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JP7194326B2 - motor controller - Google Patents

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JP7194326B2
JP7194326B2 JP2018074100A JP2018074100A JP7194326B2 JP 7194326 B2 JP7194326 B2 JP 7194326B2 JP 2018074100 A JP2018074100 A JP 2018074100A JP 2018074100 A JP2018074100 A JP 2018074100A JP 7194326 B2 JP7194326 B2 JP 7194326B2
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target
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知弘 仲出
フックス ロバート
真 大野
真康 東
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Description

この発明は、例えば、自動運転システム、運転支援システム、ステアバイワイヤシステム、後輪操舵システム等におけるステアリングシステム制御に用いられる電動モータ、さらにはこれらのステアリングシステムの転舵角制御用の電動モータの制御装置に関する。 The present invention, for example, controls an electric motor used for steering system control in an automatic driving system, a driving support system, a steer-by-wire system, a rear-wheel steering system, etc., and also controls an electric motor for controlling the turning angle of these steering systems. Regarding the device.

自動運転システム、運転支援システム、ステアバイワイヤシステム、後輪操舵システム等においては、電動モータによって転舵輪の転舵角が制御されている。この種のモータ制御には、目標転舵角と実転舵角との差に応じて、電動モータのモータトルクを制御する舵角フィードバック制御が用いられている。舵角フィードバック制御としては、一般的には、PID制御が用いられる。具体的には、目標転舵角と実転舵角との差の項、当該差の積分項および当該差の微分項にそれぞれ比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインが乗算された後、それらの項が加算されることにより目標トルクが演算される。そして、モータトルクが、目標トルクと等しくなるように電動モータが制御される。 In an automatic driving system, a driving support system, a steer-by-wire system, a rear-wheel steering system, and the like, an electric motor controls the steering angle of the steered wheels. This type of motor control uses steering angle feedback control that controls the motor torque of the electric motor according to the difference between the target steering angle and the actual steering angle. PID control is generally used as steering angle feedback control. Specifically, the term of the difference between the target turning angle and the actual turning angle, the integral term of the difference, and the differential term of the difference are multiplied by the proportional gain, the integral gain, and the differential gain, respectively. is added to calculate the target torque. Then, the electric motor is controlled so that the motor torque becomes equal to the target torque.

特開2004-256076号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-256076

前述のPID制御は、線形な制御アルゴリズムであるため、路面反力トルク(ラック軸側外乱トルク)、ステアリングシステムの摩擦トルク、ステアリング側外乱トルク等の非線形な外乱トルクの変動によって、転舵角制御精度の低下やばらつきが発生する。
この発明の目的は、外乱トルクを補償でき、精度の高いモータ制御が行えるモータ制御装置を提供することである。
Since the above-mentioned PID control is a linear control algorithm, the steering angle control is affected by fluctuations in nonlinear disturbance torque such as road surface reaction torque (rack shaft side disturbance torque), steering system friction torque, steering side disturbance torque, etc. Accuracy loss and variability occur.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a motor control device capable of compensating for disturbance torque and performing highly accurate motor control.

請求項1に記載の発明は、プラントを駆動するための電動モータ(18)を制御するモータ制御装置であって、前記電動モータの回転角を検出する回転角検出手段(23)と、前記電動モータのモータトルクの目標値である目標モータトルクを設定する目標モータトルク設定手段(42;153)と、前記目標モータトルク設定手段によって設定された目標モータトルクに基づいて前記電動モータのモータトルクをフィードバック制御する制御手段(45,46)とを含み、前記目標モータトルク設定手段は、基本目標トルクを設定する基本目標トルク設定手段(62;62 and 63)と、前記目標モータトルク設定手段によって設定される目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角検出手段によって検出される回転角とに基づいて、前記プラントに作用する前記電動モータのモータトルク以外の外乱トルクを推定する外乱オブザーバ(64)と、前記基本目標トルク設定手段によって設定された基本目標トルクを、前記外乱オブザーバによって推定された前記外乱トルクによって補正する外乱トルク補償手段(65)と、前記外乱トルク補償手段による補正後の基本目標トルクに基づいて、前記目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。 The invention according to claim 1 is a motor control device for controlling an electric motor (18) for driving a plant, comprising rotation angle detection means (23) for detecting the rotation angle of the electric motor; a target motor torque setting means (42; 153) for setting a target motor torque which is a target value of the motor torque of the motor; and a motor torque of the electric motor based on the target motor torque set by the target motor torque setting means. Control means (45, 46) for feedback control, wherein the target motor torque setting means is set by basic target torque setting means (62; 62 and 63) for setting a basic target torque and the target motor torque setting means. Disturbance torque other than the motor torque of the electric motor acting on the plant is detected based on the target motor torque generated by the electric motor or the motor torque generated by the electric motor and the rotation angle detected by the rotation angle detection means. an estimating disturbance observer (64); a disturbance torque compensating means (65) for correcting the basic target torque set by the basic target torque setting means with the disturbance torque estimated by the disturbance observer; and the disturbance torque compensating means. a target motor torque calculation means for calculating the target motor torque based on the basic target torque corrected by the means. Note that alphanumeric characters in parentheses represent corresponding components and the like in embodiments described later, but the scope of the present invention is of course not limited to those embodiments.

この構成によれば、外乱トルクを補償できるので、精度の高いモータ制御が行えるようになる。
請求項2に記載の発明は、前記外乱オブザーバは、前記目標モータトルク設定手段によって設定される目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角検出手段によって検出される回転角(θm)とに基づいて、前記外乱トルク(^Tld)および前記プラントの回転角(^θ)を推定するように構成されており、前記基本目標トルク設定手段は、前記プラントの回転角の目標値である目標回転角(θcmd)と、前記外乱オブザーバによって推定される前記プラントの回転角(^θ)との差を演算する角度偏差演算手段(62A)と、前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、前記基本目標トルク(Tfb)を演算する基本目標トルク演算手段(62B)とを含む、請求項1に記載のモータ制御装置である。
According to this configuration, disturbance torque can be compensated for, so that highly accurate motor control can be performed.
According to a second aspect of the present invention, the disturbance observer detects the target motor torque set by the target motor torque setting means or the motor torque generated by the electric motor and the rotation detected by the rotation angle detection means. the disturbance torque (^Tld) and the rotation angle (^θ) of the plant based on the angle (θm), and the basic target torque setting means estimates the rotation angle of the plant An angle deviation calculation means (62A) for calculating a difference between a target rotation angle (θcmd), which is a target value, and the rotation angle (^θ) of the plant estimated by the disturbance observer, and calculation by the angle deviation calculation means 2. The motor control device according to claim 1, further comprising basic target torque calculation means (62B) for calculating the basic target torque (Tfb) by performing a predetermined feedback calculation on the angular deviation obtained.

請求項3に記載の発明は、前記外乱オブザーバは、前記目標モータトルク設定手段によって設定される目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角検出手段によって検出される回転角(θm)とに基づいて、前記外乱トルク(^Tld)および前記プラントの回転角(^θ)を推定するように構成されており、前記基本目標トルク設定手段は、前記プラントの回転角の目標値である目標回転角(θcmd)と、前記外乱オブザーバによって推定される前記プラントの回転角(^θ)との差を演算する角度偏差演算手段(62A)と、前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、フィードバック制御トルク(Tfb)を演算するフィードバック制御トルク演算手段(62B)と、前記目標回転角の二階微分値に前記プラントの慣性モーメントを乗算することにより、フィードフォワード制御トルク(Tff)を演算するフィードフォワード制御トルク演算手段(63)と、前記フィードバック制御トルクに前記フィードフォワード制御トルクを加算することによって、前記基本目標トルクを演算する基本目標トルク演算手段(65)とを含む、請求項1に記載のモータ制御装置である。 According to a third aspect of the present invention, the disturbance observer detects the target motor torque set by the target motor torque setting means or the motor torque generated by the electric motor and the rotation detected by the rotation angle detection means. the disturbance torque (^Tld) and the rotation angle (^θ) of the plant based on the angle (θm), and the basic target torque setting means estimates the rotation angle of the plant An angle deviation calculation means (62A) for calculating a difference between a target rotation angle (θcmd), which is a target value, and the rotation angle (^θ) of the plant estimated by the disturbance observer, and calculation by the angle deviation calculation means A feedback control torque calculation means (62B) for calculating a feedback control torque (Tfb) by performing a predetermined feedback calculation on the angular deviation obtained; A feedforward control torque calculating means (63) for calculating a feedforward control torque (Tff) by multiplying; and a base for calculating the basic target torque by adding the feedforward control torque to the feedback control torque. 2. A motor control device according to claim 1, further comprising a target torque calculation means (65).

請求項4に記載の発明は、前記基本目標トルク設定手段は、前記プラントの回転角の目標値である目標回転角(θcmd)と、前記回転角検出手段によって検出される回転角から演算される前記プラントの回転角(θ)との差を演算する角度偏差演算手段と、前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、前記基本目標トルクを演算する基本目標トルク演算手段とを含む、請求項1に記載のモータ制御装置である。 In the fourth aspect of the invention, the basic target torque setting means is calculated from a target rotation angle (θcmd), which is a target value of the rotation angle of the plant, and the rotation angle detected by the rotation angle detection means. The basic target torque is calculated by an angular deviation calculating means for calculating a difference from the rotation angle (θ) of the plant, and by performing a predetermined feedback calculation on the angular deviation calculated by the angular deviation calculating means. 2. The motor control device according to claim 1, further comprising basic target torque calculation means.

請求項5に記載の発明は、前記基本目標トルク設定手段は、前記プラントの回転角の目標値である目標回転角(θcmd)と、前記回転角検出手段によって検出される回転角(θ)から演算される前記プラントの回転角との差を演算する角度偏差演算手段と、前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、フィードバック制御トルクを演算するフィードバック制御トルク演算手段と、前記目標回転角の二階微分値に前記プラントの慣性モーメントを乗算することにより、フィードフォワード制御トルクを演算するフィードフォワード制御トルク演算手段と、前記フィードバック制御トルクに前記フィードフォワード制御トルクを加算することによって、前記基本目標トルクを演算する基本目標トルク演算手段とを含む、請求項1に記載のモータ制御装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, the basic target torque setting means calculates a target rotation angle (θcmd), which is a target value of the rotation angle of the plant, and the rotation angle (θ) detected by the rotation angle detection means. an angle deviation calculation means for calculating a difference from the calculated rotation angle of the plant; and feedback for calculating a feedback control torque by performing a predetermined feedback calculation on the angle deviation calculated by the angle deviation calculation means. control torque calculation means; feedforward control torque calculation means for calculating a feedforward control torque by multiplying the moment of inertia of the plant by the second derivative of the target rotation angle; and feedforward control torque to the feedback control torque. 2. The motor control device according to claim 1, further comprising basic target torque calculation means for calculating said basic target torque by adding torque.

請求項6に記載の発明は、前記電動モータは、車両のステアリングシステム制御に用いられる電動モータである、請求項1~5のいずれか一項に記載のモータ制御装置である。
請求項7に記載の発明は、ステアリングホイール(2)にトーションバー(10)を介して連結されたステアリングコラム(9,21)に、操舵力を付与する電動モータ(18)を制御するモータ制御装置であって、前記電動モータの回転角を検出する回転角検出手段(23)と、前記電動モータのモータトルクの目標値である目標モータトルクを設定する目標モータトルク設定手段(42A)と、前記目標モータトルクに基づいて前記電動モータのモータトルクをフィードバック制御する制御手段(45,46)とを含み、前記目標モータトルク設定手段は、基本目標トルクを設定する基本目標トルク設定手段(62;62 and 63)と、前記目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角とに基づいて、前記ステアリングコラムに作用する前記電動モータのモータトルク以外の外乱トルクを推定する外乱オブザーバ(64)と、前記ステアリングホイールの振動を抑制するための制振トルクを演算する制振トルク演算手段(160,161)と、前記基本目標トルク設定手段によって設定された基本目標トルクを、前記外乱トルクおよび前記制振トルクによって補正する補正手段(65)と、前記補正手段による補正後の基本目標トルクに基づいて、前記目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段とを含む、モータ制御装置である。
The invention according to claim 6 is the motor control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the electric motor is an electric motor used for steering system control of a vehicle.
According to a seventh aspect of the invention, there is provided a motor control system for controlling an electric motor (18) that applies steering force to a steering column (9, 21) connected to a steering wheel (2) via a torsion bar (10). A device comprising: rotation angle detection means (23) for detecting the rotation angle of the electric motor; target motor torque setting means (42A) for setting a target motor torque, which is a target value of the motor torque of the electric motor; control means (45, 46) for feedback-controlling the motor torque of the electric motor based on the target motor torque, wherein the target motor torque setting means is basic target torque setting means (62; 62 and 63), the target motor torque or the motor torque generated by the electric motor, and the rotation angle, a disturbance torque other than the motor torque of the electric motor acting on the steering column is estimated. A disturbance observer (64), damping torque calculation means (160, 161) for calculating a damping torque for suppressing vibration of the steering wheel, and the basic target torque set by the basic target torque setting means, A motor control comprising correcting means (65) for correcting by the disturbance torque and the damping torque, and target motor torque calculating means for calculating the target motor torque based on the basic target torque corrected by the correcting means. It is a device.

この構成によれば、外乱トルクを補償できるので、精度の高いモータ制御が行えるようになる。また、この構成によれば、自動操舵時等においてステアリングホイールの慣性とトーションバーにより発生する捩り振動を抑制することが可能となる。
請求項8に記載の発明は、前記ステアリングホイールに加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段(12)を含み、前記制振トルク演算手段は、前記操舵トルクに所定の制振ゲインを乗算することによって、制振トルクを演算するように構成されており、前記基本目標トルク設定手段は、前記ステアリングコラムの回転角の目標値である目標回転角と、前記外乱オブザーバによって推定される前記ステアリングコラムの回転角または前記回転角検出手段によって検出される回転角から演算される前記ステアリングコラムの回転角との差を演算する角度偏差演算手段(62A)と、前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して比例微分演算を行うことにより、フィードバック制御トルクを演算するフィードバック制御トルク演算手段(62)とを含む、請求項7に記載のモータ制御装置である。
According to this configuration, disturbance torque can be compensated for, so that highly accurate motor control can be performed. Further, according to this configuration, it is possible to suppress torsional vibration generated by the inertia of the steering wheel and the torsion bar during automatic steering or the like.
According to an eighth aspect of the present invention, steering torque detection means (12) for detecting the steering torque applied to the steering wheel is included, and the damping torque calculation means multiplies the steering torque by a predetermined damping gain. The basic target torque setting means calculates a target rotation angle, which is a target value of the rotation angle of the steering column, and the steering column estimated by the disturbance observer. an angle deviation calculation means (62A) for calculating a difference between the rotation angle of the steering column or the rotation angle of the steering column calculated from the rotation angle detected by the rotation angle detection means; and the angle calculated by the angle deviation calculation means 8. The motor control device according to claim 7, further comprising feedback control torque calculation means (62) for calculating the feedback control torque by performing a proportional differential calculation on the deviation.

請求項9に記載の発明は、前記比例微分演算に用いられる比例ゲインおよび微分ゲインをそれぞれKおよびKとし、前記制振ゲインをKとし、前記トーションバーの剛性をKtbとし、前記ステアリングホイールの慣性をJSWとし、前記ステアリングホイールおよび前記ステアリングコラムの反共振周波数ωaを次式(a)で表すと、前記比例ゲインK、前記微分ゲインKおよび前記制振ゲインKは、次式(b)~(d)で表される、請求項8に記載のモータ制御装置である。 In the invention according to claim 9, the proportional gain and the differential gain used for the proportional differential calculation are KP and KD, respectively, the damping gain is KR, the rigidity of the torsion bar is Ktb , and the Let J SW be the inertia of the steering wheel, and the anti-resonance frequency ωa of the steering wheel and the steering column is represented by the following equation (a ) . , which are represented by the following equations (b) to (d).

ωa={Ktb・(1/JSW)}1/2 …(a)
=ωa …(b)
=4ωa …(c)
=4/JSW …(d)
ωa={K tb ·(1/J SW )} 1/2 (a)
K P =ωa 2 (b)
KD= 4ωa (c)
K R =4/J SW (d)

図1は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering system to which a motor control device according to an embodiment of the invention is applied. 図2は、ECUの電気的構成を説明するためのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram for explaining the electrical configuration of the ECU. 図3は、目標自動操舵トルク設定部の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the target automatic steering torque setting section. 図4は、電動パワーステアリングシステムの物理モデルの構成例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration example of a physical model of the electric power steering system. 図5は、外乱トルク推定部の構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the disturbance torque estimator. 図6は、デュアルピニオンタイプの電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a dual pinion type electric power steering system. 図7は、ステアバイワイヤシステムの概略構成を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the steer-by-wire system. 図8は、転舵モータの制御回路の構成を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a control circuit for the steering motor. 図9は、図3に示される目標自動操舵トルク設定部の変形例を示すブロック図である。9 is a block diagram showing a modification of the target automatic steering torque setting unit shown in FIG. 3. FIG. 図10Aは、外乱トルク補償部導入後の外乱トルクに依存しない2慣性のモデルであって、制振トルクがフィードバックされるモデルを示す模式図であり、図10Bは、図10Aと等価なモデルを示す模式図である。FIG. 10A is a schematic diagram showing a two-inertia model that does not depend on the disturbance torque after the introduction of the disturbance torque compensator, and in which damping torque is fed back. FIG. 10B shows a model equivalent to FIG. 10A. It is a schematic diagram showing. 図11は、自動運転モード時の電動パワーステアリングシステムのフィードバック制御系の構成を示す制御ブロック図であり、図10と等価な制御ブロック図である。FIG. 11 is a control block diagram showing the configuration of the feedback control system of the electric power steering system in the automatic driving mode, and is a control block diagram equivalent to FIG.

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す模式図である。
この電動パワーステアリングシステム(EPS:electric power steering)1は、コラム部に電動モータと減速機とが配置されているコラムタイプEPSである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Below, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering system to which a motor control device according to an embodiment of the invention is applied.
This electric power steering system (EPS) 1 is a column-type EPS in which an electric motor and a speed reducer are arranged in a column portion.

電動パワーステアリングシステム1は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール(ハンドル)2と、このステアリングホイール2の回転に連動して転舵輪3を転舵する転舵機構4と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構5とを備えている。ステアリングホイール2と転舵機構4とは、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して機械的に連結されている。 An electric power steering system 1 includes a steering wheel (steering wheel) 2 as a steering member for steering a vehicle, a steering mechanism 4 for steering steered wheels 3 in conjunction with the rotation of the steering wheel 2, and a driving mechanism. and a steering assist mechanism 5 for assisting a person's steering. The steering wheel 2 and steering mechanism 4 are mechanically connected via a steering shaft 6 and an intermediate shaft 7 .

ステアリングシャフト6は、ステアリングホイール2に連結された入力軸8と、中間軸7に連結された出力軸9とを含む。入力軸8と出力軸9とは、トーションバー10を介して相対回転可能に連結されている。
トーションバー10の近傍には、トルクセンサ12が配置されている。トルクセンサ12は、入力軸8および出力軸9の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール2に加えられるステアリング側外乱トルクTdを検出する。この実施形態では、トルクセンサ12によって検出されるステアリング側外乱トルクTdは、例えば、左方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、右方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほどステアリング側外乱トルクの大きさが大きくなるものとする。
Steering shaft 6 includes an input shaft 8 connected to steering wheel 2 and an output shaft 9 connected to intermediate shaft 7 . The input shaft 8 and the output shaft 9 are connected via a torsion bar 10 so as to be relatively rotatable.
A torque sensor 12 is arranged near the torsion bar 10 . The torque sensor 12 detects a steering-side disturbance torque Td applied to the steering wheel 2 based on relative rotational displacement amounts of the input shaft 8 and the output shaft 9 . In this embodiment, the steering-side disturbance torque Td detected by the torque sensor 12 is, for example, detected as a positive value for torque for steering to the left and a negative value for torque for steering to the right. It is assumed that the larger the absolute value is, the larger the magnitude of the steering-side disturbance torque is.

転舵機構4は、ピニオン軸13と、転舵軸としてのラック軸14とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸14の各端部には、タイロッド15およびナックルアーム(図示略)を介して転舵輪3が連結されている。ピニオン軸13は、中間軸7に連結されている。ピニオン軸13は、ステアリングホイール2の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸13の先端には、ピニオン16が連結されている。 The steering mechanism 4 is a rack and pinion mechanism including a pinion shaft 13 and a rack shaft 14 as a steering shaft. The steered wheels 3 are connected to each end of the rack shaft 14 via tie rods 15 and knuckle arms (not shown). The pinion shaft 13 is connected to the intermediate shaft 7 . The pinion shaft 13 rotates in conjunction with steering of the steering wheel 2 . A pinion 16 is connected to the tip of the pinion shaft 13 .

ラック軸14は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸14の軸方向の中間部には、ピニオン16に噛み合うラック17が形成されている。このピニオン16およびラック17によって、ピニオン軸13の回転がラック軸14の軸方向移動に変換される。ラック軸14を軸方向に移動させることによって、転舵輪3を転舵することができる。 The rack shaft 14 extends linearly along the left-right direction of the vehicle. A rack 17 that meshes with the pinion 16 is formed in the axially intermediate portion of the rack shaft 14 . The pinion 16 and rack 17 convert the rotation of the pinion shaft 13 into axial movement of the rack shaft 14 . By moving the rack shaft 14 in the axial direction, the steerable wheels 3 can be steered.

ステアリングホイール2が操舵(回転)されると、この回転が、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して、ピニオン軸13に伝達される。そして、ピニオン軸13の回転は、ピニオン16およびラック17によって、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。
操舵補助機構5は、操舵補助力(アシストトルク)を発生するための電動モータ18と、電動モータ18の出力トルクを増幅して転舵機構4に伝達するための減速機19とを含む。減速機19は、ウォームギヤ20と、このウォームギヤ20と噛み合うウォームホイール21とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機19は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング22内に収容されている。
When the steering wheel 2 is steered (rotated), this rotation is transmitted to the pinion shaft 13 via the steering shaft 6 and intermediate shaft 7 . Rotation of the pinion shaft 13 is converted into axial movement of the rack shaft 14 by the pinion 16 and the rack 17 . As a result, the steerable wheels 3 are steered.
The steering assist mechanism 5 includes an electric motor 18 for generating a steering assist force (assist torque) and a speed reducer 19 for amplifying the output torque of the electric motor 18 and transmitting it to the steering mechanism 4 . The speed reducer 19 comprises a worm gear mechanism including a worm gear 20 and a worm wheel 21 meshing with the worm gear 20 . The speed reducer 19 is accommodated in a gear housing 22 as a transmission mechanism housing.

ウォームギヤ20は、電動モータ18によって回転駆動される。また、ウォームホイール21は、出力軸9に一体回転可能に連結されている。ウォームホイール21は、ウォームギヤ20によって回転駆動される。
電動モータ18によってウォームギヤ20が回転駆動されると、ウォームホイール21が回転駆動され、ステアリングシャフト6にモータトルクが付与されるとともにステアリングシャフト6(出力軸9)が回転する。そして、ステアリングシャフト6の回転は、中間軸7を介してピニオン軸13に伝達される。ピニオン軸13の回転は、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。すなわち、電動モータ18によってウォームギヤ20を回転駆動することによって、電動モータ18による操舵補助や転舵輪3の転舵が可能となる。電動モータ18には、電動モータ18のロータの回転角を検出するための回転角センサ23が設けられている。
The worm gear 20 is rotationally driven by the electric motor 18 . Also, the worm wheel 21 is connected to the output shaft 9 so as to be rotatable together. The worm wheel 21 is rotationally driven by the worm gear 20 .
When the worm gear 20 is rotationally driven by the electric motor 18, the worm wheel 21 is rotationally driven, motor torque is applied to the steering shaft 6, and the steering shaft 6 (output shaft 9) rotates. Rotation of the steering shaft 6 is transmitted to the pinion shaft 13 via the intermediate shaft 7 . Rotation of the pinion shaft 13 is converted into axial movement of the rack shaft 14 . As a result, the steerable wheels 3 are steered. That is, by rotationally driving the worm gear 20 with the electric motor 18, the steering assistance with the electric motor 18 and the steering of the steerable wheels 3 become possible. The electric motor 18 is provided with a rotation angle sensor 23 for detecting the rotation angle of the rotor of the electric motor 18 .

減速機19に加えられるトルクとしては、電動モータ18によるモータトルクと、モータトルク以外の外乱トルクとがある。モータトルク以外の外乱トルクTldには、ステアリング側外乱トルクTdと、路面反力トルク(ラック軸側外乱トルク)Tlsと、減速機19に発生する摩擦トルクTf等が含まれる。ステアリング側外乱トルクTdは、運転者によってステアリングホイール2に加えられる力、ステアリング慣性によって発生する力等によって、ステアリングホイール2側から減速機19に加えられるトルクである。路面反力トルクTlsは、タイヤに発生するセルフアライニングトルク、サスペンションやタイヤホイールアライメントによって発生する力、ラックアンドピニオン機構の摩擦力等によって、転舵輪3側からラック軸14を介して減速機19に加えられるトルクである。 The torque applied to the speed reducer 19 includes motor torque from the electric motor 18 and disturbance torque other than the motor torque. The disturbance torque Tld other than the motor torque includes the steering-side disturbance torque Td, road surface reaction torque (rack shaft-side disturbance torque) Tls, friction torque Tf generated in the speed reducer 19, and the like. The steering-side disturbance torque Td is torque applied to the reduction gear 19 from the steering wheel 2 side due to force applied to the steering wheel 2 by the driver, force generated by steering inertia, or the like. The road surface reaction torque Tls is generated by the self-aligning torque generated in the tire, the force generated by the suspension and tire wheel alignment, the frictional force of the rack and pinion mechanism, etc. is the torque applied to

車両には、車速Vを検出するための車速センサ24、車両の進行方向前方の道路を撮影するCCD(Charge Coupled Device)カメラ25、自車位置を検出するためのGPS(Global Positioning System)26および道路形状や障害物を検出するためのレーダー27が搭載されている。車両には、さらに、地図情報を記憶した地図情報メモリ28および自動操舵モードの設定およびその解除を行うための自動操舵モードスイッチ29が搭載されている。 The vehicle includes a vehicle speed sensor 24 for detecting vehicle speed V, a CCD (Charge Coupled Device) camera 25 for photographing the road in front of the vehicle, a GPS (Global Positioning System) 26 for detecting the position of the vehicle, and A radar 27 is mounted for detecting road shapes and obstacles. The vehicle is further equipped with a map information memory 28 storing map information and an automatic steering mode switch 29 for setting and canceling the automatic steering mode.

CCDカメラ25、GPS26、レーダー27、地図情報メモリ28および自動操舵モードスイッチ29は、自動支援制御や自動運転制御を行うための自動運転制御用ECU(ECU:Electronic Control Unit)201に接続されている。自動運転制御用ECU201は、CCDカメラ25、GPS26およびレーダー27によって得られる情報および地図情報を元に、周辺環境認識、自車位置推定、経路計画等を行い、操舵や駆動アクチュエータの制御目標値の決定を行う。また、自動運転制御用ECU201は、自動操舵モードスイッチ29からの入力信号に基づいて、自動操舵モードの設定および解除を指示する。 The CCD camera 25, GPS 26, radar 27, map information memory 28, and automatic steering mode switch 29 are connected to an automatic driving control ECU (ECU: Electronic Control Unit) 201 for performing automatic support control and automatic driving control. . Based on the information and map information obtained by the CCD camera 25, GPS 26 and radar 27, the automatic driving control ECU 201 performs surrounding environment recognition, vehicle position estimation, route planning, etc., and sets control target values for steering and drive actuators. make a decision. Further, the automatic driving control ECU 201 instructs setting and cancellation of the automatic steering mode based on an input signal from the automatic steering mode switch 29 .

この実施形態では、自動運転制御用ECU201は、自動操舵のための目標舵角θcmdaを設定するとともに、自動操舵モードスイッチ29の操作に応じたモード切替信号(自動操舵モード設定信号または自動操舵モード解除信号)を生成する。この実施形態では、自動操舵制御は、例えば、目標軌道に沿って車両を走行させるためのレーンキープ制御(運転支援制御の一種)である。目標舵角θcmdaは、車両を目標軌道に沿って自動走行させるための舵角(操舵角または転舵角)の目標値である。このような目標舵角θcmdaを設定する処理は、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。 In this embodiment, the automatic driving control ECU 201 sets a target rudder angle θcmda for automatic steering, and a mode switching signal (automatic steering mode setting signal or automatic steering mode cancellation signal) according to the operation of the automatic steering mode switch 29 . signal). In this embodiment, the automatic steering control is, for example, lane keep control (a type of driving support control) for running the vehicle along the target trajectory. The target steering angle θcmda is a target value of the steering angle (steering angle or turning angle) for automatically driving the vehicle along the target track. Since the processing for setting the target steering angle θcmda is well known, detailed description thereof will be omitted here.

自動運転制御用ECU201によって設定される目標舵角θcmdaならびに自動運転制御用ECU201によって生成されるモード切替信号は、車載ネットワークを介して、後述するステアリング制御用ECU202に与えられる。
トルクセンサ12によって検出されるステアリング側外乱トルクTd、回転角センサ23の出力信号、車速センサ24によって検出される車速Vは、ステアリング制御用ECU202に入力される。ステアリング制御用ECU202は、これらの入力信号および自動運転制御用ECU201から与えられる情報に基づいて、電動モータ18を制御する。
A target rudder angle θcmda set by the automatic driving control ECU 201 and a mode switching signal generated by the automatic driving control ECU 201 are provided to a steering control ECU 202, which will be described later, via an in-vehicle network.
The steering-side disturbance torque Td detected by the torque sensor 12, the output signal of the rotation angle sensor 23, and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 24 are input to the steering control ECU 202. FIG. The steering control ECU 202 controls the electric motor 18 based on these input signals and information given from the automatic driving control ECU 201 .

ステアリング制御用ECU202は、自動運転制御用ECU201によって自動操舵モード設定信号が与えられると、自動操舵制御を行う自動制御モードに従って電動モータ18を制御する。また、自動運転制御用ECU201によって自動操舵モード解除信号が与えられると、ステアリング制御用ECU202は、自動操舵制御を解除して、手動操舵制御(アシスト制御)を行う手動操舵モード(アシスト制御モード)に従って電動モータ18を制御する。手動操舵モードとは、トルクセンサ12によって検出されるステアリング側外乱トルクTdと、車速センサ24によって検出される車速Vとに基づいて、運転者による操舵を補助するための操舵補助力(アシストトルク)を電動モータ18から発生させる制御モードである。 The steering control ECU 202 controls the electric motor 18 according to an automatic control mode for performing automatic steering control when the automatic steering mode setting signal is given by the automatic driving control ECU 201 . Further, when an automatic steering mode cancellation signal is given by the automatic driving control ECU 201, the steering control ECU 202 cancels the automatic steering control and performs manual steering control (assist control) according to the manual steering mode (assist control mode). It controls the electric motor 18 . The manual steering mode is a steering assist force (assist torque) for assisting steering by the driver based on the steering-side disturbance torque Td detected by the torque sensor 12 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 24. is generated from the electric motor 18.

なお、ステアリング制御用ECU202は、自動運転制御用ECU201からのモード切替信号に従って制御モードを切り替える他、自動操舵モード時には、運転者のステアリング操作(操舵操作)による介入動作があったときに、自動操舵モードから手動操舵モードへと制御モードを切り替える機能(オーバーライド機能)を備えている。
図2は、ステアリング制御用ECU202の電気的構成を説明するためのブロック図である。
The steering control ECU 202 switches the control mode according to a mode switching signal from the automatic driving control ECU 201. In the automatic steering mode, when there is an intervention operation by the driver's steering operation (steering operation), the automatic steering is performed. It has a function (override function) to switch the control mode from mode to manual steering mode.
FIG. 2 is a block diagram for explaining the electrical configuration of the steering control ECU 202. As shown in FIG.

ステアリング制御用ECU202は、マイクロコンピュータ40と、マイクロコンピュータ40によって制御され、電動モータ18に電力を供給する駆動回路(インバータ回路)31と、電動モータ18に流れる電流(以下、「モータ電流I」という)を検出するための電流検出回路32とを備えている。
マイクロコンピュータ40は、CPUおよびメモリ(ROM、RAM、不揮発性メモリなど)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、目標アシストトルク設定部41と、目標自動操舵トルク設定部42と、モード切替部(目標トルク切替部)43と、目標モータ電流演算部44と、電流偏差演算部45と、PI制御部46と、PWM(Pulse Width Modulation)制御部47とを含む。
The steering control ECU 202 includes a microcomputer 40, a drive circuit (inverter circuit) 31 that is controlled by the microcomputer 40 and supplies electric power to the electric motor 18, and a current flowing through the electric motor 18 (hereinafter referred to as "motor current I"). ) and a current detection circuit 32 for detecting the current.
The microcomputer 40 has a CPU and memory (ROM, RAM, non-volatile memory, etc.), and functions as a plurality of functional processing units by executing predetermined programs. The plurality of function processing units include a target assist torque setting unit 41, a target automatic steering torque setting unit 42, a mode switching unit (target torque switching unit) 43, a target motor current calculation unit 44, and a current deviation calculation unit. 45 , a PI controller 46 and a PWM (Pulse Width Modulation) controller 47 .

目標アシストトルク設定部41は、アシストトルクの目標値である目標アシストトルクTm1を設定する。目標アシストトルク設定部41は、トルクセンサ12によって検出されるステアリング側外乱トルクTdと車速センサ24によって検出される車速Vとに基づいて、目標アシストトルクTm1を設定する。目標アシストトルクTm1は、ステアリング側外乱トルクTdの正の値に対しては正をとり、ステアリング側外乱トルクTdの負の値に対しては負をとる。そして、目標アシストトルクTm1は、ステアリング側外乱トルクTdの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定される。また、目標アシストトルクTm1は、車速センサ24によって検出される車速Vが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定される。 The target assist torque setting unit 41 sets a target assist torque Tm1, which is a target value of the assist torque. Target assist torque setting unit 41 sets target assist torque Tm<b>1 based on steering-side disturbance torque Td detected by torque sensor 12 and vehicle speed V detected by vehicle speed sensor 24 . The target assist torque Tm1 takes a positive value for a positive value of the steering disturbance torque Td, and takes a negative value for a negative value of the steering disturbance torque Td. The target assist torque Tm1 is set such that its absolute value increases as the absolute value of the steering-side disturbance torque Td increases. Target assist torque Tm1 is set such that its absolute value decreases as vehicle speed V detected by vehicle speed sensor 24 increases.

目標自動操舵トルク設定部42は、自動操舵モード時における電動モータ18のモータトルクの目標値である目標自動操舵トルクTm2を設定する。目標自動操舵トルク設定部42の詳細については、後述する。
モード切替部43には、目標アシストトルクTm1と、目標自動操舵トルクTm2と、自動運転制御用ECU201からのモード切替信号と、トルクセンサ12によって検出されるステアリング側外乱トルクTdとが入力される。モード切替部43は、自動運転制御用ECU201からのモード切替信号に従って制御モードを切り替える。また、制御モードが自動操舵モードに設定されているときに、例えば、トルクセンサ12によって検出されるステアリング側外乱トルクTdの絶対値|Td|が所定のトルク閾値以上となると、モード切替部43は、制御モードを手動操舵モードに切り替える。
A target automatic steering torque setting unit 42 sets a target automatic steering torque Tm2, which is a target value of the motor torque of the electric motor 18 in the automatic steering mode. The details of the target automatic steering torque setting unit 42 will be described later.
A target assist torque Tm1, a target automatic steering torque Tm2, a mode switching signal from the automatic driving control ECU 201, and a steering disturbance torque Td detected by the torque sensor 12 are input to the mode switching unit 43. The mode switching unit 43 switches the control mode according to a mode switching signal from the ECU 201 for controlling automatic operation. Further, when the control mode is set to the automatic steering mode, for example, when the absolute value |Td| , to switch the control mode to manual steering mode.

制御モードが手動操舵モードに設定されているときには、モード切替部43は、目標アシストトルク設定部41によって設定される目標アシストトルクTm1を、目標モータトルクTmとして出力する。制御モードが自動操舵モードに設定されているときには、モード切替部43は、目標自動操舵トルク設定部42によって設定される目標自動操舵トルクTm2を、目標モータトルクTmとして出力する。 When the control mode is set to the manual steering mode, the mode switching unit 43 outputs the target assist torque Tm1 set by the target assist torque setting unit 41 as the target motor torque Tm. When the control mode is set to the automatic steering mode, the mode switching unit 43 outputs the target automatic steering torque Tm2 set by the target automatic steering torque setting unit 42 as the target motor torque Tm.

目標モータ電流演算部44はモード切替部43によって設定された目標モータトルクTmを電動モータ18のトルク定数Ktで徐算することにより、目標モータ電流Icmdを演算する。
電流偏差演算部45は、目標モータ電流演算部44によって得られた目標モータ電流Icmdと電流検出回路32によって検出されたモータ電流Iとの偏差ΔI(=Icmd-I)を演算する。
The target motor current calculation unit 44 calculates the target motor current Icmd by dividing the target motor torque Tm set by the mode switching unit 43 by the torque constant Kt of the electric motor 18 .
A current deviation calculator 45 calculates a deviation ΔI (=Icmd−I) between the target motor current Icmd obtained by the target motor current calculator 44 and the motor current I detected by the current detection circuit 32 .

PI制御部46は、電流偏差演算部45によって演算された電流偏差ΔIに対するPI演算(比例積分演算)を行うことにより、電動モータ18に流れるモータ電流Iを目標モータ電流Icmdに導くための駆動指令値を生成する。PWM制御部47は、前記駆動指令値に対応するデューティ比のPWM制御信号を生成して、駆動回路31に供給する。これにより、駆動指令値に対応した電力が電動モータ18に供給されることになる。 The PI control unit 46 performs PI calculation (proportional integral calculation) on the current deviation ΔI calculated by the current deviation calculation unit 45, thereby issuing a drive command for guiding the motor current I flowing through the electric motor 18 to the target motor current Icmd. generate a value. The PWM control section 47 generates a PWM control signal having a duty ratio corresponding to the drive command value, and supplies it to the drive circuit 31 . As a result, electric power corresponding to the drive command value is supplied to the electric motor 18 .

制御モードが手動操舵モードに設定されているときには、目標アシストトルクTm1が目標モータトルクTmとして設定されるので、目標アシストトルクTm1に応じたモータトルクが電動モータ18から発生するように、電動モータ18が制御される(手動操舵制御)。一方、制御モードが自動操舵モードに設定されているときには、目標自動操舵トルクTm2が目標モータトルクTmとして設定されるので、目標自動操舵トルクTm2に応じたモータトルクが電動モータ18から発生するように、電動モータ18が制御される(自動操舵制御)。 When the control mode is set to the manual steering mode, the target assist torque Tm1 is set as the target motor torque Tm. is controlled (manual steering control). On the other hand, when the control mode is set to the automatic steering mode, the target automatic steering torque Tm2 is set as the target motor torque Tm. , the electric motor 18 is controlled (automatic steering control).

図3は、目標自動操舵トルク設定部42の構成を示すブロック図である。
目標自動操舵トルク設定部42は、目標舵角θcmdaに基づいて目標自動操舵トルクTm2を演算する。目標自動操舵トルク設定部42は、ローパスフィルタ(LPF)61と、フィードバック制御部62と、フィードフォワード制御部63と、外乱トルク推定部64と、トルク加算部65と、第1減速比徐算部66と、減速比乗算部67と、回転角演算部68と、第2減速比徐算部69とを含む。以下において、目標自動操舵トルク設定部42によって演算される目標自動操舵トルクTm2を、説明の便宜上、「目標自動操舵トルクTm」という場合がある。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the target automatic steering torque setting section 42. As shown in FIG.
A target automatic steering torque setting unit 42 calculates a target automatic steering torque Tm2 based on the target steering angle θcmda. The target automatic steering torque setting unit 42 includes a low-pass filter (LPF) 61, a feedback control unit 62, a feedforward control unit 63, a disturbance torque estimation unit 64, a torque addition unit 65, and a first reduction ratio division unit. 66 , a reduction ratio multiplication unit 67 , a rotation angle calculation unit 68 , and a second reduction ratio division unit 69 . Hereinafter, the target automatic steering torque Tm2 calculated by the target automatic steering torque setting unit 42 may be referred to as "target automatic steering torque Tm" for convenience of explanation.

減速比乗算部67は、第1減速比徐算部66によって演算される目標自動操舵トルクTm(Tm2)に減速機19の減速比Nを乗算することにより、目標自動操舵トルクTmを出力軸9(ウォームホイール21)に作用するトルクN・Tmに換算する。
回転角演算部68は、回転角センサ23の出力信号に基づいて、電動モータ18のロータ回転角θmを演算する。第2減速比徐算部69は、回転角演算部68によって演算されるロータ回転角θmを減速比Nで徐算することにより、ロータ回転角θmを出力軸9の回転角(実舵角)θに換算する。図1の実施形態においては、出力軸9の回転角(操舵角)を「舵角」という。
The reduction ratio multiplication unit 67 multiplies the target automatic steering torque Tm (Tm2) calculated by the first reduction ratio division unit 66 by the reduction ratio N of the reduction gear 19, thereby outputting the target automatic steering torque Tm to the output shaft 9. (Worm wheel 21) is converted into torque N·Tm.
The rotation angle calculator 68 calculates the rotor rotation angle θm of the electric motor 18 based on the output signal of the rotation angle sensor 23 . A second reduction ratio division unit 69 divides the rotor rotation angle θm calculated by the rotation angle calculation unit 68 by the reduction ratio N to obtain the rotor rotation angle θm as the rotation angle (actual steering angle) of the output shaft 9 . Convert to θ. In the embodiment of FIG. 1, the rotation angle (steering angle) of the output shaft 9 is called "rudder angle".

ローパスフィルタ61は、自動運転制御用ECU201から与えられる目標舵角θcmdaに対してローパスフィルタ処理を行う。ローパスフィルタ処理後の目標舵角θcmdは、フィードバック制御部62およびフィードフォワード制御部63に与えられる。
フィードバック制御部62は、外乱トルク推定部64によって演算される舵角推定値^θを、ローパスフィルタ処理後の目標舵角θcmdに近づけるために設けられている。フィードバック制御部62は、角度偏差演算部62AとPD制御部62Bとを含む。角度偏差演算部62Aは、ローパスフィルタ処理後の目標舵角θcmdと、外乱トルク推定部64によって演算される舵角推定値^θとの偏差Δθ(=θcmd-^θ)を演算する。なお、角度偏差演算部62Aは、ローパスフィルタ処理後の目標舵角θcmdと、第2減速比徐算部69によって演算される実舵角θとの偏差(θcmd-θ)を、角度偏差Δθとして演算するようにしてもよい。
The low-pass filter 61 performs low-pass filtering on the target steering angle θcmda given from the automatic driving control ECU 201 . The target rudder angle θcmd after low-pass filtering is applied to feedback control section 62 and feedforward control section 63 .
The feedback control section 62 is provided to bring the estimated steering angle value ̂θ calculated by the disturbance torque estimating section 64 closer to the target steering angle θcmd after the low-pass filter processing. The feedback controller 62 includes an angular deviation calculator 62A and a PD controller 62B. The angular deviation calculator 62A calculates a deviation Δθ (=θcmd−̂θ) between the low-pass filtered target steering angle θcmd and the estimated steering angle ^θ calculated by the disturbance torque estimator 64 . The angle deviation calculation unit 62A calculates the deviation (θcmd−θ) between the target steering angle θcmd after low-pass filtering and the actual steering angle θ calculated by the second reduction ratio division unit 69 as the angle deviation Δθ. You may make it calculate.

PD制御部62Bは、角度偏差演算部62Aによって演算される角度偏差Δθに対してPD演算(比例微分演算)を行うことにより、フィードバック制御トルクTfbを演算する。フィードバック制御トルクTfbは、トルク加算部65に与えられる。
フィードフォワード制御部63は、電動パワーステアリングシステム1の慣性による応答性の遅れを補償して、制御の応答性を向上させるために設けられている。フィードフォワード制御部63は、角加速度演算部63Aと慣性乗算部63Bとを含む。角加速度演算部63Aは、ローパスフィルタ処理後の目標舵角θcmdを2階微分することにより、目標角加速度dθcmd/dtを演算する。慣性乗算部63Bは、角加速度演算部63Aによって演算された目標角加速度dθcmd/dtに、電動パワーステアリングシステム1の慣性Jを乗算することにより、フィードフォワードトルクTff(=J・dθcmd/dt)を演算する。慣性Jは、例えば、後述する電動パワーステアリングシステム1の物理モデル(図4参照)から求められる。フィードフォワードトルクTffは、慣性補償値として、トルク加算部65に与えられる。
The PD control section 62B calculates the feedback control torque Tfb by performing a PD calculation (proportional differential calculation) on the angular deviation Δθ calculated by the angular deviation calculating section 62A. Feedback control torque Tfb is applied to torque addition section 65 .
The feedforward control section 63 is provided to compensate for the response delay due to the inertia of the electric power steering system 1 and improve the control response. Feedforward control section 63 includes an angular acceleration calculation section 63A and an inertia multiplication section 63B. The angular acceleration calculator 63A calculates a target angular acceleration d 2 θcmd/dt 2 by second-order differentiation of the low-pass filtered target steering angle θcmd. The inertia multiplier 63B multiplies the target angular acceleration d 2 θcmd/dt 2 calculated by the angular acceleration calculator 63A by the inertia J of the electric power steering system 1 to obtain the feedforward torque Tff (=J·d 2 θcmd/dt 2 ). The inertia J is obtained, for example, from a physical model (see FIG. 4) of the electric power steering system 1, which will be described later. Feedforward torque Tff is given to torque addition section 65 as an inertia compensation value.

外乱トルク推定部64は、プラント(制御対象(モータ駆動対象))に外乱として発生する非線形なトルク(外乱トルク:モータトルク以外のトルク)を推定して補償するために設けられている。外乱トルク推定部64は、プラントの目標値である目標操舵トルクN・Tm(=Tcmd)と、プラントの出力である実舵角θとに基づいて、外乱トルク(外乱負荷)Tld、実舵角θおよび舵角微分値(角速度)dθ/dtを推定する。外乱トルクTld、実舵角θおよび舵角微分値(角速度)dθ/dtの推定値を、それぞれ^Tld、^θおよびd^θ/dtで表す。外乱トルク推定部64によって演算された外乱トルク推定値^Tldは、外乱トルク補償値としてトルク加算部65に与えられる。外乱トルク推定部64によって演算された舵角推定値^θは、角度偏差演算部62Aに与えられる。外乱トルク推定部64の詳細については、後述する。 The disturbance torque estimator 64 is provided for estimating and compensating for non-linear torque (disturbance torque: torque other than motor torque) generated as disturbance in the plant (controlled object (motor driven object)). A disturbance torque estimation unit 64 calculates a disturbance torque (disturbance load) Tld, an actual steering angle θ and steering angle differential value (angular velocity) dθ/dt are estimated. Estimated values of disturbance torque Tld, actual steering angle θ, and steering angle differential value (angular velocity) dθ/dt are represented by ̂Tld, ̂θ, and d̂θ/dt, respectively. The disturbance torque estimated value ̂Tld calculated by the disturbance torque estimator 64 is given to the torque adder 65 as a disturbance torque compensation value. The steering angle estimated value ^θ calculated by the disturbance torque estimator 64 is provided to the angle deviation calculator 62A. Details of the disturbance torque estimator 64 will be described later.

トルク加算部65は、フィードバック制御トルクTfbにフィードフォワードトルクTffを加算した値から外乱トルク推定値^Tldを減算することにより、目標操舵トルクTcmd(=Tfb+Tff-^Tld)を演算する。これにより、慣性および外乱トルクが補償された目標操舵トルク(出力軸9に対する目標トルク)が得られる。これにより、精度の高いモータ制御(舵角制御)が行われるようになる。この実施形態では、フィードバック制御トルクTfbにフィードフォワードトルクTffを加算した値が基本目標トルクとなる。 Torque adding section 65 calculates target steering torque Tcmd (=Tfb+Tff-^Tld) by subtracting disturbance torque estimated value ̂Tld from a value obtained by adding feedforward torque Tff to feedback control torque Tfb. As a result, the target steering torque (target torque for the output shaft 9) with inertia and disturbance torque compensated is obtained. As a result, highly accurate motor control (steering angle control) can be performed. In this embodiment, the value obtained by adding the feedforward torque Tff to the feedback control torque Tfb is the basic target torque.

目標操舵トルクTcmdは第1減速比徐算部66に与えられる。第1減速比徐算部66は、目標操舵トルクTcmdを減速比Nで徐算することにより、目標自動操舵トルクTm(Tm2)を演算する。この目標自動操舵トルクTm(Tm2)がモード切替部43(図2参照)に与えられる。
外乱トルク推定部64について詳しく説明する。外乱トルク推定部64は、電動パワーステアリングシステム1の物理モデルを使用して、外乱トルク推定値^Tld、舵角推定値^θおよび角速度推定値d^θ/dtを演算する外乱オブザーバから構成されている。
Target steering torque Tcmd is provided to first reduction gear ratio division unit 66 . A first speed reduction ratio division unit 66 divides the target steering torque Tcmd by the speed reduction ratio N to calculate a target automatic steering torque Tm (Tm2). This target automatic steering torque Tm (Tm2) is applied to the mode switching section 43 (see FIG. 2).
The disturbance torque estimator 64 will be described in detail. The disturbance torque estimator 64 is composed of a disturbance observer that uses a physical model of the electric power steering system 1 to calculate a disturbance torque estimate ̂Tld, a steering angle estimate ̂θ, and an angular velocity estimate d̂θ/dt. ing.

図4は、電動パワーステアリングシステム1の物理モデルの構成例を示す模式図である。
この物理モデル71は、出力軸9および出力軸9に固定されたウォームホイール21を含むステアリングコラム(プラント)72を含む。ステアリングコラム72には、ステアリングホイール2からトーションバー10を介してステアリング側外乱トルクTdが与えられるとともに、転舵輪3側から路面反力トルクTlsが与えられる。さらに、ステアリングコラム72には、ウォームギヤ20を介してモータトルクN・Tmが与えられるとともに、ウォームホイール21とウォームギヤ20との間の摩擦によって摩擦トルクTfが与えられる。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration example of a physical model of the electric power steering system 1. As shown in FIG.
This physical model 71 includes a steering column (plant) 72 including an output shaft 9 and a worm wheel 21 fixed to the output shaft 9 . The steering column 72 is supplied with a steering-side disturbance torque Td from the steering wheel 2 via the torsion bar 10, and is also supplied with a road surface reaction torque Tls from the steered wheel 3 side. Further, the steering column 72 is given a motor torque N·Tm via the worm gear 20 and a friction torque Tf due to friction between the worm wheel 21 and the worm gear 20 .

ステアリングコラム72の慣性をJとすると、物理モデル71の慣性についての運動方程式は、次式(1)で表される。 Assuming that the inertia of the steering column 72 is J, the equation of motion for the inertia of the physical model 71 is expressed by the following equation (1).

Figure 0007194326000001
Figure 0007194326000001

θ/dtは、ステアリングコラム72の加速度である。Nは、減速機19の減速比である。Tldは、ステアリングコラム72に与えられるモータトルク以外の外乱トルクを示している。ここでは、外乱トルクTldは、ステアリング側外乱トルクTd、摩擦トルクTfおよび路面反力トルクTlsの和として示されているが、実際には、外乱トルクTldはこれら以外のトルクを含んでいる。 d 2 θ/dt 2 is the acceleration of steering column 72 . N is the speed reduction ratio of the speed reducer 19 . Tld indicates disturbance torque other than the motor torque applied to the steering column 72 . Here, disturbance torque Tld is shown as the sum of steering-side disturbance torque Td, friction torque Tf, and road surface reaction torque Tls, but in reality, disturbance torque Tld includes torques other than these.

図4の物理モデル71に対する状態方程式は、次式(2)で表わされる。 A state equation for the physical model 71 of FIG. 4 is represented by the following equation (2).

Figure 0007194326000002
Figure 0007194326000002

前記式(2)において、xは、状態変数ベクトルである。前記式(2)において、u1は、既知入力ベクトルである。前記式(2)において、u2は、未知入力ベクトルである。前記式(2)において、yは、出力ベクトル(測定値)である。前記式(2)において、Aは、システム行列である。前記式(2)において、B1は、第1入力行列である。前記式(2)において、B2は、第2入力行列である。前記式(2)において、Cは、出力行列である。前記式(2)において、Dは、直達行列である。 In the above equation (2), x is a state variable vector. In equation (2) above, u1 is a known input vector. In Equation (2) above, u2 is an unknown input vector. In the above equation (2), y is the output vector (measured value). In equation (2) above, A is a system matrix. In equation (2), B1 is the first input matrix. In equation (2) above, B2 is the second input matrix. In equation (2) above, C is the output matrix. In the above equation (2), D is a feedthrough matrix.

前記状態方程式を、未知入力ベクトルu2を状態の1つとして含めた系に拡張する。拡張系の状態方程式(拡張状態方程式)は、次式(3)で表される。 The above state equation is extended to a system including the unknown input vector u2 as one of the states. The state equation of the extended system (extended state equation) is represented by the following equation (3).

Figure 0007194326000003
Figure 0007194326000003

前記式(3)において、xeは、拡張系の状態変数ベクトルであり、次式(4)で表される。 In the above equation (3), xe is a state variable vector of the extended system and is represented by the following equation (4).

Figure 0007194326000004
Figure 0007194326000004

前記式(3)において、Aeは、拡張系のシステム行列である。前記式(3)において、Beは、拡張系の既知入力行列である。前記式(3)において、Ceは、拡張系の出力行列である。
前記式(3)の拡張状態方程式から、次式(5)の方程式で表される外乱オブザーバ(拡張状態オブザーバ)が構築される。
In the above equation (3), Ae is the extended system matrix. In the above equation (3), Be is the known input matrix of the extended system. In the above equation (3), Ce is the output matrix of the extended system.
A disturbance observer (extended state observer) represented by the following equation (5) is constructed from the extended state equation of equation (3).

Figure 0007194326000005
Figure 0007194326000005

式(5)において、^xeはxeの推定値を表している。また、Lはオブザーバゲインである。また、^yはyの推定値を表している。^xeは、次式(6)で表される。 In equation (5), ̂xe represents the estimated value of xe. Also, L is an observer gain. Also, ^y represents the estimated value of y. ^xe is represented by the following equation (6).

Figure 0007194326000006
Figure 0007194326000006

^θはθの推定値であり、^TldはTldの推定値である。
外乱トルク推定部64は、前記式(5)の方程式に基づいて状態変数ベクトル^xeを演算する。
図5は、外乱トルク推定部64の構成を示すブロック図である。
外乱トルク推定部64は、入力ベクトル入力部81と、出力行列乗算部82と、第1加算部83と、ゲイン乗算部84と、入力行列乗算部85と、システム行列乗算部86と、第2加算部87と、積分部88と、状態変数ベクトル出力部89とを含む。
^θ is an estimate of θ, and ^Tld is an estimate of Tld.
The disturbance torque estimator 64 calculates the state variable vector ̂xe based on the equation (5).
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the disturbance torque estimator 64. As shown in FIG.
The disturbance torque estimation unit 64 includes an input vector input unit 81, an output matrix multiplication unit 82, a first addition unit 83, a gain multiplication unit 84, an input matrix multiplication unit 85, a system matrix multiplication unit 86, a second It includes an addition section 87 , an integration section 88 and a state variable vector output section 89 .

減速比乗算部67(図3参照)によって演算される目標操舵トルクN・Tmは、入力ベクトル入力部81に与えられる。入力ベクトル入力部81は、入力ベクトルu1を出力する。
積分部88の出力が状態変数ベクトル^xe(前記式(6)参照)となる。演算開始時には、状態変数ベクトル^xeとして初期値が与えられる。状態変数ベクトル^xeの初期値は、たとえば0である。
The target steering torque N·Tm calculated by the reduction ratio multiplication section 67 (see FIG. 3) is given to the input vector input section 81 . The input vector input unit 81 outputs an input vector u1.
The output of the integrator 88 is the state variable vector ̂xe (see equation (6) above). At the start of computation, an initial value is given as the state variable vector ̂xe. The initial value of the state variable vector ̂xe is 0, for example.

システム行列乗算部86は、状態変数ベクトル^xeにシステム行列Aeを乗算する。出力行列乗算部82は、状態変数ベクトル^xeに出力行列Ceを乗算する。
第1加算部83は、第2減速比徐算部69(図3参照)によって演算された実舵角θである出力ベクトル(測定値)yから、出力行列乗算部82の出力(Ce・^xe)を減算する。つまり、第1加算部83は、出力ベクトルyと出力ベクトル推定値^y(=Ce・^xe)との差(y-^y)を演算する。ゲイン乗算部84は、第1加算部83の出力(y-^y)にオブザーバゲインL(前記式(5)参照)を乗算する。
A system matrix multiplier 86 multiplies the state variable vector ̂xe by the system matrix Ae. The output matrix multiplier 82 multiplies the state variable vector ̂xe by the output matrix Ce.
The first adder 83 calculates the output (Ce·^ xe). That is, the first adder 83 calculates the difference (y−̂y) between the output vector y and the output vector estimated value ̂y (=Ce·̂xe). The gain multiplier 84 multiplies the output (y−̂y) of the first adder 83 by the observer gain L (see the above equation (5)).

入力行列乗算部85は、入力ベクトル入力部81から出力される入力ベクトルu1に入力行列Beを乗算する。第2加算部87は、入力行列乗算部85の出力(Be・u1)と、システム行列乗算部86の出力(Ae・^xe)と、ゲイン乗算部84の出力(L(y-^y))とを加算することにより、状態変数ベクトルの微分値d^xe/dtを演算する。積分部88は、第2加算部87の出力(d^xe/dt)を積分することにより、状態変数ベクトル^xeを演算する。状態変数ベクトル出力部89は、状態変数ベクトル^xeに基づいて、外乱負荷推定値^Tld、舵角推定値^θおよび角速度推定値d^θ/dtを演算する。 The input matrix multiplication unit 85 multiplies the input vector u1 output from the input vector input unit 81 by the input matrix Be. The second adder 87 outputs the output (Be·u1) of the input matrix multiplier 85, the output (Ae·̂xe) of the system matrix multiplier 86, and the output of the gain multiplier 84 (L(y−̂y) ) to calculate the differential value d^xe/dt of the state variable vector. The integrator 88 calculates the state variable vector ̂xe by integrating the output (d̂xe/dt) of the second adder 87 . A state variable vector output unit 89 calculates an estimated disturbance load value ̂Tld, an estimated steering angle value ̂θ, and an estimated angular velocity value d̂θ/dt based on the state variable vector ̂xe.

一般的な外乱オブザーバは、前述の拡張状態オブザーバとは異なり、プラントの逆モデルとローパスフィルタとから構成される。プラントの運動方程式は、次式(7)で表される。 A general disturbance observer consists of an inverse model of the plant and a low-pass filter, unlike the extended state observer described above. The equation of motion of the plant is expressed by the following equation (7).

Figure 0007194326000007
Figure 0007194326000007

したがって、プラントの逆モデルは、次式(8)となる。 Therefore, the inverse model of the plant is the following equation (8).

Figure 0007194326000008
Figure 0007194326000008

一般的な外乱オブザーバへの入力は、J・dθ/dtおよびTmであり、実舵角θの2階微分値を用いるため、回転角センサ23のノイズの影響を大きく受ける。これに対して、前述の実施形態の拡張状態オブザーバでは、モータトルク入力から推定される舵角推定値^θと実舵角θとの差(y-^y)に応じて、積分型で外乱トルクを推定するため、微分によるノイズ影響を低減できる。 Inputs to a general disturbance observer are J·d 2 θ/dt 2 and Tm. On the other hand, in the extended state observer of the above-described embodiment, in accordance with the difference (y−^y) between the steering angle estimated value ̂θ estimated from the motor torque input and the actual steering angle θ, the disturbance is integrated. Since the torque is estimated, the noise effect due to differentiation can be reduced.

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、前述の実施形態では、この発明をコラムタイプEPSの自動操舵制御に適用した場合の例を示したが、この発明は、コラムタイプ以外のEPSの自動操舵制御にも適用することができる。
例えば、この発明によるモータ制御装置は、図6に示すような、デュアルピニオンタイプの電動パワーステアリングシステムの自動操舵制御にも適用することができる。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention can also be implemented in other forms. For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied to automatic steering control of a column-type EPS, but the present invention can also be applied to automatic steering control of EPSs other than column-type EPS.
For example, the motor control device according to the present invention can also be applied to automatic steering control of a dual pinion type electric power steering system as shown in FIG.

図6において、図1と対応する各部には、図1と同じ符号を付して示す。図6の電動パワーステアリングシステム1Aは、デュアルピニオンタイプの電動パワーステアリングシステムである。この電動パワーステアリングシステム1Aでは、ラック軸14の軸方向の第1端部側に、ピニオン軸13(以下、「第1ピニオン軸13」という)のピニオン16(以下、「第1ピニオン16」という)に噛み合うラック17(以下「第1ラック17」という)が形成されている。ステアリングホイール2が操舵(回転)されると、この回転が、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して、第1ピニオン軸13に伝達される。そして、第1ピニオン軸13の回転は、第1ピニオン16および第1ラック17によって、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。 In FIG. 6, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG. The electric power steering system 1A of FIG. 6 is a dual pinion type electric power steering system. In this electric power steering system 1A, a pinion 16 (hereinafter referred to as "first pinion 16") of a pinion shaft 13 (hereinafter referred to as "first pinion shaft 13") is provided on the first end side of the rack shaft 14 in the axial direction. ) is formed (hereinafter referred to as “first rack 17”). When the steering wheel 2 is steered (rotated), this rotation is transmitted to the first pinion shaft 13 via the steering shaft 6 and the intermediate shaft 7 . The rotation of the first pinion shaft 13 is converted into axial movement of the rack shaft 14 by the first pinion 16 and the first rack 17 . As a result, the steerable wheels 3 are steered.

操舵補助機構5は、電動モータ18と、減速機19と、第2ピニオン軸91と、第2ピニオン92と、第2ラック93とを含む。第2ピニオン軸91は、ステアリングシャフト6とは分離して配置されている。減速機19は、電動モータ18の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォームギヤ(図示略)と、このウォームギヤと噛み合い、第2ピニオン軸91に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール(図示略)とからなる。第2ピニオン92は、第2ピニオン軸91の先端に連結されている。第2ラック93は、ラック軸14の軸方向の第1端部とは反対の第2端部側に形成されている。第2ピニオン92は、第2ラック93に噛み合っている。電動モータ18には、そのロータの回転角を検出するための回転角センサ23が設けられている。 The steering assist mechanism 5 includes an electric motor 18 , a reduction gear 19 , a second pinion shaft 91 , a second pinion 92 and a second rack 93 . The second pinion shaft 91 is arranged separately from the steering shaft 6 . The speed reducer 19 includes a worm gear (not shown) that is integrally rotatably connected to the output shaft of the electric motor 18, and a worm wheel that meshes with the worm gear and is integrally rotatably connected to the second pinion shaft 91. (not shown). The second pinion 92 is connected to the tip of the second pinion shaft 91 . The second rack 93 is formed on the side of the second end opposite to the first end in the axial direction of the rack shaft 14 . The second pinion 92 meshes with the second rack 93 . The electric motor 18 is provided with a rotation angle sensor 23 for detecting the rotation angle of its rotor.

電動モータ18が回転駆動されると、電動モータ18の回転が減速機19を介して第2ピニオン軸91に伝達される。第2ピニオン軸91の回転は、第2ピニオン92および第2ラック93によって、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。
図6のステアリング制御用ECU202の電気的構成は、図1のステアリング制御用ECU202の電気的構成(図2参照)と同様である。ただし、図6の電動パワーステアリングシステム1Aでは、プラント(モータ駆動対象)は、第2ピニオン軸91および第2ピニオン軸91に固定されたウォームホイールから構成される。減速比Nとしては、図6の減速機19の減速比が用いられる。
When the electric motor 18 is rotationally driven, the rotation of the electric motor 18 is transmitted to the second pinion shaft 91 via the reduction gear 19 . Rotation of the second pinion shaft 91 is converted into axial movement of the rack shaft 14 by the second pinion 92 and the second rack 93 . As a result, the steerable wheels 3 are steered.
The electrical configuration of the steering control ECU 202 in FIG. 6 is the same as the electrical configuration of the steering control ECU 202 in FIG. 1 (see FIG. 2). However, in the electric power steering system 1</b>A of FIG. 6 , the plant (motor driven object) is composed of the second pinion shaft 91 and the worm wheel fixed to the second pinion shaft 91 . As the speed reduction ratio N, the speed reduction ratio of the speed reducer 19 in FIG. 6 is used.

また、この発明によるモータ制御装置は、図7に示すようなステアバイワイヤシステムの転舵モータの制御装置にも適用することができる。図7において、図1と対応する各部には、図1と同じ符号を付して示す。
ステアバイワイヤシステム1Bは、ステアリングホイール2と、転舵輪3を転舵するための転舵機構4と、ステアリングホイール2に連結されたステアリングシャフト6とを含む。ただし、ステアリングシャフト6は、転舵機構4に機械的に連結されていない。
Further, the motor control device according to the present invention can also be applied to a steering motor control device for a steer-by-wire system as shown in FIG. In FIG. 7, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG.
The steer-by-wire system 1</b>B includes a steering wheel 2 , a steering mechanism 4 for steering steerable wheels 3 , and a steering shaft 6 connected to the steering wheel 2 . However, the steering shaft 6 is not mechanically connected to the steering mechanism 4 .

ステアリングシャフト6は、ステアリングホイール2に連結された入力軸8と、入力軸8に連結されたトーションバー10と、トーションバー10に連結された出力軸9とを含む。出力軸9には、減速機121を介して反力モータ122が連結されている。反力モータ122は、ステアリングホイール2に操舵反力(操舵方向と反対方向のトルク)を付与するための電動モータである。減速機121は、反力モータ122の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸(図示略)と、このウォーム軸と噛み合い、出力軸9に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール(図示略)とを含むウォームギヤ機構からなる。反力モータ122には、反力モータ122の回転角を検出するための回転角センサ123が設けられている。 The steering shaft 6 includes an input shaft 8 connected to the steering wheel 2 , a torsion bar 10 connected to the input shaft 8 and an output shaft 9 connected to the torsion bar 10 . A reaction motor 122 is connected to the output shaft 9 via a reduction gear 121 . The reaction force motor 122 is an electric motor for applying a steering reaction force (torque in the direction opposite to the steering direction) to the steering wheel 2 . The speed reducer 121 includes a worm shaft (not shown) that is integrally rotatably connected to the output shaft of the reaction motor 122, and a worm that meshes with the worm shaft and is integrally rotatably connected to the output shaft 9. It consists of a worm gear mechanism including a wheel (not shown). The reaction motor 122 is provided with a rotation angle sensor 123 for detecting the rotation angle of the reaction motor 122 .

転舵機構4は、転舵軸としてのラック軸14と、ラック軸14に転舵力を付与するための転舵アクチュエータ130とを含む。ラック軸14の各端部には、タイロッド15およびナックルアーム(図示略)を介して転舵輪3が連結されている。
転舵アクチュエータ130は、図6の操舵補助機構5と同様な構成を有している。つまり、転舵アクチュエータ130は、転舵モータ18と、減速機19と、ピニオン軸91と、ピニオン92と、ラック93とを含む。ピニオン軸91は、ステアリングシャフト6とは、分離して配置されている。減速機19は、転舵モータ18の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸(図示略)と、このウォーム軸と噛み合い、ピニオン軸91に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール(図示略)とを含むウォームギヤ機構からなる。
The steering mechanism 4 includes a rack shaft 14 as a steering shaft and a steering actuator 130 for applying a steering force to the rack shaft 14 . The steered wheels 3 are connected to each end of the rack shaft 14 via tie rods 15 and knuckle arms (not shown).
The steering actuator 130 has a configuration similar to that of the steering assist mechanism 5 of FIG. That is, the steering actuator 130 includes the steering motor 18 , the reduction gear 19 , the pinion shaft 91 , the pinion 92 and the rack 93 . The pinion shaft 91 is arranged separately from the steering shaft 6 . The speed reducer 19 includes a worm shaft (not shown) that is integrally rotatably connected to the output shaft of the steering motor 18, and a worm that meshes with the worm shaft and is integrally rotatably connected to the pinion shaft 91. It consists of a worm gear mechanism including a wheel (not shown).

ピニオン92は、ピニオン軸91の先端に連結されている。ラック93は、ラック軸14の端部に設けられている。ピニオン92は、ラック93に噛み合っている。転舵モータ18には、転舵モータ18の回転角を検出するための回転角センサ23が設けられている。
自動運転制御用ECU201は、自動操舵のための目標舵角(目標転舵角)θcmdaを演算するとともに、自動操舵モードスイッチ29の操作に応じたモード切替信号(自動操舵モード設定信号または自動操舵モード解除信号)を生成する。自動運転制御用ECU201によって演算される目標舵角θcmdaおよび自動運転制御用ECU201によって生成されるモード切替信号は、ステアリング制御用ECU203に与えられる。 回転角センサ23,123の出力信号および車速センサ24によって検出される車速Vは、ステアリング制御用ECU203に入力される。ステアリング制御用ECU203は、これらの入力信号と自動運転制御用ECU201から与えられる情報に基づいて、反力モータ122および転舵モータ18を制御する。つまり、ステアリング制御用ECU203は、反力モータ122のモータ制御回路と、転舵モータ18のモータ制御回路とを含んでいる。
The pinion 92 is connected to the tip of the pinion shaft 91 . The rack 93 is provided at the end of the rack shaft 14 . The pinion 92 meshes with the rack 93 . The steering motor 18 is provided with a rotation angle sensor 23 for detecting the rotation angle of the steering motor 18 .
The automatic driving control ECU 201 calculates a target steering angle (target steering angle) θcmda for automatic steering, and a mode switching signal (automatic steering mode setting signal or automatic steering mode setting signal) according to the operation of the automatic steering mode switch 29 . release signal). The target steering angle θcmda calculated by the automatic driving control ECU 201 and the mode switching signal generated by the automatic driving control ECU 201 are provided to the steering control ECU 203 . The output signals of the rotation angle sensors 23 and 123 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 24 are input to the steering control ECU 203 . The steering control ECU 203 controls the reaction force motor 122 and the steering motor 18 based on these input signals and the information given from the automatic driving control ECU 201 . That is, the steering control ECU 203 includes a motor control circuit for the reaction force motor 122 and a motor control circuit for the steering motor 18 .

反力モータ122のモータ制御回路は、マイクロコンピュータによって構成される反力モータ制御部(図示略)と、反力モータ制御部によって制御され、反力モータ122に電力を供給する駆動回路(図示略)と、反力モータ122に流れるモータ電流を検出する電流検出部(図示略)とを備えている。反力モータ制御部は、例えば、回転角センサ123の出力に基づいて演算される操舵角θh(ステアリングホイール2の回転角)と車速センサ24によって検出される車速Vとに基づいて目標操舵角を設定する。そして、操舵角θhが目標操舵角と等しくなるように、反力モータ122の駆動回路を制御する。 The motor control circuit of the reaction force motor 122 is controlled by a reaction force motor control unit (not shown) configured by a microcomputer and a reaction force motor control unit, and is controlled by a drive circuit (not shown) that supplies power to the reaction force motor 122. ) and a current detector (not shown) for detecting the motor current flowing through the reaction motor 122 . The reaction force motor control unit, for example, determines the target steering angle based on the steering angle θh (rotation angle of the steering wheel 2) calculated based on the output of the rotation angle sensor 123 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 24. set. Then, the drive circuit of the reaction force motor 122 is controlled so that the steering angle θh becomes equal to the target steering angle.

図8は、転舵モータ18のモータ制御回路を示している。
転舵モータ18のモータ制御回路は、マイクロコンピュータによって構成される転舵モータ制御部141と、転舵モータ制御部141によって制御され、転舵モータ18に電力を供給する駆動回路(インバータ回路)142と、転舵モータ18に流れるモータ電流を検出する電流検出回路143とを備えている。
FIG. 8 shows a motor control circuit for the steering motor 18. As shown in FIG.
A motor control circuit of the steering motor 18 is controlled by a steering motor control unit 141 configured by a microcomputer and a driving circuit (inverter circuit) 142 that supplies power to the steering motor 18 . and a current detection circuit 143 for detecting the motor current flowing through the steering motor 18 .

転舵モータ制御部141は、目標舵角設定部151と、モード切替部152と、目標モータトルク演算部153と、目標モータ電流演算部154と、電流偏差演算部155と、PI制御部156と、PWM制御部157とを含む。
目標舵角設定部151は、例えば、回転角センサ123の出力に基づいて演算される操舵角θhと車速センサ24によって検出される車速Vとに基づいて手動操舵モード時用の目標操舵角を演算し、この目標操舵角から手動操舵モード時用の転舵輪3の転舵角(例えば、ピニオン軸91の回転角)の目標値である目標舵角θcmdbを設定する。この目標舵角θcmdbは、モード切替部152に与えられる。
The steering motor control unit 141 includes a target steering angle setting unit 151, a mode switching unit 152, a target motor torque calculation unit 153, a target motor current calculation unit 154, a current deviation calculation unit 155, and a PI control unit 156. , and the PWM control unit 157 .
The target steering angle setting unit 151 calculates the target steering angle for the manual steering mode based on the steering angle θh calculated based on the output of the rotation angle sensor 123 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 24, for example. Then, from this target steering angle, a target steering angle θcmdb, which is a target value of the steering angle of the steerable wheels 3 (for example, the rotation angle of the pinion shaft 91) for the manual steering mode, is set. This target steering angle θcmdb is given to mode switching section 152 .

モード切替部152には、自動運転制御用ECU201によって演算される目標舵角θcmdaが与えられる。モード切替部152は、自動運転制御用ECU201から与えられるモード切替信号に基づいて、制御モードを切り替える。制御モードが手動操舵モードに設定されているときには、モード切替部152は、目標舵角設定部151によって設定される目標舵角θcmdbを、目標舵角θcmdcとして出力する。制御モードが自動操舵モードに設定されているときには、モード切替部152は、自動運転制御用ECU201によって設定される目標舵角θcmdaを、目標舵角θcmdcとして出力する。 The mode switching unit 152 is supplied with the target steering angle θcmda calculated by the automatic operation control ECU 201 . The mode switching unit 152 switches the control mode based on a mode switching signal given from the ECU 201 for automatic operation control. When the control mode is set to the manual steering mode, the mode switching unit 152 outputs the target steering angle θcmdb set by the target steering angle setting unit 151 as the target steering angle θcmdc. When the control mode is set to the automatic steering mode, the mode switching unit 152 outputs the target steering angle θcmda set by the automatic driving control ECU 201 as the target steering angle θcmdc.

目標モータトルク演算部153は、モード切替部152から出力される目標舵角θcmdcに基づいて、転舵モータ18のモータトルクの目標値である目標モータトルクTmを演算する。目標モータトルク演算部153の構成は、図3の目標自動操舵トルク設定部42の構成と同様である。減速比Nとしては、転舵アクチュエータ130内の減速機19の減速比が用いられる。 The target motor torque calculation unit 153 calculates a target motor torque Tm, which is a target value of the motor torque of the steering motor 18, based on the target steering angle θcmdc output from the mode switching unit 152. The configuration of the target motor torque calculation unit 153 is the same as the configuration of the target automatic steering torque setting unit 42 in FIG. As the speed reduction ratio N, the speed reduction ratio of the speed reducer 19 in the steering actuator 130 is used.

目標モータ電流演算部154は、目標モータトルク演算部153によって設定された目標モータトルクTmを転舵モータ18のトルク定数Ktで徐算することにより、目標モータ電流Icmdを演算する。電流偏差演算部155は、目標モータ電流演算部154によって得られた目標モータ電流Icmdと電流検出回路143によって検出されたモータ電流Iとの偏差ΔI(=Icmd-I)を演算する。 The target motor current calculator 154 calculates the target motor current Icmd by dividing the target motor torque Tm set by the target motor torque calculator 153 by the torque constant Kt of the steering motor 18 . A current deviation calculator 155 calculates a deviation ΔI (=Icmd−I) between the target motor current Icmd obtained by the target motor current calculator 154 and the motor current I detected by the current detection circuit 143 .

PI制御部156は、電流偏差演算部155によって演算された電流偏差ΔIに対するPI演算(比例積分演算)を行うことにより、転舵モータ18に流れるモータ電流Iを目標モータ電流Icmdに導くための駆動指令値を生成する。PWM制御部157は、前記駆動指令値に対応するデューティ比のPWM制御信号を生成して、駆動回路142に供給する。これにより、駆動指令値に対応した電力が転舵モータ18に供給されることになる。これにより、目標モータトルクTmに応じたモータトルクが転舵モータ18から発生するように、転舵モータ18が制御される。この結果、手動操舵モード時には、転舵輪3の転舵角が、目標舵角設定部151によって設定される目標舵角θcmdbに近づくように制御される。一方、自動操舵モード時には、転舵輪3の転舵角が、自動運転制御用ECU201によって設定される目標舵角θcmdaに近づくように制御される。 The PI control unit 156 performs PI calculation (proportional integral calculation) on the current deviation ΔI calculated by the current deviation calculation unit 155, thereby driving the motor current I flowing through the steering motor 18 to the target motor current Icmd. Generate a command value. The PWM control unit 157 generates a PWM control signal having a duty ratio corresponding to the drive command value, and supplies it to the drive circuit 142 . As a result, electric power corresponding to the drive command value is supplied to the steering motor 18 . Thereby, the steering motor 18 is controlled such that the motor torque corresponding to the target motor torque Tm is generated from the steering motor 18 . As a result, in the manual steering mode, the steering angle of the steerable wheels 3 is controlled so as to approach the target steering angle θcmdb set by the target steering angle setting section 151 . On the other hand, in the automatic steering mode, the steering angle of the steered wheels 3 is controlled so as to approach the target steering angle θcmda set by the ECU 201 for controlling automatic driving.

また、この発明によるモータ制御装置は、後輪操舵システムの転舵角制御にも適用することができる。また、この発明によるモータ制御装置は、転舵角制御だけではなく、ステアリングシステム制御に用いられる電動モータの制御(例えば、ステアリングホイールの角度制御等)にも適用することができる。
さらにこの発明は、角度フィードバック制御以外のフィードバック制御によって電動モータを制御する場合にも、適用可能である。
Further, the motor control device according to the present invention can also be applied to steering angle control of a rear wheel steering system. Further, the motor control device according to the present invention can be applied not only to steering angle control, but also to control of an electric motor used for steering system control (for example, angle control of a steering wheel, etc.).
Furthermore, the present invention can also be applied when controlling an electric motor by feedback control other than angle feedback control.

前述の実施形態では、目標自動操舵トルク設定部42および目標モータトルク演算部153は、フィードフォワード制御部63を備えているが、フィードフォワード制御部63を省略してもよい。この場合には、フィードバック制御部62によって演算されるフィードバック制御トルクTfbが基本目標トルクとなる。
前述の全ての実施形態において、外乱トルク推定部64は、目標モータトルク(目標自動操舵トルクTm2)と実舵角θ(プラントの回転角θ)とに基づいて外乱トルク^Tldを推定しているが、電動モータ18が発生しているモータトルクを取得するモータトルク取得部を設け、このモータトルク取得部で取得したモータトルクを目標モータトルクTm2の代わりに用いてもよい。
In the above embodiment, the target automatic steering torque setting section 42 and the target motor torque calculating section 153 are provided with the feedforward control section 63, but the feedforward control section 63 may be omitted. In this case, the feedback control torque Tfb calculated by the feedback control section 62 becomes the basic target torque.
In all of the above-described embodiments, the disturbance torque estimator 64 estimates the disturbance torque Tld based on the target motor torque (target automatic steering torque Tm2) and the actual steering angle θ (plant rotation angle θ). However, a motor torque acquisition unit that acquires the motor torque generated by the electric motor 18 may be provided, and the motor torque acquired by this motor torque acquisition unit may be used instead of the target motor torque Tm2.

図9は、図3に示される目標自動操舵トルク設定部42の変形例を示すブロック図である。図9において、前述の図3の各部に対応する部分には図3と同じ符号を付して示す。
この目標自動操舵トルク設定部42Aは、図3に示される目標自動操舵トルク設定部42に比べて、制振トルク演算部160が設けられている点が異なっている。制振トルク演算部160は、自動制御モード時におけるステアリングホイール2の振動を抑制するための制振トルクを演算する。制振トルク演算部160は、この変形例では、乗算部161から構成されている。乗算部161は、トルクセンサ12によって検出される自動運転中(手放し状態)のステアリングホイール慣性トルク(以下、操舵トルク)に予め設定された制振ゲインK(K>1)を乗算して、制振トルクK・Tdを演算する。
FIG. 9 is a block diagram showing a modification of the target automatic steering torque setting section 42 shown in FIG. In FIG. 9, the same reference numerals as in FIG. 3 denote the parts corresponding to the parts in FIG. 3 described above.
The target automatic steering torque setting section 42A differs from the target automatic steering torque setting section 42 shown in FIG. 3 in that a damping torque calculation section 160 is provided. The damping torque calculator 160 calculates a damping torque for suppressing vibration of the steering wheel 2 in the automatic control mode. The damping torque calculation section 160 is composed of a multiplication section 161 in this modification. The multiplication unit 161 multiplies the steering wheel inertia torque (hereinafter referred to as steering torque) during automatic driving (in the hands-free state) detected by the torque sensor 12 by a preset damping gain K R (K R >1). , damping torque KR ·Td.

図9では、PD制御部62Bの構成がより具体的に示されている。sは微分演算子である。図9において、PD制御部62Bは、比例ゲイン乗算部171と、微分演算部172と、微分ゲイン乗算部173と、加算部174とを含んでいる。比例ゲイン乗算部171は、角度偏差演算部62Aによって演算される角度偏差Δθ(=θcmd-^θ)に比例ゲインKを乗算する。 FIG. 9 more specifically shows the configuration of the PD control unit 62B. s is the differential operator. In FIG. 9, the PD control section 62B includes a proportional gain multiplication section 171, a differential operation section 172, a differential gain multiplication section 173, and an addition section 174. The proportional gain multiplier 171 multiplies the angular deviation Δθ (=θcmd−̂θ) calculated by the angular deviation calculator 62A by the proportional gain KP .

微分演算部172は、角度偏差Δθの時間微分値dΔθ/dtを演算する。微分ゲイン乗算部173は、微分演算部172によって演算された微分値dΔθ/dtに微分ゲインKを乗算する。加算部174は、比例ゲイン乗算部171の乗算結果K・Δθと、微分ゲイン乗算部173の乗算結果K・dΔθ/dtとを加算することにより、フィードバック制御トルクTfbを演算する。 The differential calculator 172 calculates a time differential value dΔθ/dt of the angular deviation Δθ. The differential gain multiplier 173 multiplies the differential value dΔθ /dt calculated by the differential calculator 172 by the differential gain KD. Addition unit 174 adds the multiplication result KP ·Δθ of proportional gain multiplication unit 171 and the multiplication result KD· dΔθ /dt of differential gain multiplication unit 173 to calculate feedback control torque Tfb.

トルク加算部65は、フィードバック制御トルクTfbとフィードフォワードトルクTffと制振トルク(K・Td)とを加算した値から、外乱トルク推定値^Tldを減算することにより、目標操舵トルクTcmd(=Tfb+Tff+K・Td-^Tld)を演算する。この実施形態では、フィードバック制御トルクTfbにフィードフォワードトルクTffを加算した値が基本目標トルクとなる。 Torque adding section 65 subtracts estimated disturbance torque Tld from the sum of feedback control torque Tfb, feedforward torque Tff , and damping torque (KR·Td) to obtain target steering torque Tcmd (= Tfb+ Tff +KR·Td−̂Tld). In this embodiment, the value obtained by adding the feedforward torque Tff to the feedback control torque Tfb is the basic target torque.

目標操舵トルクTcmdは第1減速比徐算部66に与えられる。第1減速比徐算部66は、目標操舵トルクTcmdを減速比Nで徐算することにより、目標自動操舵トルクTm(Tm2)を演算する。この目標自動操舵トルクTm(Tm2)がモード切替部43(図2参照)に与えられる。
この目標自動操舵トルク設定部42Aにおいても前述の目標自動操舵トルク設定部42と同様に、ステアリングコラムに外乱として発生する非線形な外乱トルク(モータトルク以外のトルク)が補償される。このため、自動制御モード時の電動パワーステアリングシステム1は、図10Aに示すように、外乱トルクに依存しない2慣性(ステアリングホイール2の慣性JSWおよびステアリングコラム181の慣性J)のモデルとして取り扱うことが可能となる。ステアリングコラム181は、出力軸9およびウォームホイール21を含む。
Target steering torque Tcmd is provided to first reduction gear ratio division unit 66 . A first speed reduction ratio division unit 66 divides the target steering torque Tcmd by the speed reduction ratio N to calculate a target automatic steering torque Tm (Tm2). This target automatic steering torque Tm (Tm2) is applied to the mode switching section 43 (see FIG. 2).
In the target automatic steering torque setting section 42A, similarly to the target automatic steering torque setting section 42 described above, non-linear disturbance torque (torque other than motor torque) generated as a disturbance in the steering column is compensated. Therefore, as shown in FIG. 10A, the electric power steering system 1 in the automatic control mode is handled as a two-inertia model (inertia JSW of the steering wheel 2 and inertia JC of the steering column 181) that does not depend on disturbance torque. becomes possible. Steering column 181 includes output shaft 9 and worm wheel 21 .

図10Aにおいて、10はトーションバーを示している。図10Aにおいて、θ(実舵角θ)は、ステアリングコラム181の回転角(以下、コラム角度θという)であり、θSWは、ステアリングホイール2の回転角(以下、ステアリング角度θSWという)である。また、図10Aにおいて、Ktbは、トーションバー10の剛性(以下、トーションバー剛性Ktbという)であり、Tdは、操舵トルク(トーションバートルク)であり、K・Tdは制振トルクであり、Nは、減速機19の減速比であり、Tmは、目標モータトルクである。以下において、ステアリングホイール2の慣性JSWをステアリング慣性JSWといい、ステアリングコラム181の慣性Jをコラム慣性Jという場合がある。 In FIG. 10A, 10 indicates a torsion bar. In FIG. 10A, θ (actual steering angle θ) is the rotation angle of steering column 181 (hereinafter referred to as column angle θ), and θ SW is the rotation angle of steering wheel 2 (hereinafter referred to as steering angle θ SW ). be. In FIG. 10A, Ktb is the rigidity of the torsion bar 10 (hereinafter referred to as torsion bar rigidity Ktb ), Td is steering torque (torsion bar torque), and KR ·Td is damping torque. , N is the speed reduction ratio of the speed reducer 19, and Tm is the target motor torque. Hereinafter, the inertia JSW of the steering wheel 2 may be referred to as steering inertia JSW , and the inertia JC of the steering column 181 may be referred to as column inertia JC .

図11は、自動運転モード時の電動パワーステアリングシステムのフィードバック制御系の構成を示す制御ブロック図である。ただし、説明の便宜上、フィードバック制御部にフィードバックされる舵角は、外乱トルク推定部64によって演算される舵角推定値^θではなく、第2減速比徐算部69によって演算される実舵角θ(コラム角度θ)としている。 FIG. 11 is a control block diagram showing the configuration of the feedback control system of the electric power steering system in the automatic driving mode. However, for convenience of explanation, the steering angle fed back to the feedback control section is not the steering angle estimated value ^θ calculated by the disturbance torque estimating section 64, but the actual steering angle calculated by the second reduction ratio division section 69. θ (column angle θ).

ローパスフィルタ処理後の目標舵角θcmdとコラム角度θとの偏差に対するPD制御によって、フィードバック制御トルクTfbが生成される。フィードバック制御トルクTfbに制振トルク(K・Td)が加算される。この加算値(Tfb+K・Td)は、コラム角度θの角加速度(以下、コラム角加速度dθ/dtという)を表す。
このコラム角加速度dθ/dtにコラム慣性Jを乗算した値に応じたモータトルクN・Tmが、電動モータ18からステアリングコラム181(図10A参照)に与えられる。このモータトルクN・Tmにコラム慣性Jの逆数を乗算し、その乗算結果を2階積分した値が、コラム角度θとしてフィードバックされる。
A feedback control torque Tfb is generated by PD control for the deviation between the target steering angle θcmd after low-pass filtering and the column angle θ. A damping torque (K R ·Td) is added to the feedback control torque Tfb. This added value ( Tfb +KR·Td) represents the angular acceleration of the column angle θ (hereinafter referred to as column angular acceleration d 2 θ/dt 2 ).
A motor torque N·Tm corresponding to a value obtained by multiplying the column angular acceleration d 2 θ/dt 2 by the column inertia J C is applied from the electric motor 18 to the steering column 181 (see FIG. 10A). This motor torque N·Tm is multiplied by the reciprocal of the column inertia JC , and a value obtained by second-order integration of the multiplication result is fed back as the column angle θ.

このコラム角度θとステアリング角度θSWとの差にトーションバー剛性Ktbを乗算した値が、操舵トルクTdとなる。この操舵トルクTdに制振ゲインKを乗算した値が、制振トルクとして、フィードバックされる。この操舵トルクTdにステアリング慣性JSWの逆数を乗算し、その乗算結果を2階積分した値が、ステアリング角度θSWとしてフィードバックされる。 The steering torque Td is obtained by multiplying the difference between the column angle θ and the steering angle θSW by the torsion bar stiffness Ktb . A value obtained by multiplying this steering torque Td by a damping gain KR is fed back as a damping torque. The steering torque Td is multiplied by the reciprocal of the steering inertia JSW , and the result of the multiplication is second-order integrated, which is fed back as the steering angle θSW .

図9の目標自動操舵トルク設定部42Aでは、制振トルク演算部160が設けられているので、自動制御モード時のステアリングホイール2の振動を抑制することができる。具体的には、自動制御モード時にトーションバー10とステアリング慣性JSWにより発生する捩り振動を抑制することができる。この点についてより具体的に説明する。
図10Aに示される2慣性モデルにおいて、制振トルクK・Tdがフィードバックされないとすると、共振周波数ωrおよび反共振周波数ωaは、それぞれ次式(9),(10)で表される。
The target automatic steering torque setting unit 42A in FIG. 9 is provided with the damping torque calculation unit 160, so that the vibration of the steering wheel 2 can be suppressed in the automatic control mode. Specifically, it is possible to suppress the torsional vibration generated by the torsion bar 10 and the steering inertia JSW in the automatic control mode. This point will be described more specifically.
In the two-inertia model shown in FIG. 10A, if the damping torque K R ·Td is not fed back, the resonance frequency ωr and the anti-resonance frequency ωa are expressed by the following equations (9) and (10), respectively.

ωr=[Ktb・{(1/JSW)+1}]1/2 …(9)
ωa={Ktb・(1/JSW)}1/2 …(10)
図9の目標自動操舵トルク設定部42Aでは、制振トルクK・Tdがフィードバックされるので、コラム慣性Jを仮想的に1/Kにすることができる。つまり、図10Aに示されるモデルは、図10Bに示されるモデルと等価となる。したがって、図10Aに示される2慣性モデルの共振周波数ωrは、次式(11)のようになる。
ωr=[K tb ·{(1/J SW )+1}] 1/2 (9)
ωa={K tb ·(1/J SW )} 1/2 (10)
In the target automatic steering torque setting unit 42A of FIG. 9, the damping torque KR ·Td is fed back, so the column inertia JC can be virtually reduced to 1/ KR . That is, the model shown in FIG. 10A is equivalent to the model shown in FIG. 10B. Therefore, the resonance frequency ωr of the two-inertia model shown in FIG. 10A is given by the following equation (11).

ωr=[Ktb・{(1/JSW)+K}]1/2 …(11)
これにより、共振周波数ωrを高くすることができるから、自動操舵モード時における振動を抑制できる。
以下、比例ゲインK、微分ゲインKおよび制振ゲインKの設定方法について説明する。これらのゲインは、図11に示される目標舵角θcmdからステアリング角度θSWまでの伝達係数を用いて、安定性と応答性が両立できるような値に設定される。具体的には、前記式(10)の反共振周波数ωaを用いて、比例ゲインK、微分ゲインKおよび制振ゲインKは、次式(12)~(14)で示される値に設定される。
ωr=[K tb ·{(1/J SW )+K R }] 1/2 (11)
As a result, the resonance frequency ωr can be increased, so vibrations during the automatic steering mode can be suppressed.
A method of setting the proportional gain K P , the differential gain K D and the damping gain K R will be described below. These gains are set to values that achieve both stability and responsiveness using the transfer coefficient from the target steering angle θcmd to the steering angle θSW shown in FIG. Specifically, using the anti-resonance frequency ωa of the formula (10), the proportional gain K P , the differential gain K D and the damping gain K R are set to the values shown by the following formulas (12) to (14). set.

=ωa …(12)
=4ωa …(13)
=4/JSW …(14)
制振トルク演算部160としては、自動制御モード時のステアリングホイール2の振動を抑制するための制振トルクを演算できるものであれば、図9に記載されている制振トルク演算部160以外のものであってもよい。
K P =ωa 2 (12)
K D = 4ωa (13)
KR = 4/ JSW (14)
As the damping torque calculation unit 160, any one other than the damping torque calculation unit 160 described in FIG. can be anything.

図9の目標自動操舵トルク設定部42Aにおいて、フィードフォワード制御部63を省略してもよい。その場合には、基本目標トルクは、フィードバック制御トルクTfbのみからなる。
その他、この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
The feedforward control section 63 may be omitted from the target automatic steering torque setting section 42A of FIG. In that case, the basic target torque consists only of the feedback control torque Tfb.
In addition, the present invention can be modified in various ways within the scope of the claims.

1,1A…電動パワーステアリング装置、1B…ステアバイワイヤシステム、3…転舵輪、4…転舵機構、18…電動モータ、42,42A…目標自動操舵トルク設定部、61…ローパスフィルタ(LPF)、62…フィードバック制御部、63…フィードフォワード制御部、64…外乱トルク推定部(外乱オブザーバ)、65…トルク加算部、151…目標舵角設定部、153…目標モータトルク演算部、160…制振トルク演算部、161…制振ゲイン乗算部、171…比例ゲイン乗算部、172…微分演算部、173…微分ゲイン乗算部、174…加算部、201…自動運転制御用ECU、202,203…ステアリング制御用ECU DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A... Electric power steering apparatus 1B... Steer-by-wire system 3... Steerable wheel 4... Steering mechanism 18... Electric motor 42, 42A... Target automatic steering torque setting part 61... Low-pass filter (LPF), 62 Feedback control unit 63 Feedforward control unit 64 Disturbance torque estimation unit (disturbance observer) 65 Torque addition unit 151 Target steering angle setting unit 153 Target motor torque calculation unit 160 Damping Torque calculation unit 161 Damping gain multiplication unit 171 Proportional gain multiplication unit 172 Differential calculation unit 173 Differential gain multiplication unit 174 Addition unit 201 Automatic driving control ECU 202, 203 Steering ECU for control

Claims (8)

プラントを駆動するための電動モータを制御するモータ制御装置であって、
前記電動モータの回転角を検出する回転角検出手段と、
前記電動モータのモータトルクの目標値である目標モータトルクを設定する目標モータトルク設定手段と、
前記目標モータトルク設定手段によって設定された目標モータトルクに基づいて前記電動モータのモータトルクをフィードバック制御する制御手段とを含み、
前記目標モータトルク設定手段は、
基本目標トルクを設定する基本目標トルク設定手段と、
前記目標モータトルク設定手段によって設定される目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角検出手段によって検出される回転角とに基づいて、前記プラントに作用する前記電動モータのモータトルク以外の外乱トルクを推定する外乱オブザーバと、
前記基本目標トルク設定手段によって設定された基本目標トルクを、前記外乱オブザーバによって推定された前記外乱トルクによって補正する外乱トルク補償手段と、
前記外乱トルク補償手段による補正後の基本目標トルクに基づいて、前記目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段とを含み、
前記電動モータは、車両のステアリングシステム制御に用いられる電動モータである、
モータ制御装置。
A motor control device for controlling an electric motor for driving a plant,
rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the electric motor;
target motor torque setting means for setting a target motor torque, which is a target value of the motor torque of the electric motor;
control means for feedback-controlling the motor torque of the electric motor based on the target motor torque set by the target motor torque setting means;
The target motor torque setting means includes:
basic target torque setting means for setting a basic target torque;
The electric motor acting on the plant based on the target motor torque set by the target motor torque setting means or the motor torque generated by the electric motor and the rotation angle detected by the rotation angle detection means. a disturbance observer that estimates a disturbance torque other than the motor torque of
disturbance torque compensating means for correcting the basic target torque set by the basic target torque setting means with the disturbance torque estimated by the disturbance observer;
target motor torque calculation means for calculating the target motor torque based on the basic target torque corrected by the disturbance torque compensation means ;
The electric motor is an electric motor used for steering system control of a vehicle,
motor controller.
前記外乱オブザーバは、前記目標モータトルク設定手段によって設定される目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角検出手段によって検出される回転角とに基づいて、前記外乱トルクおよび前記プラントの回転角を推定するように構成されており、
前記基本目標トルク設定手段は、
前記プラントの回転角の目標値である目標回転角と、前記外乱オブザーバによって推定される前記プラントの回転角との差を演算する角度偏差演算手段と、
前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、前記基本目標トルクを演算する基本目標トルク演算手段とを含む、請求項1に記載のモータ制御装置。
The disturbance observer detects the disturbance torque based on the target motor torque set by the target motor torque setting means or the motor torque generated by the electric motor and the rotation angle detected by the rotation angle detection means. and configured to estimate a rotation angle of the plant,
The basic target torque setting means includes:
angle deviation calculation means for calculating a difference between a target rotation angle, which is a target value of the rotation angle of the plant, and the rotation angle of the plant estimated by the disturbance observer;
2. The motor control device according to claim 1, further comprising basic target torque computing means for computing said basic target torque by performing a predetermined feedback computation on the angular deviation computed by said angular deviation computing means.
前記外乱オブザーバは、前記目標モータトルク設定手段によって設定される目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角検出手段によって検出される回転角とに基づいて、前記外乱トルクおよび前記プラントの回転角を推定するように構成されており、
前記基本目標トルク設定手段は、
前記プラントの回転角の目標値である目標回転角と、前記外乱オブザーバによって推定される前記プラントの回転角との差を演算する角度偏差演算手段と、
前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、フィードバック制御トルクを演算するフィードバック制御トルク演算手段と、
前記目標回転角の二階微分値に前記プラントの慣性モーメントを乗算することにより、フィードフォワード制御トルクを演算するフィードフォワード制御トルク演算手段と、
前記フィードバック制御トルクに前記フィードフォワード制御トルクを加算することによって、前記基本目標トルクを演算する基本目標トルク演算手段とを含む、請求項1に記載のモータ制御装置。
The disturbance observer detects the disturbance torque based on the target motor torque set by the target motor torque setting means or the motor torque generated by the electric motor and the rotation angle detected by the rotation angle detection means. and configured to estimate a rotation angle of the plant,
The basic target torque setting means includes:
angle deviation calculation means for calculating a difference between a target rotation angle, which is a target value of the rotation angle of the plant, and the rotation angle of the plant estimated by the disturbance observer;
feedback control torque calculation means for calculating a feedback control torque by performing a predetermined feedback calculation on the angular deviation calculated by the angular deviation calculation means;
feedforward control torque calculation means for calculating the feedforward control torque by multiplying the moment of inertia of the plant by the second derivative of the target rotation angle;
2. The motor control device according to claim 1, further comprising basic target torque calculation means for calculating said basic target torque by adding said feedforward control torque to said feedback control torque.
前記基本目標トルク設定手段は、
前記プラントの回転角の目標値である目標回転角と、前記回転角検出手段によって検出される回転角から演算される前記プラントの回転角との差を演算する角度偏差演算手段と、
前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、前記基本目標トルクを演算する基本目標トルク演算手段とを含む、請求項1に記載のモータ制御装置。
The basic target torque setting means includes:
angle deviation calculation means for calculating a difference between a target rotation angle, which is a target value of the rotation angle of the plant, and the rotation angle of the plant calculated from the rotation angle detected by the rotation angle detection means;
2. The motor control device according to claim 1, further comprising basic target torque computing means for computing said basic target torque by performing a predetermined feedback computation on the angular deviation computed by said angular deviation computing means.
前記基本目標トルク設定手段は、
前記プラントの回転角の目標値である目標回転角と、前記回転角検出手段によって検出される回転角から演算される前記プラントの回転角との差を演算する角度偏差演算手段と、
前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して所定のフィードバック演算を行うことにより、フィードバック制御トルクを演算するフィードバック制御トルク演算手段と、
前記目標回転角の二階微分値に前記プラントの慣性モーメントを乗算することにより、フィードフォワード制御トルクを演算するフィードフォワード制御トルク演算手段と、
前記フィードバック制御トルクに前記フィードフォワード制御トルクを加算することによって、前記基本目標トルクを演算する基本目標トルク演算手段とを含む、請求項1に記載のモータ制御装置。
The basic target torque setting means includes:
angle deviation calculation means for calculating a difference between a target rotation angle, which is a target value of the rotation angle of the plant, and the rotation angle of the plant calculated from the rotation angle detected by the rotation angle detection means;
feedback control torque calculation means for calculating a feedback control torque by performing a predetermined feedback calculation on the angular deviation calculated by the angular deviation calculation means;
feedforward control torque calculation means for calculating the feedforward control torque by multiplying the moment of inertia of the plant by the second derivative of the target rotation angle;
2. The motor control device according to claim 1, further comprising basic target torque calculation means for calculating said basic target torque by adding said feedforward control torque to said feedback control torque.
ステアリングホイールにトーションバーを介して連結されたステアリングコラムに、操舵力を付与する電動モータを制御するモータ制御装置であって、
前記電動モータの回転角を検出する回転角検出手段と、
前記電動モータのモータトルクの目標値である目標モータトルクを設定する目標モータトルク設定手段と、
前記目標モータトルクに基づいて前記電動モータのモータトルクをフィードバック制御する制御手段とを含み、
前記目標モータトルク設定手段は、
基本目標トルクを設定する基本目標トルク設定手段と、
前記目標モータトルクまたは前記電動モータが発生しているモータトルクと、前記回転角とに基づいて、前記ステアリングコラムに作用する前記電動モータのモータトルク以外の外乱トルクを推定する外乱オブザーバと、
前記ステアリングホイールの振動を抑制するための制振トルクを演算する制振トルク演算手段と、
前記基本目標トルク設定手段によって設定された基本目標トルクを、前記外乱トルクおよび前記制振トルクによって補正する補正手段と、
前記補正手段による補正後の基本目標トルクに基づいて、前記目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段とを含む、モータ制御装置。
A motor control device that controls an electric motor that applies a steering force to a steering column that is connected to a steering wheel via a torsion bar,
rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the electric motor;
target motor torque setting means for setting a target motor torque, which is a target value of the motor torque of the electric motor;
a control means for feedback-controlling the motor torque of the electric motor based on the target motor torque;
The target motor torque setting means includes:
basic target torque setting means for setting a basic target torque;
a disturbance observer for estimating a disturbance torque other than the motor torque of the electric motor acting on the steering column based on the target motor torque or the motor torque generated by the electric motor and the rotation angle;
damping torque computing means for computing a damping torque for suppressing vibration of the steering wheel;
correction means for correcting the basic target torque set by the basic target torque setting means by using the disturbance torque and the damping torque;
a target motor torque calculation means for calculating the target motor torque based on the basic target torque corrected by the correction means.
前記ステアリングホイールに加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を含み、
前記制振トルク演算手段は、前記操舵トルクに所定の制振ゲインを乗算することによって、制振トルクを演算するように構成されており、
前記基本目標トルク設定手段は、
前記ステアリングコラムの回転角の目標値である目標回転角と、前記外乱オブザーバによって推定される前記ステアリングコラムの回転角または前記回転角検出手段によって検出される回転角から演算される前記ステアリングコラムの回転角との差を演算する角度偏差演算手段と、
前記角度偏差演算手段によって演算される角度偏差に対して比例微分演算を行うことにより、フィードバック制御トルクを演算するフィードバック制御トルク演算手段とを含む、請求項に記載のモータ制御装置。
including steering torque detection means for detecting steering torque applied to the steering wheel;
The damping torque calculation means is configured to calculate a damping torque by multiplying the steering torque by a predetermined damping gain,
The basic target torque setting means includes:
Rotation of the steering column calculated from a target rotation angle, which is a target value of the rotation angle of the steering column, and the rotation angle of the steering column estimated by the disturbance observer or the rotation angle detected by the rotation angle detection means. angle deviation calculation means for calculating the difference from the angle;
7. The motor control device according to claim 6 , further comprising feedback control torque calculation means for calculating feedback control torque by performing a proportional differential calculation on the angular deviation calculated by said angular deviation calculation means.
前記比例微分演算に用いられる比例ゲインおよび微分ゲインをそれぞれKおよびKとし、前記制振ゲインをKとし、前記トーションバーの剛性をKtbとし、前記ステアリングホイールの慣性をJSWとし、前記ステアリングホイールおよび前記ステアリングコラムの反共振周波数ωaを次式(a)で表すと、
前記比例ゲインK、前記微分ゲインKおよび前記制振ゲインKは、次式(b)~(d)で表される、請求項に記載のモータ制御装置。
ωa={Ktb・(1/JSW)}1/2 …(a)
=ωa …(b)
=4ωa …(c)
=4/JSW …(d)
Let K P and K D be the proportional gain and K D, respectively, the damping gain be K R , the stiffness of the torsion bar be K tb , the inertia of the steering wheel be J SW , and When the anti-resonance frequency ωa of the steering wheel and the steering column is represented by the following equation (a),
8. The motor control device according to claim 7 , wherein said proportional gain K P , said differential gain K D and said damping gain K R are represented by the following equations (b) to (d).
ωa={K tb ·(1/J SW )} 1/2 (a)
K P =ωa 2 (b)
KD= 4ωa (c)
K R =4/J SW (d)
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