the inertia of the electric motor 8. Therefore, the inertia correction unit 25 adds the inertia correction signal IS to the target current signal IMS to calculate a corrected target current signal IMS ′.
[0026]
The damping correction unit 26 receives the correction target current signal IMS ′ from the inertia correction unit 25 and the damping correction signal DS from the damping correction signal setting unit 24, and outputs a correction target current signal IMS ″ to the deviation calculation unit 27. Incidentally, the damping control by the damping correction signal setting unit 24 and the damping correction unit 26 attenuates the excessive assist effect due to the inertia of the rotating portion of the electric motor 8 when a large electric motor current IM is supplied to the electric motor 8, and the steering feeling. In other words, when the motor 8 is supplied with a large motor current IM and the rotation speed is increased, the rotation speed does not decrease immediately due to the inertia of the motor 8. Therefore, in the damping control, the rotation speed of the motor 8 is suppressed. For this reason, the damping control reduces the target current signal IMS. Ring corrected signal DS component attenuates. Therefore, damping correction unit 26 subtracts the damping correction signal DS from the correction target current signal IMS ', calculates a corrected target current signal IMS ".
[0027]
Incidentally, in the electric power steering apparatus 1, the direction of the steering torque signal T and the direction of the electric motor current signal IMS may be different by performing inertia control or damping control. For example, when the driver turns the steering wheel 3 back from the right rotation direction to the left rotation direction (that is, when the steering torque in the right direction decreases and then the left direction steering torque increases), the steering in the right direction is still performed. It is assumed that the torque signal T is detected. At that time, the control device 12 adds a large leftward inertia correction signal IS to the target current signal IMS corresponding to the steering torque signal T in the right direction by inertia control based on the differential value of the steering torque, and further performs damping control. The damping correction signal DS in the right direction is subtracted. As a result, the control device 12 may set the correction target current signal IMS ”in the left direction in order to improve the steering feeling in spite of the steering torque signal T in the right direction. 8 is supplied with the left-hand motor current IM, and the motor current detection means 14 detects the left-hand motor current signal IMO, that is, the magnitude of the right-hand steering torque signal T despite the normal control. When the motor is decreasing, the motor current signal IMO in the left direction may be detected.
[0028]
The deviation calculation unit 27 receives the correction target current signal IMS ″ from the damping correction unit 26 and the motor current signal IMO from the motor current detection unit 14 and outputs a deviation signal ΔIM to the drive control unit 28. Subtracts the motor current signal IMO from the corrected target current signal IMS ″ to calculate a deviation signal ΔIM (= IMS ″ −IMO).
[0029]
The drive control unit 28 is input with the deviation signal ΔIM from the deviation calculation unit 27, the correction target current signal IMS ″ from the damping correction unit 26, and the motor rotation speed signal RS from the motor rotation speed estimation unit 21. The motor control signal VO is output to 13. To that end, the drive control unit 28 includes a PID controller, a PWM signal generation unit, a logic circuit, etc. Fig. 3 shows a detailed view of the drive control unit 28 and its surroundings.
[0030]
The drive control unit 28 generates a differential control signal DS obtained by differentiating the corrected target current signal IMS ″ from the damping correction unit 26 by the differential term circuit 30 and a proportional control signal PS obtained by proportionally processing the deviation signal ΔIM by the proportional term circuit 31. The PID adder 34 adds the proportional control correction signal PS ′ corrected by the correction term circuit 33 according to the estimated motor rotation speed RS and the integration control signal IS integrated by the integration term circuit 32 to the deviation signal ΔIM. Then, a PID (Proportional Integral Differential) control signal indicating the direction and current value of the motor current IM supplied to the motor 8 in order to make the deviation close to 0 is generated, and this motor control signal generation circuit 35 then performs this PID control. Based on the signal, a PWM signal, an on signal, and an off signal corresponding to the direction and current value of the motor current IM supplied to the motor 8 are generated.
In the present embodiment, the proportional control signal PS, the integral control signal IS, and the differential control signal DS are respectively set to the proportional value, integral value, and differential value described in the claims, and the correction term circuit 33 is included in the claims. This corresponds to the control amount correction means described.
[0031]
Here, correction of the proportional control signal PS in the correction term circuit 33 will be described. 4A is a diagram showing an equivalent circuit of an electric motor, and FIG. 4B is a graph schematically showing a relationship between the motor rotation speed NM and the electric motor generated torque.
The electric motor (DC motor) 8 is expressed by the equivalent circuit of FIG. The motor current IM is expressed by the equation (A) in FIG. 4A, the back electromotive force E is expressed by the equation (B) in FIG. 4, and the motor generated torque TM is expressed by the equation (C) in FIG. Is done. That is, according to the equations (A) to (C), as shown in FIG. 4B, when the motor rotation speed NM increases, the motor generated torque TM (corresponding to the auxiliary steering torque) generated by the motor 8 decreases. Is understood. From this phenomenon, for example, when the motor rotation speed NM is fast as in the case of turning over, for example, the driver feels that the steering operation feels heavier than when it is slow. This inconvenience was also felt as a response delay in control.
[0032]
In order to correct this, the correction term circuit 33 multiplies the proportional control signal PS by a predetermined correction value (correction gain) Ks in accordance with the motor rotation speed signal RS (motor rotation speed NM), and further increases the average voltage applied to the motor 8. Increase (corresponds to “correcting proportional term of PID control according to rotation speed of electric motor”). That is, when the motor rotation speed is high, the duty ratio of PWM is further increased to increase the voltage applied to the motor 8 so that the steering operation does not become heavy. This point is fundamentally different from the conventional correction of the gain (correction value) due to the fluctuation of the power supply voltage.
[0033]
Incidentally, although the correction value Ks is obtained empirically and experimentally, FIG. 5 shows an example of the relationship between the motor rotation speed RS and the correction value Ks. In FIG. 5, RS0 is the motor rotation speed NM when no current flows through the motor 8 and the auxiliary steering torque is zero. The correction value Ks increases as the motor rotation speed signal RS becomes faster (larger).
Here, the reason why the correction value Ks is applied only to the proportional control signal PS is to speed up control responsiveness and remove noise. That is, there is a problem that when the correction value is applied to the differential control signal DS, noise is easily applied, and when the correction value is applied to the integral control signal IS, the reaction is delayed. Of course, the correction value Ks may be applied to the differential control signal DS, or the correction value Ks may be applied to the integral control signal IS.
[0034]
Next, the output of the motor control signal generation circuit 35 will be described. The PWM signal is input to the gate G1 of the power FET 13a or the gate G2 of the power FET 13b of the motor driving means 13, and is a signal for PWM driving the power FET 13a or the power FET 13b according to the magnitude of the deviation signal ΔIM (see FIG. 5). . Note that whether the PWM signal is input to the gate G1 or the gate G2 depends on the polarity of the target current IMS ″. Further, an OFF signal is input to the gate to which no PWM signal is input, of the gate G1 or the gate G2, and the power FET 13a or the power FET 13b is turned OFF. When a PWM signal is input to the gate G1, an ON signal is input to the gate G4 of the power FET 13d, and the power FET 13d is turned on (see FIG. 5). When an off signal is input to the gate G1, an off signal is input to the gate G4, and the power FET 13d is turned off. On the other hand, when a PWM signal is input to the gate G2, an ON signal is input to the gate G3 of the power FET 13c, and the power FET 13c is turned on (see FIG. 5). When the off signal is input to the gate G2, the off signal is input to the gate G3, and the power FET 13c is turned off. The motor control signal VO includes a PWM signal, an on signal, and an off signal that are output to the gates G1 to G4 of the motor driving unit 13.
[0035]
Next, the circuit configuration of the motor driving means 13 will be described with reference to FIG. The motor drive means 13 is configured by a bridge circuit with four power FETs 13a, 13b, 13c, and 13d, and a voltage of 12V is supplied from the power supply voltage 13e. Further, in the motor driving means 13, the motor 8 is connected in series between the power FET 13a and the power FET 13d and in series between the power FET 13b and the power FET 13c. The power FETs 13a and 13b are turned on when a PWM signal or an OFF signal is input to each of the gates G1 and G2 and the PWM signal is input and the logic level is 1. The power FETs 13c and 13d are turned on when an ON signal or an OFF signal is input to each of the gates G3 and G4 and an ON signal is input. In the motor driving means 13, the power FET 13a and the power FET 13d PWM drive the motor 8 in the forward rotation direction (the auxiliary steering torque to be generated is the right direction), and the power FET 13b and the power FET 13c generate the motor 8 in the reverse rotation direction (generated). The auxiliary steering torque is PWM driven to the left). The motor voltage VM applied to the motor 8 is determined by the duty ratio of the PWM signal. The motor current IM flowing through the motor 8 corresponds to the motor voltage VM. For example, when the duty ratio of the PWM signal is 7 (logic level 1): 3 (logic level 0), 12V × (7/10) = 8.4V is the motor voltage VM, and the motor 8 averages 8.4V. Is applied.
[0036]
Here, with reference to FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 6, the control in the electric power steering device 1 by the control device 12 will be described. Here, control when the driver turns the steering wheel 3 from the right rotation direction to the left rotation direction will be described.
[0037]
The steering force in the clockwise direction to the steering wheel 3 by the driver is weakened, and the steering torque signal T in the right direction rapidly decreases. At this time, in the control device 12, the target current signal setting unit 22 sets the target current signal IMS based on the steering torque signal T and the vehicle speed signal V, and the inertia correction signal setting unit 23 sets the steering torque signal T and the vehicle speed signal V to The inertia correction signal IS is set on the basis of this, and the damping correction signal DS is set on the basis of the motor rotation speed signal RS and the vehicle speed signal V by the damping correction signal setting unit 24. Further, the control device 12 calculates a corrected target current signal IMS "from the target current signal IMS, the inertia correction signal IS, and the damping correction signal DS. When the steering torque signal T in the right direction starts to decrease, The direction correction target current signal IMS "begins to decrease. In the control device 12, the deviation calculation unit 27 calculates the deviation signal ΔIM from the corrected target current signal IMS ″ and the motor current signal IMO.
[0038]
Further, in the control device 12, the drive control unit 28 generates a motor control signal VO for reducing the motor current IM in the forward rotation direction, and outputs the motor control signal VO to the motor drive unit 13. Then, the motor driving means 13 PWM-drives the electric motor 8 in the normal rotation direction (the generated auxiliary steering torque is in the right direction) in response to the electric motor control signal VO, but in the positive rotation direction (the generated auxiliary steering torque is in the right direction). The motor current IM decreases gradually. Therefore, in the electric power steering apparatus 1, the driving force in the forward rotation direction of the electric motor 8 is weakened, and the right auxiliary steering torque applied to the steering system S is reduced.
Soon, due to the influence of the inertia correction signal IS and the like, the correction target current signal IMS "in the left direction is calculated regardless of whether the steering torque signal T is in the right direction. A motor control signal VO for increasing the motor current IM in the rotational direction is generated, and the motor control signal VO is output to the motor driving means 13. The motor driving means 13 causes the motor 8 to correspond to the motor control signal VO. PWM driving is performed in the reverse rotation direction (the generated auxiliary steering torque is leftward), and the motor current IM in the reverse rotation direction (the generated auxiliary steering torque is leftward) starts to increase.
[0039]
Thereafter, the steering force from the right direction to the steering wheel 3 by the driver shifts to the left direction steering force, and the left direction steering torque signal T increases. In the control unit 12, the drive control unit 28 generates a motor control signal VO for increasing the motor current IM in the reverse rotation direction, and outputs the motor control signal VO to the motor driving unit 13. Then, the motor drive means 13 PWM-drives the motor 8 in the reverse rotation direction (the generated auxiliary steering torque is in the left direction) in response to the electric motor control signal VO, and in the reverse rotation direction (the generated auxiliary steering torque is in the left direction). The motor current IM increases. Then, in the electric power steering apparatus 1, the driving force in the reverse rotation direction of the electric motor 8 is increased, and the left auxiliary steering torque applied to the steering system S is increased.
[0040]
In this series of operations, the motor rotation speed estimation unit 21 generates a motor rotation speed signal RS corresponding to the motor rotation speed NM. The motor rotation speed signal RS is output to the correction term circuit 33 of the drive control unit 28, and an appropriate correction value Ks is set as shown in FIG. Then, the control amount (proportional control signal PS, and consequently the motor control signal VO) is corrected by the correction value Ks. Therefore, the steering of the driver is assisted with an appropriate auxiliary steering torque from the low speed to the high speed of the motor rotation speed NM. Further, the response of the auxiliary steering torque generation is not delayed.
[0041]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various forms.
For example, in the above description, the electric power steering apparatus performs inertia control and damping control as an example, but these controls may not be performed. Further, the present invention may be applied to open control. Further, the motor rotation speed can be replaced with the rotation speed of the steering wheel, for example, as the steering rotation speed. Further, the motor rotation speed can be replaced with the movement speed of the rack shaft. The electric motor 8 may be a three-phase motor. Further, the control device 12 can be configured in hardware and software. In the above description, the motor control signal generation circuit 35 generates the PWM signal, the ON signal, and the OFF signal, and the PWM signal is directly input to the gate G1 of the power FET 13a or the gate G2 of the power FET 13b. However, the PWM signal may be applied to the gate G1 or the gate G2 after being converted into a voltage signal via the duty voltage conversion circuit.
[0042]
【The invention's effect】
According to a first aspect of the present invention, there is provided an electric power steering apparatus that solves a phenomenon in which an auxiliary steering torque applied from an electric motor to a steering system is insufficient or a control responsiveness is reduced when the electric motor rotational speed is high. The operability of the system can be improved. Also, if the control gain is increased in accordance with the high speed of the motor rotation speed, the control gain at the low speed of the motor rotation speed becomes too high, and the control may become unstable at the low speed of the motor rotation speed. In the present invention, this is not the case, and the auxiliary steering torque can be controlled with high stability.
[0043]
  further,Of the present inventionClaim 1In the electric power steering device according toTerms onlyTherefore, the control responsiveness to the steering torque sensor output is improved, the auxiliary steering torque is appropriately added, and the operability of the steering system can be improved.
[0044]
  Of the present inventionClaim 2In the electric power steering apparatus according to the above, the auxiliary steering torque according to the deviation between the target current and the motor current is appropriately added, and the operability of the steering system can be improved.
  Of the present inventionClaim 3In the electric power steering apparatus according to the above, the operability of the steering system can be improved with respect to the problem due to inertia.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electric power steering apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a block configuration diagram of a control device of the electric power steering device of FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram illustrating details of a drive control unit of the control device of FIG. 2;
FIG. 4A is a diagram showing an equivalent circuit of an electric motor, and FIG. 4B is a graph schematically showing a relationship between the motor rotation speed and the motor generated torque.
5 is a diagram showing correction values used in the correction term circuit shown in FIG. 3. FIG.
6 is a circuit diagram of electric motor driving means of the electric power steering apparatus of FIG. 1. FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... Electric power steering device
2 ... Manual steering force generating means
3 ... Steering wheel
8 ... Electric motor
12 ... Control device (control means)
13 ... Motor drive means
14: Electric current detection means
15 ... Motor voltage detection means
21... Rotational speed estimation unit (constituting motor rotational speed detection means)
22 ... Target current signal setting section
27 ... Deviation calculation unit
28: Drive control unit
30 ... Differential term circuit
31 ... Proportional term circuit
32 ... Integral term circuit
33 ... Correction term circuit (control amount correction means)
34 ... PID addition part
35 ... Electric motor control signal generation circuit
S ... Steering system
TS: Steering torque sensor (steering torque detection means)

Claims

In an electric power steering apparatus that drives an electric motor according to at least steering torque and adds generated auxiliary steering torque to a steering system .
Steering torque detection means for detecting the steering torque;
Control means for setting a control amount for driving the electric motor in accordance with the steering torque;
Electric motor rotation speed detecting means for detecting the rotation speed of the electric motor;
When the rotational speed of the electric motor is increased, the control gain is increased so as to compensate for the decrease in the auxiliary steering torque due to the counter electromotive force of the electric motor that increases according to the rotational speed, and to increase the control amount set by the control means. Control amount correcting means for correcting;
Bei to give a,
The control in the control means is PID control, and the control gain is corrected by correcting only the proportional term of the PID control according to the rotation speed of the electric motor.
An electric power steering apparatus according to claim.

The control means sets a target current based on an output from the steering torque sensor, and performs control according to a deviation between the target current and the motor current detected by the motor current detection means;
The electric power steering apparatus according to claim 1 .

A time differential value of the steering torque is calculated based on an output from the steering torque sensor, and an inertia correction signal setting unit that generates a large inertia correction signal when the time differential value is large;
The control means sets the control amount in consideration of the inertia correction signal;
The electric power steering apparatus according to claim 1 or 2 , wherein