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JP2017171058A - Electric power steering device - Google Patents

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JP2017171058A
JP2017171058A JP2016057879A JP2016057879A JP2017171058A JP 2017171058 A JP2017171058 A JP 2017171058A JP 2016057879 A JP2016057879 A JP 2016057879A JP 2016057879 A JP2016057879 A JP 2016057879A JP 2017171058 A JP2017171058 A JP 2017171058A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rack
unit
electric power
power steering
noise reduction
Prior art date
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Pending
Application number
JP2016057879A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
徹 坂口
Toru Sakaguchi
徹 坂口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2016057879A priority Critical patent/JP2017171058A/en
Publication of JP2017171058A publication Critical patent/JP2017171058A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power steering device which constitutes a control system based on a physical model, and also constitutes a model-following-control in which an output of an object to be control (a distance to a rack end) follows a normative model to suppress damage of a torque and thrust transmission mechanism, as well as to reduce uncomfortable vibrations.SOLUTION: An electric power steering device performs assist-control of a steering system by: calculating a current command value at least on the basis of a steering torque; and driving a motor on the basis of the current command value. The electric power steering device constitutes a model-following-control defining a viscoelastic model as a normative model in a predetermined angle range before a rack end with a configuration of the model-following-control including a feedback control part, and the model-following-control having a noise reduction function, so as to prevent a rack end abutment.SELECTED DRAWING: Figure 18

Description

本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、電流指令値によってモータを駆動し、車両の操舵系にアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に粘弾性モデルを規範モデルとし、ラックエンド近傍で電流指令値を絞ることによりアシストトルクを減少させ、端当て時の勢いを減衰して衝撃エネルギーを低くし、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制し、操舵フィーリングを向上した電動パワーステアリング装置に関する。   The present invention relates to an electric power steering apparatus that calculates a current command value based on at least a steering torque, drives a motor based on the current command value, and applies an assist force to a steering system of a vehicle. As a reference model, the assist torque is reduced by narrowing the current command value near the rack end, the momentum at the time of end contact is attenuated, impact energy is lowered, damage to the torque and thrust transmission mechanism is suppressed, and steering feeling The present invention relates to an electric power steering apparatus with improved performance.

車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置(EPS)は、モータの駆動力で減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸にアシスト力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシスト力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデューティの調整で行っている。   An electric power steering device (EPS) that applies an assist force to a vehicle steering system by a rotational force of a motor assists a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a reduction gear by a driving force of the motor. It is designed to give power. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of motor current in order to accurately generate assist torque. In feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the current command value and the motor current detection value becomes small. In general, the adjustment of the motor applied voltage is performed by the duty of PWM (pulse width modulation) control. It is done by adjustment.

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、ハンドル1の操舵トルクを検出するトルクセンサ10が設けられており、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット(ECU)30には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクThと車速センサ12で検出された車速Velとに基づいて、アシストマップを用いてアシスト指令の電流指令値の演算を行い、演算された電流指令値に補償等を施した電圧制御値Vrefによってモータ20に供給する電流を制御する。   The general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 1. A column shaft (steering shaft, handle shaft) 2 of a handle 1 is a reduction gear 3, universal joints 4a and 4b, a pinion rack mechanism 5, a tie rod 6a, 6b is further connected to the steering wheels 8L and 8R via hub units 7a and 7b. The column shaft 2 is provided with a torque sensor 10 that detects the steering torque of the handle 1, and a motor 20 that assists the steering force of the handle 1 is connected to the column shaft 2 via the reduction gear 3. . The control unit (ECU) 30 that controls the electric power steering apparatus is supplied with electric power from the battery 13 and also receives an ignition key signal via the ignition key 11. Based on the steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vel detected by the vehicle speed sensor 12, the control unit 30 calculates the current command value of the assist command using the assist map, and calculates the calculated current. The current supplied to the motor 20 is controlled by a voltage control value Vref obtained by compensating the command value.

コントロールユニット30には、車両の各種情報を授受するCAN(Controller Area Network)40が接続されており、車速VelはCAN40から受信することも可能である。また、コントロールユニット30には、CAN40以外の通信、アナログ/ディジタル信号、電波等を授受する非CAN41も接続可能である。   The control unit 30 is connected to a CAN (Controller Area Network) 40 that exchanges various types of vehicle information, and the vehicle speed Vel can also be received from the CAN 40. The control unit 30 can be connected to a non-CAN 41 that exchanges communications, analog / digital signals, radio waves, and the like other than the CAN 40.

このような電動パワーステアリング装置において、コントロールユニット30は主としてCPU(MPUやMCUを含む)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、例えば図2に示されるような構成となっている。   In such an electric power steering apparatus, the control unit 30 is mainly composed of a CPU (including an MPU and MCU). General functions executed by a program inside the CPU are shown in FIG. The structure is

図2を参照してコントロールユニット30の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ10からの操舵トルクTh及び車速センサ12からの車速Velは電流指令値を演算するトルク制御部31に入力され、演算された電流指令値Iref1は減算部32Bに入力され、モータ電流検出値Imと減算される。減算部32Bでの減算結果である偏差I(=Iref1−Im)はPI制御等の電流制御部35で制御され、電流制御された電圧制御値VrefがPWM制御部36に入力されてデューティを演算され、PWM信号でインバータ37を介してモータ20をPWM駆動する。モータ20のモータ電流値Imはモータ電流検出器38で検出され、減算部32Bに入力されてフィードバックされる。モータ20にはレゾルバ等の回転角センサ21が連結されており、回転角(モータ角)θが検出されて出力される。   The function and operation of the control unit 30 will be described with reference to FIG. 2. The steering torque Th from the torque sensor 10 and the vehicle speed Vel from the vehicle speed sensor 12 are input to and calculated by the torque control unit 31 that calculates the current command value. The current command value Iref1 is input to the subtraction unit 32B and is subtracted from the motor current detection value Im. Deviation I (= Iref1-Im) as a subtraction result in subtraction unit 32B is controlled by current control unit 35 such as PI control, and current-controlled voltage control value Vref is input to PWM control unit 36 to calculate the duty. Then, the motor 20 is PWM driven via the inverter 37 with the PWM signal. The motor current value Im of the motor 20 is detected by the motor current detector 38, and is input to the subtraction unit 32B and fed back. A rotation angle sensor 21 such as a resolver is connected to the motor 20, and a rotation angle (motor angle) θ is detected and output.

このような電動パワーステアリング装置では、操舵系の最大舵角(ラックエンド)の近傍で大きなアシストトルクがモータにより付加されると、操舵系が最大舵角に至った時点で大きな衝撃が生じ、トルク及び推力伝達機構に過大な負荷がかかり、耐久性を劣化させる可能性がある。   In such an electric power steering device, when a large assist torque is applied by the motor in the vicinity of the maximum steering angle (rack end) of the steering system, a large impact occurs when the steering system reaches the maximum steering angle, and the torque In addition, an excessive load is applied to the thrust transmission mechanism, which may deteriorate durability.

そのため、特公平6−4417号公報(特許文献1)には、操舵系の操舵角が最大操舵角より所定値手前になったことを判定する操舵角判定手段を備えると共に、操舵角が最大操舵角より所定値手前になったときにモータへ供給する電力を減少させて、アシストトルクを減少させる補正手段を備えた電動式パワーステアリング装置が開示されている。   Therefore, Japanese Patent Publication No. 6-4417 (Patent Document 1) includes steering angle determination means for determining that the steering angle of the steering system is a predetermined value before the maximum steering angle, and the steering angle is maximum steering. There has been disclosed an electric power steering apparatus provided with a correction means for reducing the assist torque by reducing the electric power supplied to the motor when the angle is a predetermined value before the angle.

また、特許第4115156号公報(特許文献2)には、調節機構が端位置に近づいているかどうかを決定し、調節機構が端位置に近づいていることがわかった場合、ステアリング補助を減少するように駆動手段を制御し、調節機構が端位置に近付く速度を決定するため、位置センサによって決定された調節速度が評価される電動パワーステアリング装置が示されている。   Japanese Patent No. 4115156 (Patent Document 2) determines whether or not the adjusting mechanism is approaching the end position, and if it is found that the adjusting mechanism is approaching the end position, the steering assist is reduced. An electric power steering device is shown in which the adjustment speed determined by the position sensor is evaluated in order to control the drive means and determine the speed at which the adjustment mechanism approaches the end position.

特公平6−4417号公報Japanese Patent Publication No. 6-4417 特許第4115156号公報Japanese Patent No. 4115156

しかしながら、特許文献1に開示された電動式パワーステアリング装置では、操舵角が最大操舵角より所定値手前になったことで電力を減少させており、操舵速度等を全く考慮していないので、微細な電流低減制御ができない。また、モータのアシストトルクを減少させる特性が全く示されておらず、具体的な構成となっていない。   However, in the electric power steering apparatus disclosed in Patent Document 1, the power is reduced because the steering angle is a predetermined value before the maximum steering angle, and the steering speed is not considered at all. Current reduction control is not possible. Moreover, the characteristic which reduces the assist torque of a motor is not shown at all, and it is not a concrete structure.

また、特許文献2に開示された電動パワーステアリング装置では、アシスト量が終端に向かうに従って減少していくが、終端に近づく速度に応じてアシスト量低減の速さを調整し、終端での速度を十分に落とすようにしている。しかし、特許文献2では、速度に応じて低減する特性を変化させることのみを示しており、物理的なモデルには基づいていない。また、フィードバック制御していないため、路面状況(負荷状態)によっては特性或いは結果が変化する恐れがある。   Moreover, in the electric power steering device disclosed in Patent Document 2, the assist amount decreases as it approaches the end, but the assist amount reduction speed is adjusted according to the speed approaching the end, and the speed at the end is increased. I try to drop it enough. However, Patent Document 2 shows only changing the characteristics to be reduced according to the speed, and is not based on a physical model. In addition, since feedback control is not performed, characteristics or results may change depending on road surface conditions (load conditions).

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、物理モデルに基づいた制御系を構成し、規範モデルに制御対象の出力(ラックエンドまでの距離)が追従するようなモデルフォローイング制御を構成し、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制する電動パワーステアリング装置を提供することにある。また、微小なトルク変動やモータ角変化によって電流指令値や制御量が変動した場合、これらがフィードバックされることで運転者が継続して感じるおそれがある不快な振動の低減を図る。   The present invention has been made under the circumstances described above, and an object of the present invention is to configure a control system based on a physical model so that the output of the control target (distance to the rack end) follows the reference model. It is an object of the present invention to provide an electric power steering device that constitutes simple model following control and suppresses breakage of a torque and thrust transmission mechanism. In addition, when the current command value or the control amount varies due to minute torque variation or motor angle variation, these are fed back to reduce unpleasant vibration that the driver may continuously feel.

本発明は、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、ラックエンド手前の所定角度の範囲内で粘弾性モデルを規範モデルとしたモデルフォローイング制御の構成とし、前記モデルフォローイング制御の構成がフィードバック制御部を具備し、前記モデルフォローイング制御がノイズ低減の機能を有し、ラックエンド端当てを防止することにより達成される。   The present invention relates to an electric power steering apparatus that calculates a current command value based on at least a steering torque and drives a motor based on the current command value to assist control the steering system. The model following control has a viscoelastic model as a reference model within a predetermined angle range in front of the rack end. The model following control has a feedback control unit, and the model following control has a noise reduction function. It is achieved by having a function and preventing rack end end contact.

また、少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値1を演算し、前記電流指令値1に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記電流指令値1をラック軸力若しくはコラム軸トルク1に変換する第1の変換部と、前記モータの回転角から判定用ラック位置に変換するラック位置変換部と、前記判定用ラック位置に基づいてラックエンドに接近したことを判定し、ラック変位及び切替信号を出力するラックエンド接近判定部と、前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1、前記ラック変位及び前記切替信号に基づいて、粘弾性モデルを規範モデルとしたラック軸力若しくはコラム軸トルク2を生成する粘弾性モデル追従制御部と、前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク2を電流指令値2に変換する第2の変換部とを具備し、前記粘弾性モデル追従制御部が、前記ラック変位及び前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1に基づいてフィードバック制御してラック軸力若しくはコラム軸トルク2を出力するフィードバック制御部と、前記切替信号により前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク2の出力をON/OFFする切替部と、前記ラック変位又は前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1に含まれるノイズを低減する少なくとも1つのノイズ低減部とを具備しており、前記電流指令値2を前記電流指令値1に加算して前記アシスト制御を行い、ラックエンド端当てを防止することにより達成される。   In addition, the present invention relates to an electric power steering apparatus that calculates a current command value 1 based on at least a steering torque and drives the motor based on the current command value 1 to assist control the steering system. Based on the first conversion unit that converts the current command value 1 into rack axial force or column shaft torque 1, the rack position conversion unit that converts the rotation angle of the motor into the determination rack position, and the determination rack position. A viscoelasticity model based on the rack end force determining unit that determines that the rack end is approached and outputs a rack displacement and switching signal, the rack axial force or column shaft torque 1, the rack displacement and the switching signal. A viscoelastic model follow-up control unit for generating rack axial force or column axial torque 2 with reference to And a second converter that converts the motor shaft torque 2 into the current command value 2, and the viscoelastic model following control unit performs feedback control based on the rack displacement and the rack shaft force or the column shaft torque 1. A feedback control unit for outputting rack axial force or column shaft torque 2, a switching unit for turning on / off the output of rack axial force or column shaft torque 2 according to the switching signal, rack displacement or rack axial force or And at least one noise reduction unit that reduces noise included in the column shaft torque 1, and performs the assist control by adding the current command value 2 to the current command value 1, thereby performing rack end end fitting. This is achieved by preventing.

本発明の上記目的は、前記ノイズ低減部が、前記フィードバック制御部への前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1の入力の前段に設けられていることにより、或いは前記ノイズ低減部が、前記切替部からの前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク2の出力の後段に設けられていることにより、或いは前記ノイズ低減部が、前記フィードバック制御部への前記ラック変位の入力の前段に設けられていることにより、或いは前記ノイズ低減部が、前記フィードバック制御部の内部に設けられていることにより、或いは前記ノイズ低減部がステアリング速度情報に応じて変化する特性を有することにより、或いは前記ノイズ低減部の特性が、前記ステアリング速度情報が小さいほど、ノイズを低減する割合が大きくなることにより、或いは前記ノイズ低減部の特性が、前記ステアリング速度情報の変化に合わせて徐々に変化することにより、或いは前記ステアリング速度情報がモータ角速度又はラック変位速度であることにより、或いは前記ラック変位によって、前記フィードバック制御部のパラメータを変更することにより、より効果的に達成される。   The object of the present invention is that the noise reduction unit is provided before the rack shaft force or column shaft torque 1 is input to the feedback control unit, or the noise reduction unit is the switching unit. By providing the output of the rack axial force or column shaft torque 2 from the rear stage, or by providing the noise reduction unit before the input of the rack displacement to the feedback control unit. Alternatively, the noise reduction unit is provided inside the feedback control unit, or the noise reduction unit has a characteristic that changes according to steering speed information, or the characteristic of the noise reduction unit is The smaller the steering speed information, the greater the ratio of noise reduction, or When the characteristic of the noise reduction unit changes gradually according to the change of the steering speed information, or when the steering speed information is a motor angular speed or a rack displacement speed, or by the rack displacement, the feedback control unit This can be achieved more effectively by changing the parameters.

本発明の電動パワーステアリング装置によれば、物理モデルに基づいた制御系を構成しているので、定数設計に見通しが立て易くなり、規範モデルに制御対象の出力(ラックエンドまでの距離)が追従するようなモデルフォローイング制御を構成しているので、負荷状態(外乱)や制御対象の変動にロバスト(頑健)なトルク及び推力伝達機構の保護が可能となる利点がある。   According to the electric power steering apparatus of the present invention, since the control system based on the physical model is configured, it is easy to make a constant design perspective, and the output of the control target (distance to the rack end) follows the reference model. Therefore, there is an advantage that it is possible to protect the torque and the thrust transmission mechanism that are robust against the load state (disturbance) and the fluctuation of the control target.

また、フィードバック経路にノイズ低減部を設けているので、微小な電流指令値の変化やモータ角の変化があっても、運転者に不快な振動を感じさせることを抑制することができる。   In addition, since the noise reduction unit is provided in the feedback path, it is possible to suppress the driver from feeling unpleasant vibration even if there is a minute change in the current command value or a change in the motor angle.

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing an outline of an electric power steering device. 電動パワーステアリング装置の制御系の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the control system of an electric power steering apparatus. 本発明の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of this invention. ラック位置変換部の特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of a characteristic of a rack position conversion part. 粘弾性モデル追従制御部の構成例(実施形態1)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example (Embodiment 1) of a viscoelastic model follow-up control part. 粘弾性モデル追従制御部の構成例(実施形態2)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example (2nd Embodiment) of a viscoelastic model follow-up control part. 本発明の動作例(全体)を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example (whole) of this invention. 粘弾性モデル追従制御部の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of a viscoelastic model follow-up control part. 粘弾性モデルの模式図である。It is a schematic diagram of a viscoelastic model. 粘弾性モデル追従制御部の詳細原理を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the detailed principle of a viscoelastic model follow-up control part. 粘弾性モデル追従制御部の詳細原理を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the detailed principle of a viscoelastic model follow-up control part. 粘弾性モデル追従制御部の詳細原理を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the detailed principle of a viscoelastic model follow-up control part. 粘弾性モデル追従制御部の詳細原理を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the detailed principle of a viscoelastic model follow-up control part. 粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例(実施形態3)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structural example (Embodiment 3) of a viscoelastic model follow-up control part. 粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例(実施形態4)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structural example (Embodiment 4) of a viscoelastic model follow-up control part. ラック位置によって規範モデルのパラメータを変更する例を示す図である。It is a figure which shows the example which changes the parameter of a reference | standard model according to a rack position. 粘弾性モデル追従制御部の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of a viscoelastic model follow-up control part. 本発明の構成例(実施例1)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example (Example 1) of this invention. 粘弾性モデル追従制御部の構成例(実施例1)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example (Example 1) of a viscoelastic model follow-up control part. 粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例(実施例1)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structural example (Example 1) of a viscoelastic model follow-up control part. ノイズ低減部の周波数特性(振幅特性)の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the frequency characteristic (amplitude characteristic) of a noise reduction part. 本発明の動作例(全体)(実施例1)を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example (whole) (Example 1) of this invention. 粘弾性モデル追従制御部の動作例(実施例1)を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example (Example 1) of a viscoelastic model follow-up control part. 粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例(実施例2)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structural example (Example 2) of a viscoelastic model follow-up control part. 粘弾性モデル追従制御部の動作例(実施例2)を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example (Example 2) of a viscoelastic model follow-up control part. 粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例(実施例3)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structural example (Example 3) of a viscoelastic model follow-up control part. 粘弾性モデル追従制御部の動作例(実施例3)を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example (Example 3) of a viscoelastic model follow-up control part. 本発明の構成例(実施例4)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example (Example 4) of this invention. 粘弾性モデル追従制御部の構成例(実施例4)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example (Example 4) of a viscoelastic model follow-up control part.

本発明は、ラックエンド近傍の物理モデルに基づいた制御系を構成し、粘弾性モデル(バネ定数、粘性摩擦係数)を規範モデルとし、その規範モデルに制御対象の出力(ラックエンドまでの距離)が追従するようなモデルフォローイング制御を構成し、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制する電動パワーステアリング装置である。   The present invention constitutes a control system based on a physical model in the vicinity of the rack end, uses a viscoelastic model (spring constant, viscous friction coefficient) as a reference model, and outputs the control target (distance to the rack end) to the reference model. This is an electric power steering device that constitutes model following control that follows and suppresses damage to the torque and thrust transmission mechanism.

モデルフォローイング制御は粘弾性モデル追従制御部で構成し、粘弾性モデル追従制御部をフィードバック制御部で構成し、ラックエンド手前の所定角度外では通常のアシスト制御を行い、ラックエンド手前の所定角度内でモデルフォローイング制御を行い、ラックエンドに当たることを防止する。   Model following control consists of a viscoelastic model following control unit, and the viscoelastic model following control unit consists of a feedback control unit. The model following control is performed in the inside to prevent hitting the rack end.

また、微小な操舵トルクの変化やモータ角の変化により発生する振動(ノイズ)を抑制するためのノイズ低減部を設ける。これらの変化は粘弾性モデル追従制御部を介してフィードバックされ、振動が継続することになるので、ノイズ低減部は粘弾性モデル追従制御部内に設ける。運転者は特に高周波数の振動を不快な振動として感じやすいので、ノイズ低減部は高周波数成分を低減するような特性を有する。ノイズ低減部の特性は、モータ角速度やラック変位速度等のステアリング速度情報に応じて変化する。即ち、運転者が不快な振動を感じるのは保舵しているときや操舵速度が遅いときであるから、ステアリング速度情報が小さいときはノイズの抑制効果が大きい特性とし、ステアリング速度情報が大きいときは、制御の応答性を高くしなければ端当て防止の効果が薄れるので、ノイズの抑制効果が小さい特性となるように調整される。さらに、ノイズ低減部の特性が急激に変化し、モータトルクが急変すると、運転者に不快な振動として伝わるおそれがあるので、特性が急激に変化しないように、ステアリング速度情報の変化に合わせて特性が徐々に変化するように調整される。   In addition, a noise reduction unit is provided for suppressing vibration (noise) generated by a minute change in steering torque or a change in motor angle. Since these changes are fed back via the viscoelastic model follow-up control unit and vibration continues, the noise reduction unit is provided in the viscoelastic model follow-up control unit. Since the driver tends to feel high-frequency vibrations as unpleasant vibrations in particular, the noise reduction unit has characteristics that reduce high-frequency components. The characteristics of the noise reduction unit change according to steering speed information such as a motor angular speed and a rack displacement speed. In other words, the driver feels uncomfortable vibrations when the steering wheel is being held or when the steering speed is slow. Therefore, when the steering speed information is small, the noise suppression effect is large, and when the steering speed information is large. If the control responsiveness is not increased, the effect of preventing end contact is reduced, so that the noise suppression effect is adjusted to be small. Furthermore, if the characteristics of the noise reduction section change suddenly and the motor torque changes suddenly, it may be transmitted as an unpleasant vibration to the driver, so the characteristics will be matched to changes in the steering speed information so that the characteristics do not change suddenly. Is adjusted to gradually change.

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図3は本発明の実施形態の一例を図2に対応させて示しており、電流指令値Iref1は変換部101でラック軸力fに変換され、ラック軸力fは粘弾性モデル追従制御部120に入力される。ラック軸力fはコラム軸トルクと等価であるが、以下の説明では便宜的にラック軸力として説明する。なお、図2に示される構成と同一構成には同一符号を付して説明は省略する。   FIG. 3 shows an example of an embodiment of the present invention corresponding to FIG. 2. The current command value Iref1 is converted into the rack axial force f by the conversion unit 101, and the rack axial force f is converted into the viscoelastic model following control unit 120. Is input. The rack axial force f is equivalent to the column axial torque, but in the following description, it will be described as a rack axial force for convenience. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the structure shown by FIG. 2, and description is abbreviate | omitted.

電流指令値Iref1からラック軸力fへの変換は、下記数1に従って行われる。   The conversion from the current command value Iref1 to the rack axial force f is performed according to the following equation (1).

Figure 2017171058
ここで、Ktをトルク定数[Nm/A]、Grを減速比、Cfを比ストローク[m/rev.]として、G1=Kt×Gr×(2π/Cf)である。
Figure 2017171058
Here, Kt is a torque constant [Nm / A], Gr is a reduction ratio, and Cf is a specific stroke [m / rev. ], G1 = Kt × Gr × (2π / Cf).

回転角センサ21からの回転角θ(モータ角)はラック位置変換部100に入力され、判定用ラック位置Rxに変換される。判定用ラック位置Rxはラックエンド接近判定部110に入力され、ラックエンド接近判定部110は図4に示すように、判定用ラック位置Rxがラックエンド手前の所定位置x以内にあると判定したときに端当て抑制制御機能を働かせ、ラック変位xを出力すると共に切替信号SWSを出力する。切替信号SWS及びラック変位xは、ラック軸力fと共に粘弾性モデル追従制御部120へ入力され、粘弾性モデル追従制御部120で制御演算されたラック軸力ffは変換部102で電流指令値Iref2に変換され、電流指令値Iref2は加算部103で電流指令値Iref1と加算されて電流指令値Iref3となる。電流指令値Iref3に基づいて、上述したアシスト制御が行われる。 The rotation angle θ (motor angle) from the rotation angle sensor 21 is input to the rack position conversion unit 100 and converted to the determination rack position Rx. Determination rack position Rx is input to the rack end approach determination unit 110, the rack end approach determination unit 110 as shown in FIG. 4, the determination rack position Rx is determined that there is within a predetermined position x 0 of the front rack end Sometimes the end contact suppression control function is activated to output the rack displacement x and the switching signal SWS. The switching signal SWS and the rack displacement x are input to the viscoelastic model follow-up control unit 120 together with the rack axial force f, and the rack axial force ff controlled and calculated by the viscoelastic model follow-up control unit 120 is converted into a current command value Iref2 by the conversion unit 102. The current command value Iref2 is added to the current command value Iref1 by the adding unit 103 to become the current command value Iref3. The assist control described above is performed based on the current command value Iref3.

なお、図4に示すラックエンド近接領域を設定する所定位置xは、適宜な位置に設定可能である。また、回転角θをモータに連結された回転角センサ21から得ているが、舵角センサから取得するようにしても良い。 The predetermined position x 0 to set the rack end proximal region shown in FIG. 4 can be set at an appropriate position. Further, although the rotation angle θ is obtained from the rotation angle sensor 21 connected to the motor, it may be obtained from the steering angle sensor.

変換部102でのラック軸力ffから電流指令値Iref2への変換は、下記数2に従って行われる。   The conversion from the rack axial force ff to the current command value Iref2 in the conversion unit 102 is performed according to the following formula 2.

Figure 2017171058

粘弾性モデル追従制御部120の詳細を、図5又は図6に示す。
Figure 2017171058

Details of the viscoelastic model follow-up control unit 120 are shown in FIG. 5 or FIG.

図5の実施形態1では、ラック軸力fはフィードフォワード制御部130及びフィードバック制御部140に入力され、ラック変位xはフィードバック制御部140に入力される。フィードフォワード制御部130からのラック軸力FFは切替部121に入力され、フィードバック制御部140からのラック軸力FBは切替部122に入力される。切替部121及び122は切替信号SWSによってON/OFFされ、切替信号SWSによってOFFされているときは、各出力u及びuはゼロである。切替信号SWSによって切替部121及び122がONされたとき、切替部121からのラック軸力FFがラック軸力uとして出力され、切替部122からのラック軸力FBがラック軸力uとして出力される。切替部121及び122からのラック軸力u及びuが加算部123で加算され、加算値のラック軸力ffが粘弾性モデル追従制御部120から出力される。ラック軸力ffは、変換部102で電流指令値Iref2に変換される。 In Embodiment 1 of FIG. 5, the rack axial force f is input to the feedforward control unit 130 and the feedback control unit 140, and the rack displacement x is input to the feedback control unit 140. The rack axial force FF from the feedforward control unit 130 is input to the switching unit 121, and the rack axial force FB from the feedback control unit 140 is input to the switching unit 122. The switching units 121 and 122 are turned on / off by the switching signal SWS, and when the switching units 121 and 122 are turned off by the switching signal SWS, the outputs u 1 and u 2 are zero. When the switching unit 121 and 122 are ON by the switching signal SWS, the rack shaft force FF from the switching unit 121 is output as the rack shaft force u 1, the rack shaft force FB from the switching unit 122 as a rack axial force u 2 Is output. The rack axial forces u 1 and u 2 from the switching units 121 and 122 are added by the adding unit 123, and the added rack axial force ff is output from the viscoelastic model following control unit 120. The rack axial force ff is converted into a current command value Iref2 by the converter 102.

また、図6の実施形態2では、ラック変位xはフィードフォワード制御部130及びフィードバック制御部140に入力され、ラック軸力fはフィードバック制御部140に入力される。以下は図5の実施形態1と同様に、フィードフォワード制御部130からのラック軸力FFは切替部121に入力され、フィードバック制御部140からのラック軸力FBは切替部122入力される。切替部121及び122は切替信号SWSによってON/OFFされ、切替信号SWSによってOFFされているときは、各出力u及びuはゼロである。切替信号SWSによって切替部121及び122がONされたとき、切替部121からのラック軸力FFがラック軸力uとして出力され、切替部122からのラック軸力FBがラック軸力uとして出力される。切替部121及び122からのラック軸力u及びuが加算部123で加算され、加算値のラック軸力ffが粘弾性モデル追従制御部120から出力される。ラック軸力ffは変換部102で電流指令値Iref2に変換される。 In the second embodiment of FIG. 6, the rack displacement x is input to the feedforward control unit 130 and the feedback control unit 140, and the rack axial force f is input to the feedback control unit 140. In the following, the rack axial force FF from the feedforward control unit 130 is input to the switching unit 121 and the rack axial force FB from the feedback control unit 140 is input to the switching unit 122 as in the first embodiment of FIG. The switching units 121 and 122 are turned on / off by the switching signal SWS, and when the switching units 121 and 122 are turned off by the switching signal SWS, the outputs u 1 and u 2 are zero. When the switching unit 121 and 122 are ON by the switching signal SWS, the rack shaft force FF from the switching unit 121 is output as the rack shaft force u 1, the rack shaft force FB from the switching unit 122 as a rack axial force u 2 Is output. The rack axial forces u 1 and u 2 from the switching units 121 and 122 are added by the adding unit 123, and the added rack axial force ff is output from the viscoelastic model following control unit 120. The rack axial force ff is converted into a current command value Iref2 by the converter 102.

このような構成において、先ず本発明の動作例全体を図7のフローチャートを参照して、次いで粘弾性モデル追従制御(実施形態1及び2)の動作例を図8のフローチャートを参照して説明する。   In such a configuration, first, an entire operation example of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. .

スタート段階においては、切替部121及び122は切替信号SWSによってOFFされている。そして、動作がスタートすると先ず、トルク制御部31は操舵トルクTh及び車速Velに基づいて電流指令値Iref1を演算し(ステップS10)、ラック位置変換部100は回転角センサ21からの回転角θを判定用ラック位置Rxに変換する(ステップS11)。ラックエンド接近判定部110は判定用ラック位置Rxに基づいてラックエンド接近か否かを判定し(ステップS12)、ラックエンド接近でない場合には、粘弾性モデル追従制御部120からラック軸力ffは出力されず、電流指令値Iref1に基づく通常の操舵制御が実行され(ステップS13)、終了となるまで継続される(ステップS14)。   In the start stage, the switching units 121 and 122 are turned off by the switching signal SWS. When the operation starts, first, the torque control unit 31 calculates the current command value Iref1 based on the steering torque Th and the vehicle speed Vel (step S10), and the rack position conversion unit 100 calculates the rotation angle θ from the rotation angle sensor 21. Conversion to the determination rack position Rx (step S11). The rack end approach determination unit 110 determines whether the rack end is approaching based on the determination rack position Rx (step S12). If the rack end approach is not approaching, the rack axial force ff is obtained from the viscoelastic model following control unit 120. The normal steering control based on the current command value Iref1 is executed without being output (step S13), and is continued until the end (step S14).

一方、ラックエンド接近判定部110でラックエンド接近が判定された場合には、粘弾性モデル追従制御部120による粘弾性モデル追従制御が実行される(ステップS20)。即ち、図8に示すように、ラックエンド接近判定部110から切替信号SWSが出力されると共に(ステップS201)、ラック変位xが出力される(ステップS202)。また、変換部101は、前記数1に従って電流指令値Iref1をラック軸力fに変換する(ステップS203)。図5の実施形態1では、フィードフォワード制御部130はラック軸力fに基づいてフィードフォワード制御を行い(ステップS204)、フィードバック制御部140はラック変位x及びラック軸力fに基づいてフィードバック制御を行う(ステップS205)。また、図6の実施形態2では、フィードフォワード制御部130はラック変位xに基づいてフィードフォワード制御を行い(ステップS204)、フィードバック制御部140はラック変位x及びラック軸力fに基づいてフィードバック制御を行う(ステップS205)。なお、いずれの場合も、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の順番は、逆であっても良い。   On the other hand, when the rack end approach determination unit 110 determines the rack end approach, the viscoelastic model follow-up control by the viscoelastic model follow-up control unit 120 is executed (step S20). That is, as shown in FIG. 8, the switching signal SWS is output from the rack end approach determination unit 110 (step S201), and the rack displacement x is output (step S202). Further, the conversion unit 101 converts the current command value Iref1 into the rack axial force f according to the equation 1 (step S203). In Embodiment 1 of FIG. 5, the feedforward control unit 130 performs feedforward control based on the rack axial force f (step S204), and the feedback control unit 140 performs feedback control based on the rack displacement x and the rack axial force f. This is performed (step S205). In Embodiment 2 of FIG. 6, the feedforward control unit 130 performs feedforward control based on the rack displacement x (step S204), and the feedback control unit 140 performs feedback control based on the rack displacement x and the rack axial force f. Is performed (step S205). In any case, the order of the feedforward control and the feedback control may be reversed.

ラックエンド接近判定部110からの切替信号SWSは切替部121及び122に入力され、切替部121及び122がONされる(ステップS206)。切替部121及び122がONされると、フィードフォワード制御部130からのラック軸力FFがラック軸力uとして出力され、フィードバック制御部140からのラック軸力FBがラック軸力uとして出力される。ラック軸力u及びuは加算部123で加算され(ステップS207)、加算結果としてのラック軸力ffが変換部102で、前記数2に従って電流指令値Iref2に変換される(ステップS208)。 The switching signal SWS from the rack end approach determination unit 110 is input to the switching units 121 and 122, and the switching units 121 and 122 are turned on (step S206). When the switching unit 121 and 122 is turned ON, the output rack shaft force FF from the feedforward controller 130 is a rack axial force u 1, the output rack shaft force from the feedback control unit 140 FB is a rack axial force u 2 Is done. The rack axial forces u 1 and u 2 are added by the adding unit 123 (step S207), and the rack axial force ff as an addition result is converted by the converting unit 102 into the current command value Iref2 according to the equation 2 (step S208). .

ここで、本発明の粘弾性モデル追従制御部120は、ラックエンド近辺の物理モデルに基づいた制御系となっており、ラックエンド手前の所定角度以内で粘弾性モデル(バネ定数k[N/m]、粘性摩擦係数μ[N/(m/s)])を規範モデル(入力:力、出力:変位で記述された物理モデル)としたモデルフォローイング制御を構成し、ラックエンドに当たることを防止している。 Here, the viscoelastic model follow-up control unit 120 of the present invention is a control system based on a physical model in the vicinity of the rack end, and the viscoelastic model (spring constant k 0 [N / m], viscous friction coefficient μ [N / (m / s)]) as a model model (input: force, output: physical model described by displacement), and is configured to hit the rack end. It is preventing.

図9はラックエンド近傍の模式図を示しており、質量mと力F,Fの関係は数3である。粘弾性モデルの方程式の算出は、例えば関西大学理工学会誌「理工学と技術」Vol.17(2010)の「弾性膜と粘弾性の力学の基礎」(大場謙吉)に示されている。 FIG. 9 shows a schematic diagram in the vicinity of the rack end, and the relationship between the mass m and the forces F 0 and F 1 is Equation 3. The calculation of the viscoelastic model equation is described in, for example, Journal of Science and Engineering of Kansai University “Science and Technology” Vol. 17 (2010), “Basics of Elastic Films and Viscoelastic Mechanics” (Kenkichi Ohba).

Figure 2017171058
そして、ラック変位x、xに対して、k、kをバネ定数とすると、数4〜数6が成立する。
Figure 2017171058
When k 0 and k 1 are spring constants with respect to the rack displacements x 1 and x 2 , Equations 4 to 6 are established.

Figure 2017171058
Figure 2017171058

Figure 2017171058
Figure 2017171058

Figure 2017171058
従って、上記数3に上記数4〜数6を代入して数7となる。
Figure 2017171058
Accordingly, Equation 7 is obtained by substituting Equation 4 to Equation 6 into Equation 3.

Figure 2017171058
上記数7を微分すると、下記数8となり、μ/kを両辺に乗算すると数9となる。
Figure 2017171058
When the above formula 7 is differentiated, the following formula 8 is obtained. When μ 1 / k 1 is multiplied on both sides, the formula 9 is obtained.

Figure 2017171058
Figure 2017171058

Figure 2017171058
そして、数7と数9を加算すると、数10となる。
Figure 2017171058
Then, when Expression 7 and Expression 9 are added, Expression 10 is obtained.

Figure 2017171058

数10に上記数4及び数6を代入すると、下記数11となる。
Figure 2017171058

Substituting Equation 4 and Equation 6 into Equation 10 yields Equation 11 below.

Figure 2017171058
ここで、μ/k=τ,k=E,μ(1/k+1/k)=τδとすると、上記数11は数12となり、ラプラス変換すると数13が成立する。
Figure 2017171058
Here, when μ 1 / k 1 = τ e , k 0 = E r , μ 1 (1 / k 0 + 1 / k 1 ) = τ δ , the above equation 11 becomes the equation 12, and the Laplace transform yields the equation 13 To establish.

Figure 2017171058
Figure 2017171058

Figure 2017171058
上記数13をX(s)/F(s)で整理すると、下記数14となる。
Figure 2017171058
When the above equation 13 is arranged by X (s) / F (s), the following equation 14 is obtained.

Figure 2017171058
数14は入力力fから出力変位xまでの特性を示す3次の物理モデル(伝達関数)となり、バネ定数k=∞のバネとするとτ→0であり、τδ=μ・1/kであるので、2次関数の下記数15が導かれる。
Figure 2017171058
Equation 14 is a third-order physical model (transfer function) indicating the characteristics from the input force f to the output displacement x. When a spring having a spring constant k 1 = ∞, τ e → 0 and τ δ = μ 1 · 1. Since / k 0 , the following equation 15 of the quadratic function is derived.

Figure 2017171058

本発明では、数15で表される2次関数を規範モデルGmとして説明する。即ち、数16を規範モデルGmとしている。ここで、μ=μとしている。
Figure 2017171058

In the present invention, the quadratic function expressed by Equation 15 will be described as the reference model Gm. That is, Equation 16 is used as the reference model Gm. Here, μ 1 = μ.

Figure 2017171058

次に、電動パワーステアリング装置の実プラント146を下記数17で表わされるPとし、本発明の規範モデル追従型制御を2自由度制御系で設計すると、Pn及びPdを実際のモデルとして図10の構成となる。ブロック143(Cd)は制御要素部を示している。(例えば朝倉書店発行の前田肇、杉江俊治著「アドバンスト制御のためのシステム制御理論」参照)
Figure 2017171058

Next, when the actual plant 146 of the electric power steering apparatus is set to P represented by the following Expression 17, and the reference model following control of the present invention is designed with a two-degree-of-freedom control system, Pn and Pd are set as actual models in FIG. It becomes composition. A block 143 (Cd) represents a control element part. (For example, see “System Control Theory for Advanced Control” by Satoshi Maeda and Shunji Sugie, published by Asakura Shoten.)

Figure 2017171058
実プラントPを安定な有理関数の比で表わすために、N及びDを下記数18で表わす。Nの分子はPの分子、Dの分子はPの分母となる。ただし、αは(s+α)=0の極が任意に選択できる。
Figure 2017171058
In order to express the actual plant P by the ratio of a stable rational function, N and D are expressed by the following equation (18). The numerator of N is the numerator of P and the numerator of D is the denominator of P. However, the pole of (s + α) = 0 can be arbitrarily selected as α.

Figure 2017171058

図10の構成を規範モデルGmに適用すると、x/f=Gmとなるためには、1/Fを下記数19のように設定する必要がある。なお、数19は、数16及び数18より導かれる。
Figure 2017171058

When the configuration of FIG. 10 is applied to the reference model Gm, 1 / F needs to be set as in the following equation 19 in order to satisfy x / f = Gm. Equation 19 is derived from Equations 16 and 18.

Figure 2017171058
フィードバック制御部のブロックN/Fは下記数20である。
Figure 2017171058
The block N / F of the feedback control unit is the following equation (20).

Figure 2017171058
フィードフォワード制御部のブロックD/Fは下記数21である。
Figure 2017171058
The block D / F of the feedforward control unit is the following equation (21).

Figure 2017171058

2自由度制御系の一例を示す図10において、実プラントPへの入力(ラック軸力若しくはコラム軸トルクに対応する電流指令値)uは、下記数22で表される。
Figure 2017171058

In FIG. 10 showing an example of the two-degree-of-freedom control system, the input (current command value corresponding to the rack axial force or the column shaft torque) u to the actual plant P is expressed by the following equation (22).

Figure 2017171058
また、実プラントPの出力(ラック変位)xは下記数23である。
Figure 2017171058
Further, the output (rack displacement) x of the actual plant P is the following Expression 23.

Figure 2017171058
数23を整理し、出力xの項を左辺に、fの項を右辺に揃えると、数24が導かれる。
Figure 2017171058
By arranging Equation 23 and aligning the term of the output x with the left side and the term of f with the right side, Equation 24 is derived.

Figure 2017171058
数24を入力fに対する出力xの伝達関数として表わすと、数25となる。ここで、3項目以降ではP=Pn/Pdとして表現している。
Figure 2017171058
When Expression 24 is expressed as a transfer function of the output x with respect to the input f, Expression 25 is obtained. Here, P = Pn / Pd is expressed from the third item onward.

Figure 2017171058

実プラントPを正確に表現できたとすれば、Pn=N、Pd=Dとすることができ、入力fに対する出力xの特性は、Pn/F(=N/F)として表わされるので、数26が成立する。
Figure 2017171058

If the actual plant P can be expressed accurately, Pn = N and Pd = D can be obtained, and the characteristic of the output x with respect to the input f is expressed as Pn / F (= N / F). Is established.

Figure 2017171058
入力fに対して出力xの特性(規範モデル(伝達関数))を、下記数27のようにすると考えるとき、
Figure 2017171058
When considering that the characteristic of the output x with respect to the input f (reference model (transfer function)) is

Figure 2017171058
1/Fを下記数28のようにすることで達成できる。
Figure 2017171058
This can be achieved by setting 1 / F to the following formula 28.

Figure 2017171058

図10において、フィードフォワード制御系をブロック144→実プラントPの経路で考えると、図11となる。ここで、P=N/Dとすると、図11(A)は図11(B)となり、数20より図11(C)が得られる。図11(C)より、f=(m・s+μ・s+k0)xとなるので、これを逆ラプラス変換すると、下記数29が得られる。
Figure 2017171058

In FIG. 10, when the feedforward control system is considered by the route of block 144 → actual plant P, FIG. 11 is obtained. Here, if P = N / D, FIG. 11A becomes FIG. 11B, and FIG. From FIG. 11C, f = (m · s 2 + μ · s + k0) x. Therefore, when this is inverse Laplace transformed, the following equation 29 is obtained.

Figure 2017171058

一方、図12に示すようなフィードフォワード制御系の伝達関数ブロックを考えると、下記数30が入力f及び出力xにおいて成立する。
Figure 2017171058

On the other hand, when a transfer function block of the feedforward control system as shown in FIG. 12 is considered, the following equation 30 is established at the input f and the output x.

Figure 2017171058
数30を整理すると下記31となり、数31を入力fについて整理すると、数32が得られる。
Figure 2017171058
When the number 30 is arranged, the following 31 is obtained. When the number 31 is arranged for the input f, the number 32 is obtained.

Figure 2017171058
Figure 2017171058

Figure 2017171058

数32を逆ラプラス変換すると上記数29となり、結果的に図13に示すように2つのフィードフォワード制御部A及びBは等価である。
Figure 2017171058

When the inverse Laplace transform is performed on the equation 32, the above equation 29 is obtained. As a result, the two feedforward control units A and B are equivalent as shown in FIG.

上記前提を踏まえ、以下に本発明の具体的な構成例を図14及び図15に示して説明する。図14の実施形態3は図5の実施形態1に対応し、ラック軸力fがフィードフォワード制御部130内のフィードフォワード要素144(数21で示されるD/F)及びフィードバック制御部140に入力され、ラック変位xがフィードバック制御部140に入力される。また、図15の実施形態4は図6の実施形態2に対応し、ラック変位xがフィードフォワード制御部130内のバネ定数項131及び粘性摩擦係数項132に入力され、ラック軸力fがフィードバック制御部140に入力される。   Based on the above assumption, a specific configuration example of the present invention will be described below with reference to FIGS. The third embodiment of FIG. 14 corresponds to the first embodiment of FIG. 5, and the rack axial force f is input to the feedforward element 144 (D / F expressed by Equation 21) and the feedback control unit 140 in the feedforward control unit 130. Then, the rack displacement x is input to the feedback control unit 140. 15 corresponds to the second embodiment of FIG. 6, and the rack displacement x is input to the spring constant term 131 and the viscous friction coefficient term 132 in the feedforward control unit 130, and the rack axial force f is fed back. Input to the control unit 140.

図14の実施形態3ではフィードフォワード要素144からのラック軸力FFは切替部121のb1接点に入力される。また、図15の実施形態4では、フィードフォワード制御部130内のバネ定数項131及び粘性摩擦係数項132の出力を減算部133で減算し、減算部133の減算結果であるラック軸力FFが切替部121のb1接点に入力される。切替部121のa1接点には、固定部125から固定値「0」が入力されている。   In Embodiment 3 of FIG. 14, the rack axial force FF from the feedforward element 144 is input to the b1 contact of the switching unit 121. In Embodiment 4 of FIG. 15, the subtraction unit 133 subtracts the outputs of the spring constant term 131 and the viscous friction coefficient term 132 in the feedforward control unit 130, and the rack axial force FF that is the subtraction result of the subtraction unit 133 is obtained. The signal is input to the b1 contact of the switching unit 121. A fixed value “0” is input from the fixing unit 125 to the a1 contact of the switching unit 121.

図14の実施形態3及び図15の実施形態4のいずれにおいても、フィードバック制御部140はフィードバック要素(N/F)141、減算部142、制御要素部143で構成され、フィードバック制御部140からのラック軸力FB、つまり制御要素部143の出力は切替部122のb2接点に入力される。切替部122のa2接点には、固定部126から固定値「0」が入力されている。   In both Embodiment 3 of FIG. 14 and Embodiment 4 of FIG. 15, the feedback control unit 140 includes a feedback element (N / F) 141, a subtraction unit 142, and a control element unit 143. The rack axial force FB, that is, the output of the control element unit 143 is input to the b2 contact of the switching unit 122. A fixed value “0” is input from the fixing unit 126 to the a2 contact of the switching unit 122.

図14の実施形態3では、ラック軸力fはフィードフォワード制御部130内のフィードフォワード要素144に入力されると共に、フィードバック制御部140のフィードバック要素(N/F)141に入力される。ラック変位xはフィードバック制御部140の減算部142に減算入力されると共に、パラメータ設定部124に入力される。パラメータ設定部124はラック変位xに対して、例えば図16に示すような特性のバネ定数k及び粘性摩擦係数μを出力し、バネ定数k及び粘性摩擦係数μは、フィードフォワード制御部130内のフィードフォワード要素144及びフィードバック制御部140内のフィードバック要素(N/F)141に入力される。 In the third embodiment of FIG. 14, the rack axial force f is input to the feedforward element 144 in the feedforward control unit 130 and also to the feedback element (N / F) 141 of the feedback control unit 140. The rack displacement x is subtracted and input to the subtraction unit 142 of the feedback control unit 140 and is also input to the parameter setting unit 124. The parameter setting unit 124 outputs, for example, a spring constant k 0 and a viscous friction coefficient μ having characteristics as shown in FIG. 16 with respect to the rack displacement x. The spring constant k 0 and the viscous friction coefficient μ are supplied to the feedforward control unit 130. The feed forward element 144 and the feedback element (N / F) 141 in the feedback control unit 140 are input.

図15の実施形態4では、ラック変位xはフィードフォワード制御部130内のバネ定数項131及び粘性摩擦係数項132に入力されると共に、フィードバック制御部140の減算部142に入力され、更にパラメータ設定部124に入力される。ラック軸力fはフィードバック制御部140のフィードバック要素(N/F)141に入力される。パラメータ設定部124はラック変位xに対して、上述と同様なバネ定数k及び粘性摩擦係数μを出力し、バネ定数kはバネ定数項131及びフィードバック要素(N/F)141に入力され、粘性摩擦係数μは粘性摩擦係数項132及びフィードバック要素(N/F)141に入力される。 In the fourth embodiment shown in FIG. 15, the rack displacement x is input to the spring constant term 131 and the viscous friction coefficient term 132 in the feedforward control unit 130 and to the subtraction unit 142 of the feedback control unit 140, and further parameter setting is performed. Is input to the unit 124. The rack axial force f is input to the feedback element (N / F) 141 of the feedback control unit 140. The parameter setting unit 124 outputs a spring constant k 0 and a viscous friction coefficient μ similar to those described above for the rack displacement x, and the spring constant k 0 is input to the spring constant term 131 and the feedback element (N / F) 141. The viscous friction coefficient μ is input to the viscous friction coefficient term 132 and the feedback element (N / F) 141.

また、切替信号SWSは、実施形態3及び4においていずれも切替部121及び122に入力され、切替部121及び122の接点は通常時はそれぞれ接点a1及びa2に接続されており、切替信号SWSによってそれぞれ接点b1及びb2に切替えられるようになっている。   The switching signal SWS is input to the switching units 121 and 122 in the third and fourth embodiments, and the contacts of the switching units 121 and 122 are normally connected to the contacts a1 and a2, respectively. Each of the contacts b1 and b2 is switched.

このような構成において、図15の実施形態4の動作例を図17のフローチャートを参照して説明する。   In such a configuration, an operation example of the fourth embodiment in FIG. 15 will be described with reference to a flowchart in FIG.

ラックエンド接近判定部110から切替信号SWSが出力されると共に(ステップS21)、ラック変位xが出力される(ステップS22)。ラック変位xはバネ定数項131、粘性摩擦係数項132、パラメータ設定部124及び減算部142に入力される。パラメータ設定部124は、ラック変位xに応じて図16の特性に従って求められたバネ定数k及び粘性摩擦係数μを、バネ定数項131、粘性摩擦係数項132及びフィードバック要素(N/F)141に設定する(ステップS23)。また、変換部101は電流指令値Iref1をラック軸力fに変換し(ステップS23A)、ラック軸力fはフィードバック要素(N/F)141に入力され、N/F演算される(ステップS24)。N/F演算値は減算部142に加算入力され、ラック変位xが減算され(ステップS24A)、その減算値が制御要素部143でCd演算される(ステップS24B)。制御要素部143から、演算されたラック軸力FBが出力されて切替部122の接点b2に入力される。 A switching signal SWS is output from the rack end approach determination unit 110 (step S21), and a rack displacement x is output (step S22). The rack displacement x is input to the spring constant term 131, the viscous friction coefficient term 132, the parameter setting unit 124, and the subtraction unit 142. The parameter setting unit 124 calculates the spring constant k 0 and the viscous friction coefficient μ obtained according to the characteristics of FIG. 16 according to the rack displacement x, the spring constant term 131, the viscous friction coefficient term 132, and the feedback element (N / F) 141. (Step S23). Further, the converter 101 converts the current command value Iref1 into the rack axial force f (step S23A), and the rack axial force f is input to the feedback element (N / F) 141 and is subjected to N / F calculation (step S24). . The N / F calculation value is added to the subtraction unit 142, the rack displacement x is subtracted (step S24A), and the subtraction value is Cd calculated by the control element unit 143 (step S24B). The calculated rack axial force FB is output from the control element unit 143 and input to the contact point b2 of the switching unit 122.

フィードフォワード制御部130内の粘性摩擦係数項132は、粘性摩擦係数μに基づいて“(μ−η)・s”の演算を行い(ステップS25)、バネ定数項131にバネ定数kを設定し(ステップS25A)、減算部でバネ定数k及び“(μ−η)・s”の減算を行い(ステップS25B)、演算結果としてラック軸力FFを出力する。ラック軸力FFは切替部121の接点b1に入力される。なお、フィードフォワード制御部130及びフィードバック制御部140の演算の順番は、逆であっても良い。 Viscous friction coefficient term 132 in the feed-forward control unit 130, based on the viscous friction coefficient μ "(μ-η) · s" performs the operation of (step S25), and setting the spring constant k 0 to the spring constant term 131 (step S25A), performs subtraction of the spring constant k 0 and the subtraction unit "(μ-η) · s " ( step S25B), and outputs the rack shaft force FF as the operation result. The rack axial force FF is input to the contact b1 of the switching unit 121. Note that the calculation order of the feedforward control unit 130 and the feedback control unit 140 may be reversed.

ラックエンド接近判定部110からの切替信号SWSは切替部121及び122に入力され、切替部121及び122の各接点がa1からb1へ、a2からb2へ切替えられ、切替部121及び122からのラック軸力u及びuが加算部123で加算され(ステップS26)、加算結果としてのラック軸力ffが変換部102で電流指令値Iref2に変換される(ステップS26A)。電流指令値Iref2は加算部103に入力され、電流指令値Iref1に加算され(ステップS27)、操舵制御が実行され、ステップS14へとつながる。 The switching signal SWS from the rack end approach determination unit 110 is input to the switching units 121 and 122, and the contacts of the switching units 121 and 122 are switched from a1 to b1 and from a2 to b2, and the racks from the switching units 121 and 122 are switched. The axial forces u 1 and u 2 are added by the adding unit 123 (step S26), and the rack axial force ff as the addition result is converted into the current command value Iref2 by the converting unit 102 (step S26A). The current command value Iref2 is input to the adding unit 103, added to the current command value Iref1 (step S27), steering control is executed, and the process goes to step S14.

なお、制御要素部143(Cd)は任意のPID(比例積分微分)制御、PI制御、PD制御の構成のいずれでも良い。また、図14の実施形態3の動作も、ラック軸力f及びラック変位xが入力する部分(要素)が異なるだけで、同様である。さらに、図14の実施形態3及び図15の実施形態4では、フィードフォワード制御部130及びフィードバック制御部140の両方の制御演算を実行しているが、フィードバック制御部140のみの構成でも良い。   Note that the control element unit 143 (Cd) may have any configuration of PID (proportional integral derivative) control, PI control, and PD control. Further, the operation of the third embodiment shown in FIG. 14 is the same except that the portion (element) to which the rack axial force f and the rack displacement x are input is different. Furthermore, in Embodiment 3 in FIG. 14 and Embodiment 4 in FIG. 15, control calculations of both the feedforward control unit 130 and the feedback control unit 140 are executed, but the configuration of only the feedback control unit 140 may be used.

次に、本発明の実施例について説明する。   Next, examples of the present invention will be described.

図18は本発明の実施例(実施例1)を図3に対応させて示しており、図3に示される実施形態に対してモータ角速度演算部150が追加され、粘弾性モデル追従制御部120が粘弾性モデル追従制御部220に代わっている。他の構成は図3に示される実施形態と同じであるから、説明は省略する。   FIG. 18 shows an example (Example 1) of the present invention corresponding to FIG. 3. A motor angular velocity calculation unit 150 is added to the embodiment shown in FIG. Is replaced by the viscoelastic model following control unit 220. Other configurations are the same as those of the embodiment shown in FIG.

回転角センサ21からの回転角(モータ角)θはラック位置変換部100の他にモータ角速度演算部150に入力され、モータ角速度演算部150でモータ角速度ωに変換される。モータ角速度ωは、切替信号SWS、ラック変位x及びラック軸力fと共に粘弾性モデル追従制御部220へ入力される。   The rotation angle (motor angle) θ from the rotation angle sensor 21 is input to the motor angular velocity calculation unit 150 in addition to the rack position conversion unit 100, and is converted into the motor angular velocity ω by the motor angular velocity calculation unit 150. The motor angular velocity ω is input to the viscoelastic model following control unit 220 together with the switching signal SWS, the rack displacement x, and the rack axial force f.

粘弾性モデル追従制御部220の構成例を、図6に対応させて図19に示す。   A configuration example of the viscoelastic model follow-up control unit 220 is shown in FIG. 19 corresponding to FIG.

粘弾性モデル追従制御部220にはノイズ低減部127及び128が追加されており、粘弾性モデル追従制御部220に入力されたモータ角速度ωはノイズ低減部127及び128に入力される。ノイズ低減部127は、モータ角速度ωと共にラック軸力fを入力し、ノイズを低減したラック軸力f’をフィードバック制御部140に出力する。ノイズ低減部128は、切替部122から出力されるラック軸力uをモータ角速度ωと共に入力し、ノイズを低減したラック軸力u’を加算部123に出力する。 Noise reduction units 127 and 128 are added to the viscoelastic model tracking control unit 220, and the motor angular velocity ω input to the viscoelastic model tracking control unit 220 is input to the noise reduction units 127 and 128. The noise reduction unit 127 inputs the rack axial force f together with the motor angular velocity ω, and outputs the rack axial force f ′ with reduced noise to the feedback control unit 140. The noise reduction unit 128 inputs the rack axial force u 2 output from the switching unit 122 together with the motor angular velocity ω, and outputs the rack axial force u 2 ′ with reduced noise to the addition unit 123.

粘弾性モデル追従制御部220をさらに詳細にした構成例を、図15に対応させて図20に示す。   A configuration example in which the viscoelastic model follow-up control unit 220 is further detailed is shown in FIG. 20 corresponding to FIG.

図19に示される構成例と同様に、ノイズ低減部127及び128が追加された点が図15の構成例との違いであり、ノイズ低減部127から出力されるラック軸力f’はフィードバック制御部140のフィードバック要素(N/F)141に入力される。   Similarly to the configuration example shown in FIG. 19, the difference from the configuration example of FIG. 15 is that noise reduction units 127 and 128 are added. The rack axial force f ′ output from the noise reduction unit 127 is feedback controlled. This is input to the feedback element (N / F) 141 of the unit 140.

ノイズ低減部127は例えばローパスフィルタとして構成されており、例えば図21に示されるような周波数特性(振幅特性)を有し、下記数33で表わされる1次の伝達関数H(s)により高域の周波数成分を低減する。   The noise reduction unit 127 is configured as, for example, a low-pass filter, and has, for example, a frequency characteristic (amplitude characteristic) as shown in FIG. The frequency component of is reduced.

Figure 2017171058

ここで、Kはゲイン(利得)、Tは時定数である。また、ノイズ低減部127の特性はモータ角速度ωが小さいほど、図21の破線で示されるように遮断周波数が低くなる特性となり、さらにモータ角速度ωの変化に対して略一定の割合で特性が変化するように、モータ角速度ωに基づいてゲインK及び時定数Tが設定される。ノイズ低減部127は、数33に従ってラック軸力fの高域の周波数成分を低減し、ラック軸力f’を出力する。
Figure 2017171058

Here, K is a gain (gain), and T is a time constant. Further, as the motor angular velocity ω is smaller, the noise reduction unit 127 has a characteristic that the cut-off frequency becomes lower as shown by the broken line in FIG. 21, and the characteristic changes at a substantially constant rate with respect to the change of the motor angular velocity ω. Thus, the gain K and the time constant T are set based on the motor angular velocity ω. The noise reduction unit 127 reduces the high frequency component of the rack axial force f according to Equation 33 and outputs the rack axial force f ′.

ノイズ低減部128は、ノイズ低減部127と同様な構成及び動作により、ラック軸力uの高域の周波数成分を低減し、ラック軸力u’を出力する。 Noise reduction unit 128, the same configuration and operation as the noise reduction unit 127 reduces the frequency components in the high range of the rack shaft force u 2, and outputs a rack shaft force u 2 '.

このような構成において、全体の動作例及び粘弾性モデル追従制御の動作例を、図22及び図23のフローチャートを参照して説明する。   With such a configuration, an example of the entire operation and an example of the viscoelastic model follow-up control will be described with reference to the flowcharts of FIGS.

図22に全体の動作例をフローチャートで示しており、図7のフローチャートと比べると、ステップS11Aが追加され、粘弾性モデル追従制御の動作が後述のように変更されている(ステップS20A)。その他の動作は同じである。   FIG. 22 is a flowchart showing an example of the entire operation. Compared with the flowchart of FIG. 7, step S11A is added, and the operation of the viscoelastic model follow-up control is changed as described later (step S20A). Other operations are the same.

ステップS11Aでは、モータ角速度演算部150が、回転角センサ21からの回転角θよりモータ角速度ωを算出する。   In step S <b> 11 </ b> A, the motor angular velocity calculation unit 150 calculates the motor angular velocity ω from the rotation angle θ from the rotation angle sensor 21.

粘弾性モデル追従制御の動作例は、図23にフローチャートで示されている。   An operation example of the viscoelastic model follow-up control is shown in a flowchart in FIG.

粘弾性モデル追従制御では、まず、図17に示される実施形態4での動作と同様に、ラックエンド接近判定部110から切替信号SWS及びラック変位xが出力され(ステップS21、S22)、ラック変位xはバネ定数項131、粘性摩擦係数項132、パラメータ設定部124及び減算部142に入力される。パラメータ設定部124はバネ定数k及び粘性摩擦係数μを、バネ定数項131、粘性摩擦係数項132及びフィードバック要素(N/F)141に設定し(ステップS23)、変換部101は電流指令値Iref1をラック軸力fに変換する(ステップS23A)。ラック軸力fはモータ角速度ωと共にノイズ低減部127に入力される。ノイズ低減部127は、前記数33の伝達関数に基づいて、ラック軸力fのノイズを低減する(ステップS23B)。ノイズを低減されたラック軸力f’はフィードバック要素(N/F)141に入力され、N/F演算される(ステップS24)。その後、実施形態4でのステップS24A及びS24Bと同様の動作がフィードバック制御部140で実行され、ラック軸力FBが切替部122の接点b2に入力される。 In the viscoelastic model following control, first, similarly to the operation in the fourth embodiment shown in FIG. 17, the switching signal SWS and the rack displacement x are output from the rack end approach determination unit 110 (steps S21 and S22), and the rack displacement is detected. x is input to the spring constant term 131, the viscous friction coefficient term 132, the parameter setting unit 124, and the subtraction unit 142. The parameter setting unit 124 sets the spring constant k 0 and the viscous friction coefficient μ to the spring constant term 131, the viscous friction coefficient term 132, and the feedback element (N / F) 141 (step S23), and the conversion unit 101 sets the current command value. Iref1 is converted into a rack axial force f (step S23A). The rack axial force f is input to the noise reduction unit 127 together with the motor angular velocity ω. The noise reduction unit 127 reduces the noise of the rack axial force f based on the transfer function of Equation 33 (step S23B). The rack axial force f ′ with reduced noise is input to the feedback element (N / F) 141, and N / F calculation is performed (step S24). Thereafter, the same operation as in steps S24A and S24B in the fourth embodiment is performed by the feedback control unit 140, and the rack axial force FB is input to the contact b2 of the switching unit 122.

フィードフォワード制御部130では、実施形態4でのステップS25〜S25Bと同様の動作が実行され、ラック軸力FFが切替部121の接点b1に入力される。   In the feedforward control unit 130, operations similar to those in steps S25 to S25B in the fourth embodiment are performed, and the rack axial force FF is input to the contact b1 of the switching unit 121.

ラックエンド接近判定部110からの切替信号SWSにより、切替部121及び122の各接点がa1からb1へ、a2からb2へ切替えられ、切替部121からのラック軸力uは加算部123に入力され、切替部122からのラック軸力uはノイズ低減部128に入力される。ラック軸力uはノイズ低減部128でノイズを低減され(ステップS25C)、ラック軸力u’として加算部123に出力され、ラック軸力uと加算され(ステップS26)、加算結果としてのラック軸力ffが変換部102で電流指令値Iref2に変換される(ステップS26A)。電流指令値Iref2は加算部103に入力され、電流指令値Iref1に加算され(ステップS27)、操舵制御が実行され、ステップS14へとつながる。 The switching signal SWS from the rack end approach determination unit 110, from the contact of the switching section 121 and 122 a1 to b1, switched from a2 to b2, the rack shaft force u 1 from the switching section 121 is inputted to the adding unit 123 The rack axial force u 2 from the switching unit 122 is input to the noise reduction unit 128. The rack axial force u 2 is reduced in noise by the noise reducing unit 128 (step S25C), output to the adding unit 123 as the rack axial force u 2 ′, added to the rack axial force u 1 (step S26), and the addition result Rack axial force ff is converted into a current command value Iref2 by the converter 102 (step S26A). The current command value Iref2 is input to the adding unit 103, added to the current command value Iref1 (step S27), steering control is executed, and the process goes to step S14.

なお、図5及び図14に示される実施形態に対して、図19及び図20と同様の態様で、即ちフィードバック制御部140へのラック軸力fの入力の前段及び切替部122からのラック軸力uの出力の後段にノイズ低減部をそれぞれ設けることも可能である。この場合の動作は、ラック軸力f及びラック変位xが入力する部分(要素)が異なるだけで、上記の動作と同じである。 5 and FIG. 14, in the same manner as in FIGS. 19 and 20, that is, before the rack axial force f is input to the feedback control unit 140 and the rack shaft from the switching unit 122. It is also possible to provide a noise reduction unit after the output of the force u 2 . The operation in this case is the same as the above operation except that the portion (element) to which the rack axial force f and the rack displacement x are input is different.

本発明の他の実施例(実施例2)について説明する。   Another embodiment (embodiment 2) of the present invention will be described.

実施例1では、ノイズ低減部はフィードバック制御部140へのラック軸力の入力の前段及び切替部122からの出力の後段に設けられているが、実施例2では、切替部122からの出力の後段に代わって、フィードバック制御部140へのラック変位の入力の前段に設けられる。モータ角の変化はラック変位の変化としてフィードバック要素(N/F)との偏差をとる減算部に入力され、偏差は制御要素部(Cd)に入力される。よって、モータ角の変化は制御要素部(Cd)の出力として現れるので、実施例1ではその流れの最後段にノイズ低減部を設けているが、実施例2では前段にノイズ低減部を設ける。   In the first embodiment, the noise reduction unit is provided before the rack axial force input to the feedback control unit 140 and after the output from the switching unit 122, but in the second embodiment, the noise reduction unit outputs the output from the switching unit 122. Instead of the rear stage, it is provided at the front stage of the rack displacement input to the feedback control unit 140. The change in the motor angle is input as a change in the rack displacement to the subtraction unit that takes a deviation from the feedback element (N / F), and the deviation is input to the control element unit (Cd). Therefore, since the change in the motor angle appears as the output of the control element unit (Cd), the noise reduction unit is provided at the last stage of the flow in the first embodiment, but the noise reduction unit is provided at the previous stage in the second embodiment.

図24は実施例2での粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例を示しており、図20に示される実施例1での粘弾性モデル追従制御部の構成例と比べると、ノイズ低減部128Aが、切替部122の後段ではなく、減算部142へのラック変位の入力の前段に設けられている。ノイズ低減部128Aは、ノイズ低減部127と同様な構成及び動作により、ラック変位xの高域の周波数成分を低減し、ラック変位x’を出力し、ラック変位x’は減算部142に減算入力される。   FIG. 24 shows a detailed configuration example of the viscoelastic model follow-up control unit in the second embodiment. Compared with the configuration example of the viscoelastic model follow-up control unit in the first embodiment shown in FIG. 128A is provided not before the switching unit 122 but before the rack displacement input to the subtraction unit 142. The noise reduction unit 128A reduces the high frequency component of the rack displacement x by the same configuration and operation as the noise reduction unit 127, outputs the rack displacement x ′, and the rack displacement x ′ is subtracted into the subtraction unit 142. Is done.

実施例2の全体の動作は図22に示される実施例1の動作例と同様であるが、粘弾性モデル追従制御の動作において、ノイズ低減部の設置位置の違いによる動作の違いがある。   The overall operation of the second embodiment is the same as the operation example of the first embodiment shown in FIG. 22, but there is a difference in operation due to the difference in the installation position of the noise reduction unit in the viscoelastic model following control operation.

実施例2での粘弾性モデル追従制御の動作例を図25に示す。粘弾性モデル追従制御では、実施例1と同様のステップS21及びS22が実行され、ラック変位xはパラメータ設定部124、ノイズ低減部128A及びフィードフォワード制御部130に入力される。パラメータ設定部124では、実施例1と同様に、ステップS23が実行される。その後、実施例1と同様のステップS23A〜S24が実行される。ノイズ低減部128Aは、ラック変位xと共にモータ角速度ωを入力し、ラック変位xに含まれるノイズを低減する(ステップS24a)。ノイズを低減されたラック変位x’は減算部142に減算入力され、加算入力されたN/F演算値からラック変位x’が減算され(ステップS24A)、その減算値が制御要素部143でCd演算され(ステップS24B)、制御要素部143からのラック軸力FBが切替部122の接点b2に入力される。   FIG. 25 shows an operation example of the viscoelastic model follow-up control in the second embodiment. In the viscoelastic model following control, steps S21 and S22 similar to those in the first embodiment are executed, and the rack displacement x is input to the parameter setting unit 124, the noise reduction unit 128A, and the feedforward control unit 130. The parameter setting unit 124 executes step S23 as in the first embodiment. Thereafter, steps S23A to S24 similar to those in the first embodiment are executed. The noise reduction unit 128A inputs the motor angular velocity ω together with the rack displacement x, and reduces the noise included in the rack displacement x (step S24a). The rack displacement x ′ with reduced noise is subtracted and input to the subtracting unit 142, and the rack displacement x ′ is subtracted from the added N / F calculation value (step S24A). Calculated (step S24B), the rack axial force FB from the control element unit 143 is input to the contact point b2 of the switching unit 122.

フィードフォワード制御部130では、実施例1でのステップS25〜S25Bと同様の動作が実行され、ラック軸力FFが切替部121の接点b1に入力される。   In the feedforward control unit 130, operations similar to those in steps S25 to S25B in the first embodiment are performed, and the rack axial force FF is input to the contact b1 of the switching unit 121.

その後は、図17に示される実施形態4でのステップS26〜S27と同様の動作が実行され、ステップS14へとつながる。   Thereafter, the same operations as in steps S26 to S27 in the fourth embodiment shown in FIG. 17 are executed, and the process leads to step S14.

なお、実施例1の場合と同様に、図14に示される実施形態に対して、図24と同様の態様でノイズ低減部を設けることも可能である。   As in the case of Example 1, it is also possible to provide a noise reduction unit in the same manner as in FIG. 24 with respect to the embodiment shown in FIG.

本発明の他の実施例(実施例3)について説明する。   Another embodiment (Example 3) of the present invention will be described.

実施例3では、ノイズ低減部は、実施例1での切替部122からの出力の後段に代わって、フィードバック制御部140の中に、具体的には減算部142からの出力の後段に設けられる。   In the third embodiment, the noise reduction unit is provided in the feedback control unit 140, specifically, in the subsequent stage of the output from the subtraction unit 142, instead of the subsequent stage of the output from the switching unit 122 in the first embodiment. .

図26は実施例3での粘弾性モデル追従制御部の詳細な構成例を示しており、図20に示される実施例1での粘弾性モデル追従制御部の構成例と比べると、ノイズ低減部128Bが、切替部122の後段ではなく、減算部142からの出力の後段に設けられている。ノイズ低減部128Bは、ノイズ低減部127と同様な構成及び動作により、減算部142からの出力の高域の周波数成分を低減し、制御要素部143に出力する。   FIG. 26 shows a detailed configuration example of the viscoelastic model follow-up control unit in the third embodiment. Compared with the configuration example of the viscoelastic model follow-up control unit in the first embodiment shown in FIG. 128B is provided not in the subsequent stage of the switching unit 122 but in the subsequent stage of the output from the subtracting unit 142. The noise reduction unit 128 </ b> B reduces the high frequency component of the output from the subtraction unit 142 by the same configuration and operation as the noise reduction unit 127 and outputs the reduced frequency component to the control element unit 143.

実施例3の全体の動作も図22に示される実施例1の動作例と同様であるが、粘弾性モデル追従制御の動作において、ノイズ低減部の設置位置の違いによる動作の違いがある。   The overall operation of the third embodiment is similar to the operation example of the first embodiment shown in FIG. 22, but there is a difference in operation due to the difference in the installation position of the noise reduction unit in the operation of the viscoelastic model following control.

実施例3での粘弾性モデル追従制御の動作例を図27に示す。粘弾性モデル追従制御では、ステップS24Aまでは実施例1と同様の動作が実行される。減算部142でラック変位xが減算されたN/F演算値はノイズ低減部128Bに入力され、ノイズを低減され(ステップS24b)、制御要素部143でCd演算される(ステップS24B)。その後は、図17に示される実施形態4でのステップS25〜S27と同様の動作が実行され、ステップS14へとつながる。   FIG. 27 shows an operation example of the viscoelastic model follow-up control in the third embodiment. In the viscoelastic model follow-up control, the same operation as that in the first embodiment is executed up to step S24A. The N / F calculation value obtained by subtracting the rack displacement x by the subtraction unit 142 is input to the noise reduction unit 128B, noise is reduced (step S24b), and Cd calculation is performed by the control element unit 143 (step S24B). Thereafter, the same operations as those in steps S25 to S27 in the fourth embodiment shown in FIG. 17 are executed, and the process leads to step S14.

なお、実施例1の場合と同様に、図14に示される実施形態に対して、図26と同様の態様でノイズ低減部を設けることも可能である。   As in the case of Example 1, it is also possible to provide a noise reduction unit in the same manner as in FIG. 26 with respect to the embodiment shown in FIG.

本発明の他の実施例(実施例4)について、さらに説明する。   Another embodiment (embodiment 4) of the present invention will be further described.

実施例1ではノイズ低減部の特性をモータ角速度に応じて変化させているが、実施例4ではラック変位速度に応じて変化させる。ラック変位速度は、モータ角速度と同様な変化をするので、ノイズ低減部の特性を変化させるパラメータとして使用することができ、パラメータの選択肢を増やすことにより、装置の構造や使用状況等に応じてパラメータを選択することができるようになる。   In the first embodiment, the characteristics of the noise reduction unit are changed according to the motor angular speed, but in the fourth embodiment, the characteristics are changed according to the rack displacement speed. Since the rack displacement speed changes in the same way as the motor angular speed, it can be used as a parameter to change the characteristics of the noise reduction unit.By increasing the parameter options, the rack displacement speed can be changed according to the device structure and usage conditions. Will be able to select.

実施例4の構成例を図28に、その構成例中の粘弾性モデル追従制御部の構成例を図29に示す。図18に示される実施例1と比較すると、実施例4ではモータ角速度演算部150の代わりにラック変位速度演算部160が設けられている。ラック変位速度演算部160は、ラックエンド接近判定部110から出力されるラック変位xよりラック変位速度vを算出し、粘弾性モデル追従制御部320に出力する。粘弾性モデル追従制御部320では、図29に示されるように、ラック変位速度vはノイズ低減部327及び328に入力される。ノイズ低減部327及び328は、図21に示されるような周波数特性(振幅特性)と同様な特性を有する例えば1次のローパスフィルタで構成されており、モータ角速度ωではなくラック変位速度vに基づいて特性が変化するように、ゲインK及び時定数Tが設定される。   FIG. 28 shows a configuration example of the fourth embodiment, and FIG. 29 shows a configuration example of the viscoelastic model follow-up control unit in the configuration example. Compared with the first embodiment shown in FIG. 18, in the fourth embodiment, a rack displacement speed calculation section 160 is provided instead of the motor angular speed calculation section 150. The rack displacement speed calculation unit 160 calculates the rack displacement speed v from the rack displacement x output from the rack end approach determination unit 110 and outputs the rack displacement speed v to the viscoelastic model follow-up control unit 320. In the viscoelastic model follow-up control unit 320, the rack displacement speed v is input to the noise reduction units 327 and 328 as shown in FIG. The noise reduction units 327 and 328 are configured by, for example, a first-order low-pass filter having characteristics similar to the frequency characteristics (amplitude characteristics) as shown in FIG. 21, and are based on the rack displacement speed v instead of the motor angular speed ω. Thus, the gain K and the time constant T are set so that the characteristics change.

実施例4の動作は、モータ角速度演算部150でモータ角速度ωを算出し、ノイズ低減部でモータ角速度ωを使用する代わりに、ラック変位速度演算部160でラック変位速度vを算出し、ノイズ低減部でラック変位速度vを使用する以外は、実施例1の動作例と同様である。   In the operation of the fourth embodiment, the motor angular speed calculation unit 150 calculates the motor angular speed ω, and instead of using the motor angular speed ω in the noise reduction unit, the rack displacement speed calculation unit 160 calculates the rack displacement speed v to reduce the noise. This example is the same as the operation example of the first embodiment except that the rack displacement speed v is used in the unit.

なお、実施例1の場合と同様に、図5に示される実施形態に対して、図29と同様の態様でノイズ低減部を設けることも可能である。   As in the case of Example 1, it is possible to provide a noise reduction unit in the same manner as in FIG. 29 with respect to the embodiment shown in FIG.

上述の実施例(実施例1〜実施例4)では、ノイズ低減部の特性は1次の伝達関数で表わされているが、ローパスフィルタの伝達関数であれば、2次以上の伝達関数でも、他の形式の伝達関数でも良い。   In the above-described embodiments (Embodiments 1 to 4), the characteristics of the noise reduction unit are expressed by a first-order transfer function. Other types of transfer functions may be used.

また、各実施例は2つのノイズ低減部を備えているが、ノイズ低減部は1つでも3つ以上を備えていても良く、発生する振動の要因や大きさに応じて、適宜、設置するノイズ低減部の数や位置を決めて良い。   In addition, each embodiment includes two noise reduction units, but the noise reduction unit may include one or more than three, and is appropriately installed according to the factor and magnitude of the generated vibration. You may decide the number and position of a noise reduction part.

さらに、上記の実施例では、フィードフォワード制御部及びフィードバック制御部の両方の制御演算を実行しているが、フィードバック制御部のみの構成でも良い。   Furthermore, in the above-described embodiment, the control calculation of both the feedforward control unit and the feedback control unit is executed, but the configuration of only the feedback control unit may be used.

1 ハンドル
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
10 トルクセンサ
12 車速センサ
13 バッテリ
14 舵角センサ
20 モータ
21 回転角センサ
30 コントロールユニット(ECU)
31 トルク制御部
35 電流制御部
36 PWM制御部
100 ラック位置変換部
110 ラックエンド接近判定部
120、220、320 粘弾性モデル追従制御部
121、122 切替部
124 パラメータ設定部
127、128、128A、128B、327、328 ノイズ低減部
130 フィードフォワード制御部
140 フィードバック制御部
150 モータ角速度演算部
160 ラック変位速度演算部
1 Handle 2 Column shaft (steering shaft, handle shaft)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Torque sensor 12 Vehicle speed sensor 13 Battery 14 Steering angle sensor 20 Motor 21 Rotation angle sensor 30 Control unit (ECU)
31 Torque control unit 35 Current control unit 36 PWM control unit 100 Rack position conversion unit 110 Rack end approach determination unit 120, 220, 320 Viscoelastic model following control unit 121, 122 Switching unit 124 Parameter setting unit 127, 128, 128A, 128B 327, 328 Noise reduction unit 130 Feed forward control unit 140 Feedback control unit 150 Motor angular speed calculation unit 160 Rack displacement speed calculation unit

Claims (12)

少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
ラックエンド手前の所定角度の範囲内で粘弾性モデルを規範モデルとしたモデルフォローイング制御の構成とし、
前記モデルフォローイング制御の構成がフィードバック制御部を具備し、
前記モデルフォローイング制御がノイズ低減の機能を有し、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
In the electric power steering device for calculating the current command value based on at least the steering torque and driving the motor based on the current command value to assist the steering system,
A model following control with a viscoelastic model as a reference model within a predetermined angle range before the rack end,
The configuration of the model following control includes a feedback control unit,
An electric power steering apparatus characterized in that the model following control has a noise reduction function and suppresses damage to a torque and a thrust transmission mechanism.
前記規範モデルのパラメータをラック変位に基づいて可変する請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。   The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein a parameter of the reference model is varied based on rack displacement. 少なくとも操舵トルクに基づいて電流指令値1を演算し、前記電流指令値1に基づいてモータを駆動することにより、操舵系をアシスト制御する電動パワーステアリング装置において、
前記電流指令値1をラック軸力若しくはコラム軸トルク1に変換する第1の変換部と、
前記モータの回転角から判定用ラック位置に変換するラック位置変換部と、
前記判定用ラック位置に基づいてラックエンドに接近したことを判定し、ラック変位及び切替信号を出力するラックエンド接近判定部と、
前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1、前記ラック変位及び前記切替信号に基づいて、粘弾性モデルを規範モデルとしたラック軸力若しくはコラム軸トルク2を生成する粘弾性モデル追従制御部と、
前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク2を電流指令値2に変換する第2の変換部とを具備し、
前記粘弾性モデル追従制御部が、
前記ラック変位及び前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1に基づいてフィードバック制御してラック軸力若しくはコラム軸トルク2を出力するフィードバック制御部と、
前記切替信号により前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク2の出力をON/OFFする切替部と、
前記ラック変位又は前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1に含まれるノイズを低減する少なくとも1つのノイズ低減部とを具備しており、
前記電流指令値2を前記電流指令値1に加算して前記アシスト制御を行い、トルク及び推力伝達機構の破損を抑制するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
In the electric power steering apparatus that calculates the current command value 1 based on at least the steering torque and drives the motor based on the current command value 1, thereby assisting the steering system.
A first converter that converts the current command value 1 into rack axial force or column axial torque 1;
A rack position conversion unit for converting the rotation angle of the motor into a determination rack position;
A rack end approach determination unit that determines that the rack end is approached based on the determination rack position and outputs a rack displacement and a switching signal;
A viscoelastic model follow-up control unit that generates a rack axial force or a column shaft torque 2 using a viscoelastic model as a reference model based on the rack axial force or the column shaft torque 1, the rack displacement, and the switching signal;
A second converter that converts the rack shaft force or column shaft torque 2 into a current command value 2;
The viscoelastic model following control unit is
A feedback control section for performing feedback control based on the rack displacement and the rack axial force or the column shaft torque 1 to output the rack axial force or the column shaft torque 2;
A switching unit for turning on / off the output of the rack shaft force or the column shaft torque 2 by the switching signal;
And at least one noise reduction unit that reduces noise included in the rack displacement, the rack axial force, or the column shaft torque 1.
An electric power steering apparatus, wherein the current command value 2 is added to the current command value 1 and the assist control is performed to prevent damage to the torque and thrust transmission mechanism.
前記ノイズ低減部が、前記フィードバック制御部への前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク1の入力の前段に設けられている請求項3に記載の電動パワーステアリング装置。   The electric power steering apparatus according to claim 3, wherein the noise reduction unit is provided before the rack axial force or the column shaft torque 1 is input to the feedback control unit. 前記ノイズ低減部が、前記切替部からの前記ラック軸力若しくはコラム軸トルク2の出力の後段に設けられている請求項3又は4に記載の電動パワーステアリング装置。   5. The electric power steering apparatus according to claim 3, wherein the noise reduction unit is provided at a stage subsequent to an output of the rack axial force or column shaft torque 2 from the switching unit. 前記ノイズ低減部が、前記フィードバック制御部への前記ラック変位の入力の前段に設けられている請求項3乃至5のいずれか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 3 to 5, wherein the noise reduction unit is provided in a stage preceding the rack displacement input to the feedback control unit. 前記ノイズ低減部が、前記フィードバック制御部の内部に設けられている請求項3乃至6のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。   The electric power steering apparatus according to claim 3, wherein the noise reduction unit is provided inside the feedback control unit. 前記ノイズ低減部がステアリング速度情報に応じて変化する特性を有する請求項3乃至7のいずれか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 3 to 7, wherein the noise reduction unit has a characteristic that changes according to steering speed information. 前記ノイズ低減部の特性が、前記ステアリング速度情報が小さいほど、ノイズを低減する割合が大きくなる請求項8に記載の電動パワーステアリング装置。   The electric power steering apparatus according to claim 8, wherein the noise reduction ratio increases as the steering speed information is smaller. 前記ノイズ低減部の特性が、前記ステアリング速度情報の変化に合わせて徐々に変化する請求項8又は9に記載の電動パワーステアリング装置。   The electric power steering apparatus according to claim 8 or 9, wherein characteristics of the noise reduction unit gradually change in accordance with changes in the steering speed information. 前記ステアリング速度情報がモータ角速度又はラック変位速度である請求項8乃至10のいずれか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 8 to 10, wherein the steering speed information is a motor angular speed or a rack displacement speed. 前記ラック変位によって、前記フィードバック制御部のパラメータを変更する請求項3乃至11のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
The electric power steering apparatus according to claim 3, wherein a parameter of the feedback control unit is changed according to the rack displacement.
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