JP5959981B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、電動パワーステアリング装置等に関し、電動パワーステアリング装置の減速機の軸において発生し得る振動、異音等の異常を抑制可能な技術に関するものである。 The present invention relates to an electric power steering apparatus and the like, and relates to a technique capable of suppressing abnormalities such as vibrations and abnormal noises that can occur in the shaft of a reduction gear of the electric power steering apparatus.
自動車等の車両は、電動パワーステアリング装置を備えることができ、電動パワーステアリング装置は、操向ハンドル(ステアリングハンドル)への運転者による操作によって生じる操舵系(ステアリング系)での操舵トルクを補助する補助トルク(アシストトルク)を電動機(電動モータ)で発生させる。アシストトルクの発生により、電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵をアシストして、運転者の負担を軽減することができる。 A vehicle such as an automobile can be provided with an electric power steering device, and the electric power steering device assists a steering torque in a steering system (steering system) generated by an operation by a driver on a steering handle (steering handle). Auxiliary torque (assist torque) is generated by an electric motor (electric motor). Due to the generation of the assist torque, the electric power steering device can assist the driver's steering and reduce the burden on the driver.
例えば特許文献1の図1は、電動パワーステアリング装置100を開示し、特許文献1の図2によれば、電動機11を所定のデューティ比で駆動するDUTY(DUTYU,DUTYV,DUTYW)信号を制御装置200で設定し、制御装置200は、少なくともトルク信号Tに応じて、電動機11の出力トルクTMの目標信号IMの基準となるベース信号DTをベース信号演算部220で設定する。また、特許文献1の図2の制御装置200は、少なくとも角速度信号ωに応じて、ステアリング系の粘性を補償してベース信号DTを補正するダンパ補償信号(ダンパ補正信号)をダンパ補償信号演算部225で設定することができる。ここで、ダンパ補償信号は、ベース信号DTから減算されて、ベース信号DTは、減少する。
For example, FIG. 1 of
さらに、特許文献1の図2の制御装置200は、少なくともトルク信号Tに応じて、ステアリング系の慣性による影響を補償してベース信号DTを補正するイナーシャ補償信号(イナーシャ補正信号)をイナーシャ補償信号演算部210で設定することができる。ここで、イナーシャ補償信号は、ベース信号DTに加算されて、ベース信号DTは、増加する。
Further, the
例えば特許文献2の図1も、電動パワーステアリング装置を開示し、特許文献2の図2によれば、電動機9を所定のデューティ比で駆動する駆動回路19の電流制御信号(出力電流信号)を操舵制御ユニット17で設定し、操舵制御ユニット17は、少なくともトルクセンサ12の出力に応じて、電動機9の目標電流の基準となる補助操舵トルク(アシストトルク)を補助操舵トルク決定手段17aで設定する。また、特許文献2の図2の操舵制御ユニット17の補助操舵トルク決定手段17aは、例えば前述の特許文献1又は後述の特許文献3のように、少なくとも操舵角速度センサ11の出力に応じて、ステアリング系の粘性を補償して補助操舵トルクを補正するダンパ補正信号を設定することができる。
For example, FIG. 1 of
さらに、特許文献2の図2の操舵制御ユニット17の補助反力トルク決定手段17bは、少なくともヨーレイトセンサ15の出力に応じて、横風等の外乱を打ち消す補助反力トルクT2を設定することができる。特許文献2の図6によれば、補助反力トルク決定手段17bは、少なくとも操舵角速度センサ11の出力(操舵角速度ω)に応じて、補助反力トルクT2を補正する補助反力トルクT1を設定することができる。
Furthermore, the auxiliary reaction force torque determining means 17b of the
例えば特許文献3の図1も、電動パワーステアリング装置を開示し、特許文献3の図4〜図7によれば、電動機10を電動機駆動信号Moで駆動する電動機駆動手段16の電動機制御信号Doを制御手段15,22,27,30で設定し、制御手段15,22,27,30は、少なくともトルク信号Tに応じて、電動機10のトルク制御量DT(ベース信号)をトルク制御量変換部17で設定する。また、特許文献3の図4〜図7の制御手段15,22,27,30は、少なくとも操舵回転速度信号Nの絶対値に応じて、ステアリング系の粘性を補償してトルク制御量DTを補正する回転数制御信号DN(ダンパ補正信号)を回転速度制御量変換部18で設定することができる。ここで、回転数制御信号DNは、ステアリング系の往き状態においてトルク制御量DTから減算されて、トルク制御量DTは、減少する。
For example, FIG. 1 of
本発明者らが電動パワーステアリング装置の試作を重ねていると、電動パワーステアリング装置において振動、異音等の異常が発生した。この異常の原因を検討した結果、その試作の減速機の軸において振動、異音等の異常が発生するという課題を認識した。 When the inventors made repeated trial manufactures of the electric power steering apparatus, abnormalities such as vibration and abnormal noise occurred in the electric power steering apparatus. As a result of investigating the cause of this abnormality, we recognized the problem that abnormalities such as vibration and abnormal noise occur in the shaft of the prototype reduction gear.
図1(A)は、試作の減速機を備える電動パワーステアリング装置における評価関数の周波数特性(伝達関数のゲイン特性)を示す。ここで、本発明者らは、評価関数Evとして、操舵トルクTH(s)から試作の減速機の軸の角速度ωWG(s)までの伝達関数G(s)を以下の式1のように設定した。
FIG. 1A shows a frequency characteristic of an evaluation function (a gain characteristic of a transfer function) in an electric power steering apparatus including a prototype reduction gear. Here, the inventors set the transfer function G (s) from the steering torque TH (s) to the angular speed ωWG (s) of the prototype speed reducer as the evaluation function Ev as shown in the
Ev=G(s)=ωWG(s)/TH(s) ・・・式1
Ev = G (s) = ωWG (s) / TH (s)
THは、操向ハンドルでの操舵トルクを意味し、時間tの関数であるTH(t)で表すこともできる。式1におけるラプラス変数sの関数であるTH(s)は、TH又はTH(t)をラプラス変換することによって得ることができる。ωWGは、減速機の軸の回転角θWGの微分(=d(θWG)/dt)である減速機の軸の角速度を意味し、時間tの関数であるωWG(t)で表すこともできる。式1におけるラプラス変数sの関数であるωWG(s)は、ωWG又はωWG(t)をラプラス変換することによって得ることができる。
TH means the steering torque at the steering handle and can also be expressed as TH (t), which is a function of time t. TH (s), which is a function of the Laplace variable s in
ラプラス変数sを虚数iと角速度ωとの積で表す時、図1(A)の縦軸のゲイン[dB]は、20Log10|G(s)|=20Log10|G(i・ω)|であり、図1(A)の横軸の周波数f[Hz]は、ω/2πである。 When the Laplace variable s is represented by the product of the imaginary number i and the angular velocity ω, the gain [dB] on the vertical axis in FIG. 1A is 20 Log 10 | G (s) | = 20 Log 10 | G (i · ω) | The frequency f [Hz] on the horizontal axis in FIG. 1 (A) is ω / 2π.
図1(A)の例において、比較例1は、一点鎖線で示されている。周波数fが40[Hz]付近の比較例1での極大値は、比較例1において、振動、異音等の異常が発生することを意味している。また、図1(A)の例において、比較例2は、二点鎖線で示されている。周波数fが40[Hz]付近の比較例2での極大値は、比較例2において、補助トルク(ベース信号)を補正するダンパ補正信号(又は後述の電動機の軸での粘性係数CM)の大きさ(寄与)を増大させる電動パワーステアリング装置において、振動、異音等の異常の発生が抑制されることを意味している。 In the example of FIG. 1A, Comparative Example 1 is indicated by a one-dot chain line. The maximum value in Comparative Example 1 in which the frequency f is around 40 [Hz] means that abnormalities such as vibration and abnormal noise occur in Comparative Example 1. In the example of FIG. 1A, Comparative Example 2 is indicated by a two-dot chain line. The maximum value in Comparative Example 2 where the frequency f is around 40 [Hz] is the magnitude of a damper correction signal (or viscosity coefficient CM at the shaft of the motor described later) for correcting the auxiliary torque (base signal) in Comparative Example 2. This means that in the electric power steering apparatus that increases the depth (contribution), the occurrence of abnormalities such as vibration and abnormal noise is suppressed.
しかしながら、図1(A)の例において、周波数fが1[Hz]付近の比較例2での極大値は、周波数fが1[Hz]付近の比較例1での極大値よりも大幅に減少している。言い換えれば、周波数fが1[Hz]付近の比較例1での極大値は、比較例1において滑らかな操舵が実行されることを意味している一方、周波数fが1[Hz]付近の比較例2での極大値は、比較例2において滑らかな操舵が実行されないことを意味している。これは、通常1[Hz]程度の操舵をした場合に、操舵フィーリングが悪化していることを示している。図1(B)は、1[Hz]の操舵である操舵トルクTHの時間変化の1例を示す。 However, in the example of FIG. 1A, the maximum value in the comparative example 2 in which the frequency f is around 1 [Hz] is significantly smaller than the maximum value in the comparative example 1 in which the frequency f is around 1 [Hz]. doing. In other words, the maximum value in the comparative example 1 in which the frequency f is around 1 [Hz] means that smooth steering is performed in the comparative example 1, while the comparison in which the frequency f is around 1 [Hz]. The maximum value in Example 2 means that smooth steering is not executed in Comparative Example 2. This indicates that the steering feeling is deteriorated when steering is normally performed at about 1 [Hz]. FIG. 1B shows an example of a temporal change in the steering torque TH, which is steering at 1 [Hz].
図2(A)は、図1(A)の評価関数を導出する時に必要な電動パワーステアリング装置のモデルを示し、図2(B)は、図2(A)のモデルを簡略した時の減速機の軸の共振周波数を示す。 FIG. 2A shows a model of the electric power steering apparatus necessary for deriving the evaluation function of FIG. 1A, and FIG. 2B shows deceleration when the model of FIG. 2A is simplified. Indicates the resonance frequency of the machine shaft.
図2(A)の例において、TH、θH及びJHは、それぞれ、操向ハンドルでの操舵トルク(入力トルク)、操舵角及び慣性モーメントを意味する。CCは、入力軸での粘性係数を意味する。K1は、入力軸でのねじり剛性を意味する。KC及びKTSは、それぞれ、ステアリングコラムでのねじり剛性及びトルクセンサでのねじり剛性を意味する。Tdet、Tp及びθpは、それぞれ、入力軸での操舵トルク(検出トルク)、複合トルク、及び回転角を意味する。nMは、減速機の減速比を意味する。KWG、θWG及びωWGは、減速機の軸でのねじり剛性、回転角及び角速度を意味する。TM、JM及びCMは、それぞれ、電動機の軸での補助トルク、慣性モーメント及び粘性係数を意味する。nG及びKWは、減速機構での減速比及びねじり剛性を意味する。CW、TW、θW及びJWは、それぞれ、出力軸での粘性係数、複合トルク、回転角(転舵輪の切れ角)及び慣性モーメントを意味する。 In the example of FIG. 2A, TH, θH, and JH mean steering torque (input torque), steering angle, and moment of inertia at the steering handle, respectively. CC means the viscosity coefficient at the input shaft. K1 means torsional rigidity at the input shaft. KC and KTS mean the torsional rigidity at the steering column and the torsional rigidity at the torque sensor, respectively. Tdet, Tp, and θp mean steering torque (detected torque), composite torque, and rotation angle at the input shaft, respectively. nM means the reduction ratio of the reduction gear. KWG, θWG, and ωWG mean torsional rigidity, rotation angle, and angular velocity at the shaft of the speed reducer. TM, JM, and CM mean auxiliary torque, moment of inertia, and viscosity coefficient at the shaft of the motor, respectively. nG and KW mean the reduction ratio and torsional rigidity in the reduction mechanism. CW, TW, θW and JW mean the viscosity coefficient, composite torque, rotation angle (turning angle of steered wheels) and moment of inertia at the output shaft, respectively.
電動パワーステアリング装置が動作して電動機での補助トルクが発生している時に図2(A)で示されるモデルを減速機の軸の共振周波数fWGRに着目して解析した結果、本発明者らは、図2(A)で示されるモデルを図2(B)で示されるモデルに簡略化できることを認識した。減速機の軸の共振周波数fWGRは、以下の式2のように求めることができる。
As a result of analyzing the model shown in FIG. 2A while paying attention to the resonance frequency fWGR of the shaft of the speed reducer when the electric power steering device is operated and auxiliary torque is generated in the motor, the present inventors It was recognized that the model shown in FIG. 2 (A) can be simplified to the model shown in FIG. 2 (B). The resonance frequency fWGR of the shaft of the speed reducer can be obtained as shown in
fWGR=(1/2π)・[(nM2・KWG)・{(JH)+(nM2・JM)}/{(JH)・(nM2・JM)}]0.5 ・・・式2
fWGR = (1 / 2π) · [(nM 2 · KWG) · {(JH) + (nM 2 · JM)} / {(JH) · (nM 2 · JM)}] 0.5
試作の電動パワーステアリング装置における各種のパラメータを式2に代入すると、減速機の軸の共振周波数fWGRは、ほぼ40[Hz]である。この値は、図1(A)で示される2番目の極大値に対応する周波数fとほぼ一致し、図1(A)で示される2番目の極大値が減速機の軸の共振周波数fWGRに起因していることを理解することができる。
When various parameters in the prototype electric power steering apparatus are substituted into
図2(A)の例において、電動パワーステアリング装置における回転運動等の運動方程式は、以下の式3〜式7のように求めることができる。
In the example of FIG. 2A, the equation of motion such as the rotational motion in the electric power steering apparatus can be obtained as the following
TH=JH・{d2(θH)/dt2}+CC・{d(θH)/dt}+K1・(θH−θP) ・・・式3
TH = JH · {d 2 (θH) / dt 2 } + CC · {d (θH) / dt} + K1 · (θH−θP)
TW=(JW/nG2)・{d2(θP)/dt2}+(CW/nG2)・{d(θH)/dt}+K1・(θP−θH)+nM2・KWG{θP−(θWG/nM)} ・・・式4 TW = (JW / nG 2 ) · {d 2 (θP) / dt 2 } + (CW / nG 2 ) · {d (θH) / dt} + K1 · (θP−θH) + nM 2 · KWG {θP− ( θWG / nM)} Equation 4
TM=JM・{d2(θWG)/dt2}+CM・{d(θWG)/dt}+KWG・{θWG−(nM・θP)} ・・・式5
TM = JM · {d 2 (θWG) / dt 2 } + CM · {d (θWG) / dt} + KWG · {θWG− (nM · θP)}
Tdet=K1・(θH−θP) ・・・式6 Tdet = K1 · (θH−θP) Equation 6
TW=−KW・θW=−KW・(θP/nG2) ・・・式7 TW = −KW · θW = −KW · (θP / nG 2 ) (7)
式3〜式7をラプラス変換することによって上述の式1の伝達関数G(s)を得ることができる。
The transfer function G (s) of the above-described
なお、図2(A)の例において、電動機の軸での補助トルクTMは、電動パワーステアリング装置のアシスト制御によって、入力軸での検出トルクTdetから求めることができる。検出トルクTdetは増幅部で増幅後の検出トルクTBに増幅されて、検出トルクTBは電動機制御部で補助トルクTMに変換される。この時、電動機制御部は、例えば減速機の軸での回転角θWG及び角速度ωWG等を考慮することができる。 In the example of FIG. 2A, the auxiliary torque TM at the motor shaft can be obtained from the detected torque Tdet at the input shaft by the assist control of the electric power steering device. The detected torque Tdet is amplified to the amplified detected torque TB by the amplifier, and the detected torque TB is converted to the auxiliary torque TM by the electric motor controller. At this time, the motor control unit can take into account, for example, the rotation angle θWG and the angular velocity ωWG on the shaft of the speed reducer.
本発明の1つの目的は、良好な操舵フィーリングを維持しながら、操舵系と電動機との間に設けられる減速機の軸において発生し得る振動、異音等の異常を抑制可能な電動パワーステアリング装置を提供することである。本発明の他の目的は、以下に例示する態様及び好ましい実施形態、並びに添付の図面を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。 One object of the present invention is an electric power steering capable of suppressing abnormalities such as vibration and abnormal noise that can occur in the shaft of a reduction gear provided between a steering system and an electric motor while maintaining a good steering feeling. Is to provide a device. Other objects of the present invention will become apparent to those skilled in the art by referring to the aspects and preferred embodiments exemplified below and the accompanying drawings.
以下に、本発明の概要を容易に理解するために、本発明に従う態様を例示する。 In the following, in order to easily understand the outline of the present invention, embodiments according to the present invention will be exemplified.
本発明に従う第1の態様は、 操舵系に減速機を介して補助トルクを付与する電動機と、
少なくとも前記操舵系の操舵トルクに応じて、前記補助トルクの目標信号の基準となるベース信号を演算するベース信号演算部と、
少なくとも前記操舵系又は前記減速機の軸の回転速度に応じて、前記補助トルクを補正する補正信号を演算する補正信号演算部と、
を備え、
前記補正信号演算部は、前記回転速度のうちの低周波成分を抑制する周波数整形部を有し、前記補助トルクを前記回転速度のうちの高周波成分で補正し、
前記周波数整形部は、前記低周波成分を抽出するローパスフィルタを有し、前記回転速度から前記低周波成分を減算して、前記高周波成分を生成することを特徴とする電動パワーステアリング装置に関係する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an electric motor that applies an auxiliary torque to the steering system via a reduction gear;
A base signal calculation unit that calculates a base signal serving as a reference for the target signal of the auxiliary torque according to at least the steering torque of the steering system;
A correction signal calculation unit that calculates a correction signal for correcting the auxiliary torque according to at least the rotation speed of the steering system or the shaft of the speed reducer;
With
The correction signal calculation unit includes a frequency shaping unit that suppresses a low frequency component of the rotation speed, corrects the auxiliary torque with a high frequency component of the rotation speed ,
The frequency shaping unit has a low-pass filter that extracts the low-frequency component, and generates the high-frequency component by subtracting the low-frequency component from the rotation speed. .
ベース信号に基づき補助トルクで良好な操舵フィーリングを運転者に与えている場合であっても、補助トルクは、減速機の軸において発生し得る振動、異音等の異常の原因となる減速機の軸の共振周波数成分を含むことがある。一般に、例えば10[Hz]以下の周波数領域で操舵フィーリングが決定されるので、回転速度のうちの所定値(例えば操舵の周波数10[Hz]に相当する回転速度の周波数10[Hz])よりも高い高周波成分で補助トルクを補正させることにより、操舵フィーリングを維持しながら、ベース信号又は補助トルクに含まれる減速機の軸の共振周波数成分を抑制することができる。なお、運転者が操向ハンドルを操舵する時の周波数の上限は、10[Hz]程度であり、言い換えれば、通常、10[Hz]よりも高い操舵の周波数で運転者は操向ハンドルを操舵することができない。従って、運転者の操舵の周波数の上限である例えば10[Hz]に相当する回転速度の周波数10[Hz]よりも高い回転速度の高周波成分で補助トルクを補正させることが好ましい。
そして、周波数整形部は、低周波成分を抽出するローパスフィルタを有し、回転速度から低周波成分を減算して、高周波成分を生成する。すなわち、回転速度から、回転速度の高周波成分を抽出する時に、ローパスフィルタを利用することができる。言い換えれば、例えばハイパスフィルタだけで高周波成分を抽出する時に、高周波成分にノイズが増幅し得るので、ローパスフィルタを利用することで、高周波成分を安定させることができる。
Even when giving the driver a good steering feeling based on the base signal, the auxiliary torque is a reduction gear that causes abnormalities such as vibration and abnormal noise that can occur in the shaft of the reduction gear. The resonance frequency component of the axis may be included. In general, since the steering feeling is determined in a frequency region of, for example, 10 [Hz] or less, from a predetermined value of the rotational speed (for example, the rotational speed frequency 10 [Hz] corresponding to the steering frequency 10 [Hz]). In addition, by correcting the auxiliary torque with a high-frequency component, the resonance frequency component of the speed reducer shaft included in the base signal or the auxiliary torque can be suppressed while maintaining the steering feeling. The upper limit of the frequency when the driver steers the steering handle is about 10 [Hz]. In other words, the driver steers the steering handle at a steering frequency higher than 10 [Hz]. Can not do it. Accordingly, it is preferable to correct the auxiliary torque with a high-frequency component having a rotational speed higher than the rotational speed frequency 10 [Hz] corresponding to, for example, 10 [Hz], which is the upper limit of the driver's steering frequency.
The frequency shaping unit includes a low-pass filter that extracts a low-frequency component, and generates a high-frequency component by subtracting the low-frequency component from the rotation speed. That is, a low-pass filter can be used when extracting a high-frequency component of the rotational speed from the rotational speed. In other words, for example, when a high frequency component is extracted using only a high-pass filter, noise can be amplified in the high-frequency component. Therefore, the high-frequency component can be stabilized by using a low-pass filter.
第1の態様において、前記周波数整形部は、前記高周波成分と前記回転速度の絶対値とを乗算して、前記補正信号を生成してもよい。 In the first aspect, the frequency shaping unit may generate the correction signal by multiplying the high frequency component and the absolute value of the rotation speed.
回転速度から、回転速度の高周波成分を抽出する時に、回転速度の高周波成分は、位相の変化を伴う。一方、回転速度の絶対値は、位相の変化を伴わない。回転速度の高周波成分と回転速度の絶対値とを乗算して補正信号を生成することで、高周波成分を抽出する時の位相の変化を低減することができる。このような補正信号によって補助トルクが生成されるので、補正信号は、入力である回転速度に対して補助トルクを安定させることができる。 When extracting a high-frequency component of the rotational speed from the rotational speed, the high-frequency component of the rotational speed is accompanied by a phase change. On the other hand, the absolute value of the rotational speed is not accompanied by a phase change. By multiplying the high-frequency component of the rotational speed and the absolute value of the rotational speed to generate the correction signal, it is possible to reduce the phase change when extracting the high-frequency component. Since the auxiliary torque is generated by such a correction signal, the correction signal can stabilize the auxiliary torque with respect to the input rotational speed.
第1の態様において、電動パワーステアリング装置は、
少なくとも前記回転速度に応じて、前記ベース信号を補正するダンパ補正信号を演算するダンパ補正信号演算部を
さらに備えてもよく、
前記補助トルクは、前記補正信号の前記高周波成分と前記ダンパ補正信号との双方によって補正されてもよい。
In the first aspect, the electric power steering device includes:
A damper correction signal calculation unit that calculates a damper correction signal for correcting the base signal according to at least the rotation speed may be further provided.
The auxiliary torque may be corrected by both the high-frequency component of the correction signal and the damper correction signal.
ダンパ補正信号でステアリング系の粘性を補償することができ、補正信号の高周波成分は、ダンパ補正信号から独立している。従って、補正信号の高周波成分を独立に調整することで、ベース信号又は補助トルクに含まれる減速機の軸の共振周波数成分を更に抑制することができる。 The damper correction signal can compensate for the viscosity of the steering system, and the high frequency component of the correction signal is independent of the damper correction signal. Therefore, by independently adjusting the high frequency component of the correction signal, the resonance frequency component of the shaft of the reduction gear included in the base signal or the auxiliary torque can be further suppressed.
第1の態様において、操向ハンドルでの前記操舵トルクから前記減速機の軸の前記回転速度までの伝達関数のゲイン特性において、前記減速機の減速比に応じた極大値は、10[Hz]よりも高い周波数領域に存在してもよく、
前記高周波成分は、前記極大値を減少させてもよい。
In the first aspect, in the gain characteristic of the transfer function from the steering torque at the steering handle to the rotational speed of the speed reducer shaft, the maximum value corresponding to the speed reduction ratio of the speed reducer is 10 [Hz]. May exist in a higher frequency range,
The high frequency component may reduce the local maximum value.
操向ハンドルでの操舵トルクから減速機の軸の回転数を経由して出力軸での回転角(転舵輪の切れ角)までの全体としての伝達関数ではなく、操向ハンドルでの操舵トルクから減速機の軸の回転速度までの伝達関数を解析して、減速機の軸の共振周波数に対応するゲイン特性上の極大値を発見することができる。この極大値が補正信号の高周波成分によって減少することで、減速機の軸において発生し得る振動、異音等の異常を抑制することができる。 From the steering torque at the steering handle instead of the overall transfer function from the steering torque at the steering handle to the rotation angle at the output shaft (turning angle of the steered wheels) via the speed of the speed reducer shaft By analyzing the transfer function up to the rotational speed of the shaft of the speed reducer, the maximum value on the gain characteristic corresponding to the resonance frequency of the speed reducer shaft can be found. By reducing the maximum value due to the high-frequency component of the correction signal, it is possible to suppress abnormalities such as vibration and abnormal noise that may occur in the shaft of the speed reducer.
第1の態様において、前記操舵系又は前記減速機の軸の前記回転速度は、前記減速機の軸の角速度であってもよい。 In the first aspect, the rotational speed of the steering system or the shaft of the speed reducer may be an angular speed of the shaft of the speed reducer.
当業者は、例示した本発明に従う態様が、本発明の精神を逸脱することなく、さらに変更され得ることを容易に理解できるであろう。 Those skilled in the art will readily understand that the illustrated embodiments according to the present invention can be further modified without departing from the spirit of the present invention.
以下に説明する好ましい実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。 The preferred embodiments described below are used to facilitate an understanding of the present invention. Accordingly, those skilled in the art should note that the present invention is not unduly limited by the embodiments described below.
図3は、本発明に従う電動パワーステアリング装置の具体的構成例を示す。本発明は、図3の例に限定されず、概略構成例で本発明に従う電動パワーステアリング装置を構成することができる。言い換えれば、本発明は、図3の例に示される構成要素のすべてを備える必要はない。 FIG. 3 shows a specific configuration example of the electric power steering apparatus according to the present invention. The present invention is not limited to the example of FIG. 3, and an electric power steering apparatus according to the present invention can be configured with a schematic configuration example. In other words, the present invention need not comprise all of the components shown in the example of FIG.
図3の例において、電動パワーステアリング装置100は、概略構成例として、操舵系(例えばピニオン軸5)に減速機12,13を介して補助トルクTMを付与する電動機11と、電動機11の電動機電流Iを制御する電動機制御部200,60と、を備えている。図5、図8等で後述するように、電動パワーステアリング装置100又は制御装置200は、電動機制御部200,60として、ベース信号演算部220と、補正信号演算部と、を備えている。ベース信号演算部220は、少なくとも操舵系の操舵トルク(例えば検出トルクTB)に応じて、補助トルクTMの目標信号IMの基準となるベース信号DTを演算する。また、補正信号演算部(例えば制動信号演算部226)は、少なくとも操舵系又は減速機の軸の回転速度(減速機12,13の軸の回転角θWGの微分である角速度ωWG)に応じて、補助トルクTMを補正する補正信号(例えば制動信号IBRK)を演算する。
In the example of FIG. 3, the electric
ベース信号DTに基づき補助トルクTMによるアシストを運転者に与えている場合であっても、補助トルクTMは、減速機12,13の軸において発生し得る振動、異音等の異常の原因となる減速機の軸の共振周波数成分を含むことがある(図1(A)の周波数fが40[Hz]付近の比較例1,2での極大値を参照)。一般に、例えば10[Hz]以下の周波数領域で操舵フィーリングが決定されるので、回転速度のうちの所定値(例えば操舵の周波数10[Hz]に相当する回転速度の周波数10[Hz])よりも高い高周波成分で補助トルクTMを補正することにより、操舵フィーリングを維持しながら、減速機12,13の軸に生じる共振を抑制することができる。なお、運転者が操向ハンドル2を操舵する時の周波数の上限は、10[Hz]程度であり、言い換えれば、通常、10[Hz]よりも高い操舵の周波数で運転者は操向ハンドル2を操舵することができない。従って、運転者の操舵の周波数の上限である例えば10[Hz]に相当する回転速度の周波数10[Hz]よりも高い回転速度の高周波成分で補助トルクを補正させることが好ましい。
Even when assisting the driver with assist torque TM based on the base signal DT, the assist torque TM causes abnormalities such as vibrations and abnormal noises that can occur in the shafts of the
図3の例において、電動パワーステアリング装置100は、以下のように、概略構成例以外の構成要素を備えることができる。操向ハンドル2(例えばステアリングホイール)が設けられたメインステアリングシャフト3と、シャフト1と、ピニオン軸5とが、2つのユニバーサルジョイント(自在継手)4,4によって連結され、また、ピニオン軸5の下端部に設けられたピニオンギア7は、車幅方向に往復運動可能なラック軸8のラック歯8aに噛合し、ラック軸8の両端には、タイロッド9,9を介して左右の転舵輪10,10(例えば前輪)が連結されている。この構成により、電動パワーステアリング装置100は、操向ハンドル2の操舵時に車両の進行方向を変えることができる。ここで、ラック軸8、ラック歯8a、タイロッド9,9は転舵機構を構成する。なお、ピニオン軸5は、その下部、中間部、上部を軸受6a,6b,6cを介してステアリングギアボックス20に支持されている。
In the example of FIG. 3, the electric
また、電動機11の出力軸に設けられたウォームギア12が、ピニオン軸5に設けられたウォームホイールギア13に噛合している。図3の例において、減速機12,13は、ウォームギア12とウォームホイールギア13とで構成されているが、例えば特許文献3の図1で示されるようなボールねじ機構で構成してもよい。減速機12,13の軸は、例えば電動機11の出力軸又はウォームギア12の軸、ボールねじ機構のねじ軸等である。なお、一般的には、「ウォームギア」それ自身を減速機と呼ぶ時、「ウォームギア」は、「ウォーム」と「ウォームホイール」とで構成されるが、本明細書(及び特許請求の範囲)において、ウォームギア12は、減速機12,13の一部の構成要素を意味し、一般的な「ウォーム」のギアを意味している。
A
操舵系(ステアリング系)は、ピニオン軸5、ラック軸8、ラック歯8a、タイロッド9,9等を含んで操向ハンドル2から転舵輪10,10に至り、補助トルク機構(アシストトルク機構)を含んでいない。操舵系に補助トルクTMを与える補助トルク機構は、減速機12,13、電動機11、トルクセンサ30、制御装置200等を含んで、補助トルク機構は、操向ハンドル2を操舵することによって操舵系、例えばピニオン軸5(入力軸)に発生する操舵トルク(検出トルクTdet)をトルクセンサ30等のトルク検出部で検出し、この検出信号を差動増幅回路40等の増幅部で増幅し、この増幅信号TBに基づき制御装置200でベース信号DTを発生し、このベース信号DTに基づき操舵トルクTH、検出トルクTdetに応じた補助トルクTMを電動機11で発生し、減速機12,13を介して補助トルクTMをピニオン軸5に伝達する。
The steering system (steering system) includes the
なお、補助トルクTMが操舵系に与えられる箇所によって、電動パワーステアリング装置100は、ピニオンアシスト型、ラックアシスト型、コラムアシスト型等に分類することができる。図3の電動パワーステアリング装置100は、ピニオンアシスト型を示しているが、電動パワーステアリング装置100は、ラックアシスト型、コラムアシスト型等に適用してもよい。
The electric
補助トルクTMは、例えばピニオン軸5で操舵トルクTH又は検出トルクTdetと加えられて、複合トルクTPが生成される。複合トルクTP(操舵トルクTH(又はTdet)及び補助トルクTMの合成)は、ピニオン軸5から、ピニオンギア7、ラック歯8a、タイロッド9,9等の減速機構に伝達され、操向ハンドル2での操舵トルクTH又はピニオン軸5での復合トルクTPによって、転舵輪10,10が転舵されて、転舵輪10,10の切れ角が変化する。
The auxiliary torque TM is added to, for example, the steering torque TH or the detected torque Tdet on the
好ましくは、車速Vは、車速センサ35によって検出され、車速センサ35からの車速信号VSは、制御装置200又はベース信号演算部220に入力されて、補助トルクTMの目標信号IMの基準となるベース信号DTは、例えば検出トルクの増幅信号であるTB及び車速V(又は車速信号VS)の双方に応じて演算される。
Preferably, the vehicle speed V is detected by the vehicle speed sensor 35, and the vehicle speed signal VS from the vehicle speed sensor 35 is input to the
図4は、操舵トルクTH及び車速信号VSと目標信号IMとの関係、即ち操舵トルクTH及び車速信号VSの双方に基づいて目標信号IMを決定できるベースマップの1例を示す。図4の例において、例えば6本の曲線が示され、6本の曲線の各々は、車速Vに対応している。車速Vが0[km/h]を示し、車両が停止している時には、同一の操舵トルクTHに対して目標信号IM又は電動機電流が最大となる一方、車速Vが最高車速[km/h]を示している時には、同一の操舵トルクTHに対して目標信号IM又は電動機電流が最小となる。車速信号VSが大きい時に目標信号IMを小さくすることによって、高速領域では、補助トルクTMが小さくなり、急激な操舵を抑制することができる。なお、最高車速は、車両の重量、大きさ等の車両特性に依存し、車両の種類に応じて設定することができ、車両が実際に走行可能な最高車速でもよく、ベースマップで設定されている最高車速でもよい。 FIG. 4 shows an example of a base map that can determine the target signal IM based on the relationship between the steering torque TH and the vehicle speed signal VS and the target signal IM, that is, both the steering torque TH and the vehicle speed signal VS. In the example of FIG. 4, for example, six curves are shown, and each of the six curves corresponds to the vehicle speed V. When the vehicle speed V indicates 0 [km / h] and the vehicle is stopped, the target signal IM or the motor current is maximum for the same steering torque TH, while the vehicle speed V is the maximum vehicle speed [km / h]. , The target signal IM or the motor current is minimum for the same steering torque TH. By reducing the target signal IM when the vehicle speed signal VS is large, the auxiliary torque TM is reduced in the high speed region, and rapid steering can be suppressed. The maximum vehicle speed depends on vehicle characteristics such as the weight and size of the vehicle, and can be set according to the type of vehicle. The maximum vehicle speed that the vehicle can actually drive may be set in the base map. It may be the maximum vehicle speed.
また、図4の例において、ベースマップは、例えば6本の曲線を含んでいるが、ベースマップに含まれる曲線の数は、2本でもよく、3本から5本でもよく、7本以上でもよい。さらに、ベースマップが含む曲線は、1本又は複数の例えば直線に変更してもよく、ベースマップは、車速V毎に決められた特性を有していればよい。図4の例において、ベースマップは、例えば検出トルクの増幅信号TB及び車速信号VSと目標信号IMとの関係を記述してもよい。図3の制御装置200は、ベースマップ内の検出トルクの増幅信号TB及び車速信号VSの双方を参照することで、目標信号IMを決定することができる。具体的には、図4で示されるような特性を数式で表し、その数式に検出トルクの増幅信号TB及び車速信号VSを代入して、目標信号IMを算出又は決定してもよく、或いは、図4で示されるような特性をテーブルで表し、そのテーブルから、検出トルクの増幅信号TB及び車速信号VSに対応する目標信号IMを抽出又は決定してもよい。
In the example of FIG. 4, the base map includes, for example, six curves. However, the number of curves included in the base map may be two, three to five, or seven or more. Good. Furthermore, the curve included in the base map may be changed to one or a plurality of straight lines, for example, and the base map only needs to have characteristics determined for each vehicle speed V. In the example of FIG. 4, the base map may describe, for example, the relationship between the detection torque amplification signal TB and the vehicle speed signal VS and the target signal IM. The
なお、ベースマップは、例えば操舵トルクTH(又は検出トルクの増幅信号TB)及び車速信号VSと目標信号IMとの関係を示しているが、車速Vの代わりに、車両の走行状態を表す走行パラメータ、例えばエンジン回転数を用いて、ベースマップを構築してもよく、或いは、車速V、エンジン回転数等の走行パラメータを省略して、例えば操舵トルクTHと目標信号IMとの関係を示すベースマップを構築してもよい。 The base map shows, for example, the relationship between the steering torque TH (or the detected torque amplification signal TB), the vehicle speed signal VS, and the target signal IM, but instead of the vehicle speed V, a travel parameter that represents the travel state of the vehicle. For example, the base map may be constructed using the engine speed, or the travel parameter such as the vehicle speed V and the engine speed may be omitted, and the base map indicating the relationship between the steering torque TH and the target signal IM, for example. May be constructed.
制御装置200又は制動信号演算部226は、操舵系又は減速機12,13の軸の回転速度に応じて、ベース信号DT又は目標信号IMを補正する補正信号又は制動信号IBRKを演算する。図3の例において、電動パワーステアリング装置100は、レゾルバ50等の回転速度検出部を備え、レゾルバ50は、電動機11の電動機回転角θmを検出する。電動機11は、例えば3相のブラシレスモータであり、3相のブラシレスモータの回転子の回転角(電動機回転角θm)は、ウォームギア12の回転角と一致する。電動機回転角θmと一致するウォームギア12の回転角信号θWGは、制御装置200又は制動信号演算部226に入力されて、回転角信号θWGが微分されて、補正信号又は制動信号IBRKは、例えばウォームギア12の角速度信号ωWGに応じて演算される。
The
ウォームギア12の角速度信号ωWGは、減速機12,13の軸の回転速度の1例であり、制動信号IBRKは、例えばウォームギア12の回転数信号に応じて演算されてもよく、或いは、制動信号IBRKは、操舵系の軸の回転速度の1例である例えばピニオン軸5の回転数信号に応じて演算されてもよい。
The angular velocity signal ωWG of the
電動機駆動手段60は、例えば3相のFETブリッジ回路のような複数のスイッチング素子を備え、制御装置200からのDUTY(DUTYU,DUTYV,DUTYW)信号を用いて、例えば正弦波電圧を生成し、電動機11を駆動する。また、電動機駆動手段60は、図示しない例えばホール素子を用いて3相の電動機電流I(IU,IV,IW)を検出する機能を備えている。制御装置200は、例えば電動機駆動手段60によって検出された電動機電流Iが目標信号IMに一致するように、DUTY信号を設定することができる。
The motor driving means 60 includes a plurality of switching elements such as a three-phase FET bridge circuit, for example, and generates, for example, a sine wave voltage using a DUTY (DUTYU, DUTYV, DUTYW) signal from the
図5(A)は、制動信号演算部226の構成例を示し、図5(B)は、図5(A)の制動信号演算部226の改良例を示す。図5(A)の例において、制動信号演算部226又は補正信号演算部は、例えばウォームギア12の角速度信号ωWGに応じて制動信号IBRK又は補正信号を演算し、角速度信号ωWGのうちの低周波成分を抑制する周波数整形部を有している。角速度信号ωWGが所定値(例えば操舵の周波数10[Hz]に相当する角速度信号ωWGの周波数10[Hz])以下の低周波成分と所定値よりも高い高周波成分とを含む時に、周波数整形部から出力される制動信号IBRKは、主として、角速度信号ωWGの高周波成分を有する。周波数整形部は、角速度信号ωWGのうちの低周波成分を抽出するローパスフィルタLPFを有し、角速度信号ωWGから低周波成分を減算して、信号HPFを出力する。角速度信号ωWGが低周波成分と高周波成分とを含む時に、周波数整形部から出力される信号HPFは、低周波成分以外の高周波成分のみで構成され、図5(A)に示される周波数整形部は、ハイパスフィルタに相当する。
FIG. 5A shows a configuration example of the braking
ローパスフィルタLPFは、以下の式8のように例えば1次のローパスフィルタ型の伝達関数で表すことができ、周波数整形部も、以下の式9のように例えば1次のハイパスフィルタ型の伝達関数で表すことができる。τは、時定数である。
The low-pass filter LPF can be expressed by, for example, a first-order low-pass filter type transfer function as shown in the following Expression 8, and the frequency shaping unit is also used as a first-order high-pass filter type transfer function as shown in the following
ローパスフィルタLPFの伝達関数=1/(1+τ・s) ・・・式8 Transfer function of low-pass filter LPF = 1 / (1 + τ · s) Expression 8
図5(A)の周波数整形部の伝達関数=1−{1/(1+τ・s)}={τ・s/(1+τ・s)} ・・・式9
Transfer function of frequency shaping unit in FIG. 5A = 1− {1 / (1 + τ · s)} = {τ · s / (1 + τ · s)}
図5(A)の例において、制動信号演算部226は、周波数整形部から出力される信号HPFである{τ・s/(1+τ・s)}・ωWGと係数KBRKとを乗算し、リミッタを介して制動信号IBRKを生成することができる。ベース信号DT又は補助トルクTMに含まれるウォームギア12の共振周波数成分を十分に抑制できるように、伝達関数を規定する時定数τ及び信号HPFのゲインを規定する係数KBRKを調整又は設定することが好ましい。また、電動機電流Iが電動機11に通電できる最大電流値を超えないように、制動信号IBRKの上限及び下限を制限するリミッタを設置することが好ましい。
In the example of FIG. 5A, the braking
図5(B)の例において、制動信号演算部226の周波数整形部は、ハイパスフィルタから出力される信号に相当する信号HPFのゲインを設定する係数KBRK'を有することができ、更に、KBRK'・{τ・s/(1+τ・s)}・θWGと例えばウォームギア12の角速度信号ωWGの絶対値を取得することができる。周波数整形部は、乗算器を有して、リミッタを通過する前の制動信号IBRKを以下の式10のように、演算することができる。
In the example of FIG. 5B, the frequency shaping unit of the braking
図5(B)の制動信号IBRK=KBRK'・{τ・s/(1+τ・s)}・ωWG・|ωWG| ・・・式10 The braking signal IBRK = KBRK ′ · {τ · s / (1 + τ · s)} · ωWG · | ωWG |
図6(A)、図6(B)及び図6(C)は、角速度信号ωWGが正弦波であり、且つ正弦波の周波数を変化させた時の図5(B)の制動信号IBRKの波形の表示例を示す。図6(A)、図6(B)及び図6(C)での正弦波の周波数は、それぞれ、50[Hz]、10[Hz]及び1[Hz]であり、角速度信号ωWGの最大角速度(振幅)が25[rad/sec](=2π・4[rad/sec])である。 6 (A), 6 (B) and 6 (C) show the waveform of the braking signal IBRK in FIG. 5 (B) when the angular velocity signal ωWG is a sine wave and the frequency of the sine wave is changed. A display example is shown. The frequency of the sine wave in FIGS. 6A, 6B, and 6C is 50 [Hz], 10 [Hz], and 1 [Hz], respectively, and the maximum angular velocity of the angular velocity signal ωWG. (Amplitude) is 25 [rad / sec] (= 2π · 4 [rad / sec]).
図6(A)、図6(B)及び図6(C)において、符号ωWGは、正弦波である角速度信号ωWGを示し、角速度信号ωWGの波形は、一点鎖線で表されている。図6(A)の例において、正弦波である角速度信号ωWGは、例えば25[rad/sec]である最大角速度を振幅として有し、その振幅は50[Hz]で変化又は振動している。図6(B)の例において、正弦波である角速度信号ωWGは、例えば25[rad/sec]である最大角速度を振幅として有し、その振幅は10[Hz]で変化又は振動している。図6(C)の例において、正弦波である角速度信号ωWGは、例えば25[rad/sec]である最大角速度を振幅として有し、その振幅は1[Hz]で変化又は振動している。 In FIG. 6A, FIG. 6B, and FIG. 6C, the symbol ωWG represents the angular velocity signal ωWG that is a sine wave, and the waveform of the angular velocity signal ωWG is represented by a one-dot chain line. In the example of FIG. 6A, the angular velocity signal ωWG that is a sine wave has, for example, a maximum angular velocity of 25 [rad / sec] as an amplitude, and the amplitude changes or vibrates at 50 [Hz]. In the example of FIG. 6B, the angular velocity signal ωWG that is a sine wave has, for example, a maximum angular velocity of 25 [rad / sec] as an amplitude, and the amplitude changes or vibrates at 10 [Hz]. In the example of FIG. 6C, the angular velocity signal ωWG that is a sine wave has, for example, a maximum angular velocity of 25 [rad / sec] as an amplitude, and the amplitude changes or vibrates at 1 [Hz].
図6(A)、図6(B)及び図6(C)において、符号HPFは、図5(B)で示される係数KBRK'に入力される信号HPFを示し、図5(A)で示される周波数整形部から出力される信号HPFに相当する。信号HPFの波形は、二点鎖線で表されている。図6(A)、図6(B)及び図6(C)において、符号IBRKは、図5(B)で示される制動信号演算部226から出力される制動信号IBRKを示し、制動信号IBRKの波形は、実線で表されている。
6A, 6B, and 6C, the symbol HPF indicates the signal HPF input to the coefficient KBRK ′ shown in FIG. 5B, and is shown in FIG. 5A. This corresponds to the signal HPF output from the frequency shaping unit. The waveform of the signal HPF is represented by a two-dot chain line. 6 (A), 6 (B), and 6 (C), symbol IBRK indicates the braking signal IBRK output from the braking
このように、図6(C)側又は低周波側で、制動信号IBRK(実線)の振幅は小さい一方、図6(A)側又は高周波側で、制動信号IBRK(実線)の振幅は大きい。このような制動信号IBRKの特性は、式10中の{τ・s/(1+τ・s)}・ωWGの成分(ハイパスフィルタ相当成分)に起因している。また、信号HPF(二点鎖線)は、正弦波である角速度信号ωWG(一点鎖線)に対して位相が変化している一方、制動信号IBRK(実線)は、角速度信号ωWG(一点鎖線)に対して位相の変化が低減されている。このような制動信号IBRKの特性は、式10中の|ωWG|成分(角速度の絶対値成分)に起因している。
Thus, the amplitude of the braking signal IBRK (solid line) is small on the side of FIG. 6C or the low frequency side, while the amplitude of the braking signal IBRK (solid line) is large on the side of FIG. 6A or the high frequency side. Such a characteristic of the braking signal IBRK is caused by a component of {τ · s / (1 + τ · s)} · ωWG in Equation 10 (a component corresponding to a high-pass filter). The phase of the signal HPF (two-dot chain line) is changed with respect to the angular velocity signal ωWG (one-dot chain line) which is a sine wave, while the braking signal IBRK (solid line) is different from the angular velocity signal ωWG (one-dot chain line). Phase change is reduced. Such a characteristic of the braking signal IBRK results from the | ωWG | component (the absolute value component of the angular velocity) in
図7(A)、図7(B)及び図7(C)は、角速度信号ωWGが正弦波であり、且つ正弦波の周波数を変化させた時の図5(B)の制動信号IBRKの波形の他の表示例を示す。図7(A)、図7(B)及び図7(C)での正弦波の周波数は、それぞれ、50[Hz]、10[Hz]及び1[Hz]であり、角速度信号ωWGの最大角速度(振幅)が57[rad/sec](=2π・9[rad/sec])である。 FIGS. 7A, 7B, and 7C show waveforms of the braking signal IBRK in FIG. 5B when the angular velocity signal ωWG is a sine wave and the frequency of the sine wave is changed. Another display example is shown. The frequency of the sine wave in FIGS. 7A, 7B, and 7C is 50 [Hz], 10 [Hz], and 1 [Hz], respectively, and the maximum angular velocity of the angular velocity signal ωWG. (Amplitude) is 57 [rad / sec] (= 2π · 9 [rad / sec]).
図7(A)、図7(B)及び図7(C)において、図6(A)〜図6(C)と同様に、符号ωWG、符号HPF及び符号IBRKは、それぞれ、一点鎖線、二点鎖線及び実線に対応する。図7(A)、図7(B)及び図7(C)において、符号|ωWG|は、角速度信号ωWGの絶対値信号を示し、絶対値信号の波形は、点線で表されている。図6(A)〜図6(C)と比較して、図7(A)〜図7(C)における角速度信号ωWGの最大角速度(振幅)が増加すると、|ωWG|の最大値も増加する。言い換えれば、式10中のωWG・|ωWG|成分(角速度の二乗成分)に起因して、角速度信号ωWGの最大角速度(振幅)が増加すると、制動信号IBRKのスイング又は最大値が大きくなる。
In FIGS. 7A, 7B, and 7C, as in FIGS. 6A to 6C, the reference ωWG, the reference HPF, and the reference IBRK are respectively represented by an alternate long and short dash line, Corresponds to the dotted and solid lines. 7A, 7B, and 7C, the symbol | ωWG | indicates the absolute value signal of the angular velocity signal ωWG, and the waveform of the absolute value signal is represented by a dotted line. When the maximum angular velocity (amplitude) of the angular velocity signal ωWG in FIGS. 7A to 7C increases as compared with FIGS. 6A to 6C, the maximum value of | ωWG | also increases. . In other words, when the maximum angular velocity (amplitude) of the angular velocity signal ωWG increases due to the ωWG · | ωWG | component (square component of angular velocity) in
図8は、図3の制御装置200の具体的構成例を示す。図3の制御装置200は、図8の例に限定されず、概略構成例で本発明に従う制御装置200を構成することができる。言い換えれば、制御装置200は、図8の例に示される構成要素のすべてを備える必要はない。
FIG. 8 shows a specific configuration example of the
図8の例において、制御装置200は、概略構成例として、ベース信号演算部220と、補正信号演算部又は制動信号演算部226と、を備えている。制御装置200は、以下のように、概略構成例以外の構成要素を備えることができる。制御装置200は、ダンパ補正信号演算部を更に備えることが好ましい。ここで、補正信号演算部(例えばダンパ補償信号演算部225)は、少なくとも操舵系又は減速機の軸の回転速度(例えば減速機12,13の軸の回転角θWGの微分である角速度ωWG)に応じて、ベース信号DTを補正するダンパ補正信号(例えばダンパ補償信号IDMP)を演算することができる。ダンパ補正信号IDMPで操舵系の粘性を補償することができる。
In the example of FIG. 8, the
好ましくは、車速センサ35からの車速信号VSは、ダンパ補償信号演算部225に入力されて、ダンパ補償信号IDMPは、例えばウォームギア12の角速度ωWG(又は角速度信号)及び車速V(又は車速信号VS)の双方に応じて演算される。上述のように、好ましくは、ベース信号DTは、例えば検出トルクの増幅信号TB及び車速V(又は車速信号VS)の双方に応じて演算される。
Preferably, the vehicle speed signal VS from the vehicle speed sensor 35 is input to the damper compensation
図9(A)は、検出トルクの増幅信号TB及び車速信号VSとベース信号DTとの関係の1例を示し、図9(B)は、角速度ωWG及び車速信号VSとダンパ補償信号IDMPとの関係の1例を示す。 FIG. 9A shows an example of the relationship between the detected torque amplification signal TB and the vehicle speed signal VS and the base signal DT, and FIG. 9B shows the relationship between the angular speed ωWG, the vehicle speed signal VS, and the damper compensation signal IDMP. An example of the relationship is shown.
図9(A)の例において、ベース信号演算部220のベーステーブル220aが表すベースマップによれば、検出トルクの増幅信号TBが小さい時にベース信号DTがゼロに設定される不感帯N1がベースマップに設けられ、検出トルクの増幅信号TBがこの不感帯N1よりも大きくなるとベース信号DTはゲインG1で直線的に増加する。また、検出トルクの増幅信号TBが第1の所定値よりも大きくなるとベース信号DTはゲインG2で直線的に増加し、さらに検出トルクの増幅信号TBが第1の所定値よりも大きくなるとベース信号DTは飽和する。加えて、車速信号VSによりゲインG1,G2及び不感帯N1が調整される。具体的には、車速信号VSが大きくなる時に、ベース信号演算部220は、ゲインG1,G2を低く、かつ、不感帯N1を大きく設定することができる。
In the example of FIG. 9A, according to the base map represented by the base table 220a of the base
なお、運転者が例えば左に操向ハンドル2を操作した時に検出トルクの増幅信号TBが正である一方、運転者が例えば右に操向ハンドル2を操作した時に検出トルクの増幅信号TBが負である場合、負である検出トルクの増幅信号TBに対してベース信号DTも負になるように、ベースマップを設定することができる。言い換えれば、図9(A)で示されるベースマップは、第1象限でのベース信号DTの特性を表しているが、第1象限でのベース信号DTの特性を原点0に対して対象である第3象限でのベース信号DTの特性で、負である検出トルクの増幅信号TBに対処することができる。
The detected torque amplification signal TB is positive when the driver operates the steering handle 2 to the left, for example, while the detected torque amplification signal TB is negative when the driver operates the steering handle 2 to the right, for example. In this case, the base map can be set such that the base signal DT is also negative with respect to the negative detection torque amplification signal TB. In other words, the base map shown in FIG. 9A represents the characteristics of the base signal DT in the first quadrant, but the characteristics of the base signal DT in the first quadrant are targeted with respect to the
図9(B)の例において、ダンパ補償信号演算部225のダンパテーブル225aが表すダンパマップによれば、ウォームギア12の角速度ωWGが大きく時に、ダンパ補償信号IDMPが増加するとともに、車速信号VSが小さくなる時に、ダンパ補償信号IDMPが減少する。なお、ベースマップと同様に、不感帯がダンパマップに設けられてもよい。また、ダンパマップは、第1象限でのダンパ補償信号の特性だけでなく、第3象限でのダンパ補償信号の特性を表すことができる。
In the example of FIG. 9B, according to the damper map represented by the damper table 225a of the damper compensation
図8の例において、制御装置200は、イナーシャ補償信号演算部210を備えることができる。ここで、イナーシャ補償信号演算部210は、少なくとも操舵系の例えば検出トルクの増幅信号TB)に応じて、ベース信号DTを補正するイナーシャ補償信号を演算することができる。イナーシャ補償信号演算部210は、電動機11の回転子の慣性による応答性の低下を補償している。例えば、イナーシャ補償信号は、例えば検出トルクの増幅信号TBの微分に応じて演算される。イナーシャ補償信号演算部210のイナーシャテーブル215aが表すイナーシャマップによれば、検出トルクの増幅信号TBの微分が大きくなる時にイナーシャ補償信号を大きく設定することができる。
In the example of FIG. 8, the
制御装置200は、Q軸(トルク軸)PI制御部240と、D軸(磁極軸)PI制御部245と、加算器250,251,252,253と、2軸3相変換部260と、PWM変換部270と、3相2軸変換部265と、電動機速度算出部280と、励磁電流生成部285とを更に備えることができる。
The
加算器251は、ベース信号演算部220のベース信号DTとダンパ補償信号演算部225のダンパ補償信号IDMPの反転信号と制動信号演算部226の制動信号IBRKの反転信号とを加算する。言い換えれば、加算器251は、ベース信号演算部220のベース信号DTから、ダンパ補償信号演算部225のダンパ補償信号IDMPと制動信号演算部226の制動信号IBRKとの双方を減算する。この場合、ダンパ補償信号IDMPと制動信号IBRKとが独立して生成されているので、操舵系の粘性の補償とウォームギア12の軸の振動、異音等の異常の抑制とを独立して調整することが容易である。
The
なお、ダンパ補償信号演算部225と制動信号演算部226とを統合して、制御装置200は、1つの補正信号演算部を備えてもよい。言い換えれば、制御装置200は、制動信号演算部226の代わりに、ダンパ補償信号演算部225と電動機速度算出部280との間に、図5(A)又は図5(B)で示されるような周波数整形部を設けてもよい。この場合、ウォームギア12の軸の振動、異音等の異常の抑制可能な1つの補正信号(ダンパ補償信号と制動信号との合成)を簡易に生成できるが、加算器251は、ベース信号DTから1つの補正信号を減算するので、操舵系の粘性の補償と振動、異音等の異常の抑制とを独立して調整することが容易でない。
Note that the
加算器250は、加算器251の出力信号とイナーシャ補償信号演算部210の出力信号とを加算して、目標信号IMが加算器250で生成される。図8の例において、目標信号IMは、電動機11での補助トルクTMを規定するQ軸電流の目標信号である。
The
加算器252は、目標信号IM(目標電流)からQ軸電流IQを減算して、偏差信号IEが加算器252で生成される。Q軸(トルク軸)PI制御部240は、偏差信号IEが減少するように、PI制御を行う。ここで、Q軸電流IQは、3相2軸変換部265からの出力信号であり、3相2軸変換部265は、電動機11の3相電流IU,IV,IWを、Q軸電流IQ及びD軸電流IDに変換する。なお、D軸は、電動機11の回転子の磁極軸であり、Q軸は、このD軸に対して電気的に90度回転した軸である。D軸電流IDは、加算器253に入力される。
The
励磁電流生成部285は、D軸電流IDの目標信号を生成し、加算器253は、励磁電流生成部285の出力信号(目標信号)からD軸電流IDを減算する。D軸(磁極軸)PI制御部245は、加算器253の出力信号(偏差信号)が減少するようにPI帰還制御を行う。
The exciting
2軸3相変換部260は、Q軸(トルク軸)PI制御部240の出力信号VQとD軸(磁極軸)PI制御部245の出力信号VDとの2軸信号を3相信号UU,UV,UWに変換する。PWM変換部270は、3相信号Vu,Vv,Vwの大きさに比例したパルス幅のON/OFF信号(PWM信号)であるDUTY信号(DUTYU,DUTYV,DUTYW)を生成する。なお、電動機11の電動機回転角θmと一致するウォームギア12の回転角信号θWGは、2軸3相変換部260、PWM変換部270及び電動機速度算出部280に入力され、電動機速度算出部280は、角度信号θWGを微分演算して角速度信号ωWGを生成する。
The 2-axis 3-
図10は、本発明に従う電動パワーステアリング装置100における評価関数の周波数特性(伝達関数のゲイン特性)を示す。図10の例において、図1(A)と同様に、評価関数Evとして、操舵トルクTH(s)からウォームギア12の軸の角速度ωWG(s)までの伝達関数G(s)が設定され、図1(A)の比較例1及び比較例2も示されている。図10の例において、比較例1及び比較例2は、それぞれ一点鎖線及び二点鎖線で示され、実施例は、実線で示されている。図10の例において、減速比12,13の減速比nMに応じた極大値は、周波数fが40[Hz]付近の比較例1での極大値であり、10[Hz]よりも高い周波数領域に存在している。比較例1での極大値の存在は、ウォームギア12の軸の角速度ωWGの元であるベース信号又は補助トルクにウォームギア12の軸の共振周波数成分が含まれていることを意味している。従って、この共振周波数成分を抑制する信号を本発明により加算することによって、伝達関数G(s)のゲイン特性上の周波数fが40[Hz]付近の極大値を減少させることができる。
FIG. 10 shows the frequency characteristic of the evaluation function (gain characteristic of the transfer function) in the electric
周波数fが40[Hz]付近の実施例での極大値は、実施例において、共振周波数成分を抑制する信号となる補正信号(例えば制動信号IBRK)を追加する電動パワーステアリング装置において、ウォームギア12の軸の振動、異音等の異常の発生が抑制されることを意味している。加えて、周波数fが1[Hz]付近の実施例での極大値は、周波数fが1[Hz]付近の比較例1での極大値とほぼ一致している。言い換えれば、周波数fが1[Hz]付近の実施例での極大値は、実施例において滑らかな操舵が維持されていることを意味している。
In the embodiment where the frequency f is around 40 [Hz], the maximum value in the embodiment is that of the
なお、制動信号IBRKを用いないで、比較例1において例えばウォームギア12、ウォームホイールギア13等の材質を変更して、剛性を高め、ウォームギア12の軸の共振周波数成分を抑制することも考えられる。しかしながら、減速機12,13の製造コストが増加してしまう。本発明に従う実施例では、減速機12,13の材質を変更しないで、電動機11の出力トルクTMを制動信号IBRKで制御することによって、この共振周波数成分を抑制している。制動信号IBRKは、例えば、上述の式10で示されるように角速度信号ωWGの二乗の成分を用いて算出することができるが、例えば指数関数的に算出してもよい。
In addition, without using the braking signal IBRK, it is conceivable to change the material of the
また、例えばウォームホイール13は、一般的に樹脂で構成され、エンジンルーム等の環境の温度によりウォームホイール13の硬度が変化しやすい。ウォームホイール13の硬度が変化するとウォームホイール13の剛性も当然変化する為、温度によりウォームギア12の軸の共振周波数が変化する虞がある。本発明に従う実施例では、常用域以外の周波数すべてに(即ち、10[Hz]以上)、共振周波数成分を抑制するように制動信号IBRKを掛けるので、ウォームホイール13等の環境温度変化に対応することが可能である。言い換えれば、例えば図5(A)、図5(B)に示される周波数整形部がハイパスフィルタに相当させることで、減速機12,13の環境温度変化に対する耐性を高めることができる。
For example, the worm wheel 13 is generally made of resin, and the hardness of the worm wheel 13 is likely to change depending on the temperature of the environment such as the engine room. When the hardness of the worm wheel 13 changes, the rigidity of the worm wheel 13 naturally changes, so that the resonance frequency of the shaft of the
本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。 The present invention is not limited to the above-described exemplary embodiments, and those skilled in the art will be able to easily modify the above-described exemplary embodiments to the extent included in the claims. .
1・・・シャフト、2・・・操向ハンドル、3・・・メインステアリングシャフト、4・・・ユニバーサルジョイント、5・・・ピニオン軸、6a,6b,6c・・・軸受、7・・・ピニオンギア、8・・・ラック軸、8a・・・ラック歯、9・・タイロッド、10・・・転舵輪、11・・・電動機、12・・・ウォームギア(減速機の軸)、13・・・ウォームホイールギア、20・・・ステアリングギアボックス、30・・・トルクセンサ、35・・・車速センサ、40・・・差動増幅回路、50・・・レゾルバ、60・・・電動機駆動手段、100・・・電動パワーステアリング装置、200・・・制御装置、210・・・イナーシャ補償信号演算部、210a・・・イナーシャテーブル、220・・・ベース信号演算部、220a・・・ベーステーブル、225・・・ダンパ補償信号演算部、225a・・・ダンパテーブル、226・・・制動信号演算部(補正信号演算部)、240・・・Q軸(トルク軸)PI制御部、245・・・D軸(磁極軸)PI制御部、250,251,252,253・・・加算器、260・・・2軸3相変換部、265・・・3相2軸変換部、270・・・PWM変換部、280・・・電動機速度算出部。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
少なくとも前記操舵系の操舵トルクに応じて、前記補助トルクの目標信号の基準となるベース信号を演算するベース信号演算部と、
少なくとも前記操舵系又は前記減速機の軸の回転速度に応じて、前記補助トルクを補正する補正信号を演算する補正信号演算部と、
を備え、
前記補正信号演算部は、前記回転速度のうちの低周波成分を抑制する周波数整形部を有し、前記補助トルクを前記回転速度のうちの高周波成分で補正し、
前記周波数整形部は、前記低周波成分を抽出するローパスフィルタを有し、前記回転速度から前記低周波成分を減算して前記高周波成分を生成し、前記高周波成分と前記回転速度の絶対値とを乗算して前記補正信号を生成することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 An electric motor for applying auxiliary torque to the steering system via a speed reducer;
A base signal calculation unit that calculates a base signal serving as a reference for the target signal of the auxiliary torque according to at least the steering torque of the steering system;
A correction signal calculation unit that calculates a correction signal for correcting the auxiliary torque according to at least the rotation speed of the steering system or the shaft of the speed reducer;
With
The correction signal calculation unit includes a frequency shaping unit that suppresses a low frequency component of the rotation speed, corrects the auxiliary torque with a high frequency component of the rotation speed,
Wherein the frequency shaping unit, said has a low-pass filter for extracting a low frequency component, wherein the rotational speed by subtracting a low frequency component to generate a pre-Symbol high frequency component, and the high frequency component and the absolute value of the rotational speed Is multiplied to generate the correction signal .
さらに備え、
前記補助トルクは、前記補正信号の前記高周波成分と前記ダンパ補正信号との双方によって補正されることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 A damper correction signal calculation unit for calculating a damper correction signal for correcting the base signal according to at least the rotation speed;
The electric power steering apparatus according to claim 1 , wherein the auxiliary torque is corrected by both the high-frequency component of the correction signal and the damper correction signal.
ゲイン特性において、前記減速機の減速比に応じた極大値は、10[Hz]よりも高い周
波数領域に存在し、
前記高周波成分は、前記極大値を減少させることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置。 In the gain characteristic of the transfer function from the steering torque at the steering handle to the rotational speed of the speed reducer shaft, the maximum value corresponding to the speed reduction ratio of the speed reducer is in a frequency range higher than 10 [Hz]. Exists,
The high frequency components, the electric power steering apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that to reduce the local maximum value.
を特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の電動パワーステアリング装置。 The electric power steering apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the rotational speed of the steering system or the shaft of the speed reducer is an angular speed of the shaft of the speed reducer.
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