CN101326093A - 电动转向设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

将电动机的实际检测值和目标电压值进行低通滤波处理(S10)，并计算滤波了的实际电流值(Ifx)和滤波了的目标电压值(Vf^*)单位时间的改变量(dIfx，dVf^*)(S11)。如果实际电流值在增大侧的改变量(dIfx)大于基准值，并且目标电压值在减小侧的改变量(dVf^*)大于基准值(S12、S15)，则判定已经达到行程末端。然后，将目标电流值的上限值(I^*lim)设定为在反馈控制的紧接着的前次周期中获得的实际电流值(Ifxold)(S21)，以防止产生不必要的转矩。

Description

电动转向设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及根据转向盘或把手的转向状态产生转向辅助转矩的电动转向设备及其控制方法。

背景技术

电动转向设备具有辅助控制器，其在主要部分具有微计算机。该设备使用辅助控制器，根据转向盘或把手的转向状态来控制供应到电动机的电量，以对转向机构给予所期望的转向转矩。例如，检测随着驾驶员对转向盘的操作而产生的转向转矩的转向转矩传感器和检测车速的车速传感器连接到辅助控制器。基于来自这两个传感器的检测信号，辅助控制器计算能提供优化辅助转矩的电动机的目标电流值，并通过对目标电流值与实际流经电动机的电流值(实际电流值)之间的偏差进行反馈控制，来控制供应到电动机的电量。

在这种电动转向设备中，如果转向盘迅速地向左或向右转动到行程末端(即，机械地限制可转向范围的终端的止挡部分)，则电动机的旋转突然达到停止状态，使得电动机的反电动势迅速消失。由于其影响，经过电动机的电流迅速增大，导致过冲。为克服此问题，在日本专利公开JP-A-11-78919的电动转向设备中，当检测到电流过冲时，将反馈控制的控制增益放大以减小过冲。在日本专利申请公开JP-A-8-34359的电动转向设备中，当转向转矩大于或等于预定值并且转向转速(转向速度)低于或等于预定值时，修正流经电动机的目标转矩以减小电动机的过载电流。

但是，在日本专利申请公开JP-A-78919中，因为通过检测电动机电流已经实际过冲来判断达到行程末端，所以判断延迟，使得允许过大转矩的发生。日本专利申请公开JP-A-8-34359的装置基于转向转速判断是否已经达到行程末端。但是，不仅在达到行程末端的情况下，而且还在保持转向的情况下发生转向转速降低的情况。需要检测旋转停止状态的持续时间来判断转向保持状态的存在。因此，防止过电流的时机被相应延迟。但是，如果提前进行关于行程末端的判断，则错误检测的可能性增大。这种错误检测导致在转向保持状态期间辅助转矩的减小，因此不能获得良好的转向辅助。

发明内容

本发明的目的是在较早的时机检测行程末端的到达，并抑制过大转矩的发生。

本发明的第一方面是一种电动转向设备，包括：电动机，其用于提供转向辅助转矩；目标电流确定装置，其用于根据方向盘的转向状态来确定所述电动机的目标电流值；实际电流检测装置，其用于检测实际供应到所述电动机的电流值；反馈控制装置，其用于通过对由所述目标电流确定装置所确定的所述目标电流值与由所述实际电流检测装置所检测的所述实际电流值之间的偏差进行反馈，来确定用于驱动并控制所述电动机的控制量；和电动机驱动装置，其用于利用由所述反馈控制装置所确定的所述控制量来驱动所述电动机。所述电动转向设备还包括：实际电流改变检测装置，其用于检测由所述实际电流检测装置所检测的、实际供应到所述电动机的所述实际电流值的改变状态；控制量改变检测装置，其用于检测由所述反馈控制装置所确定的、所述电动机的所述控制量的改变状态；和行程末端判断装置，其用于基于所检测的所述实际电流值的改变状态和所检测的所述电动机的所述控制量的改变状态来判断转向位置是否已经达到行程末端，所述行程末端以机械方式限制了可转向范围的终端。

当所述实际电流值向增大侧改变并且所述电动机控制量向减小侧改变时，所述行程末端判断装置判断为所述转向位置已经达到所述行程末端。

根据此方面，反馈控制装置基于由目标电流确定装置所确定的目标电流值与由实际电流检测装置所确定的实际电流值之间的偏差来确定驱动并控制电动机的控制量(例如，施加到电动机的电压值)。然后，电动机驱动装置利用所确定的控制量来对电动机供电并进行控制。然后，行程末端判断装置基于由实际电流改变检测装置检测的实际电流值的改变状态和由控制量改变检测装置所检测的电动机的控制量的改变状态来判断转向位置是否已经达到行程末端。

如果通过快速转向操作使转向位置达到行程末端，则电动机的旋转迅速停止，因此反电动势迅速地减小，流经电动机的实际电流增大。即，在电动机正在旋转时，产生反电动势，并因此设定了克服反电动势的较大的电动机控制量(例如，目标电压)。但是，当电动机的旋转突然停止时，反电动势突然消失，因此电动机控制量变为过大，使得电流的流动变得容易。于是，实际电流急剧地增大。因此，由反馈控制装置所确定的电动机的控制量减小。在此情况下，电动机减速越快，实际电流单位时间的改变越大。在此方面，通过掌握实际电流值的改变和电动机的控制量的改变的情况，可以在过电流实际流经电动机之前判断是否已经达到行程末端。因此，可以迅速地检测行程末端的到达并限制所供应的电量。在此情况下，例如，可以在实际电流的增大程度大于或等于预定值并且电动机控制量的减小程度大于或等于预定值时判断为转向位置已经达到行程末端。

该电动转向设备还可以包括上限值设定装置，其用于：在判断为已经达到所述行程末端时，将所述目标电流值的上限设定为预定值，从而限制由所述目标电流确定装置所确定的所述目标电流值。此外，所述上限值设定装置可以将所述目标电流值的所述上限设定为：在判断为所述转向位置已经达到所述行程末端之前刚刚检测的所述实际电流值。

因此，当检测到转向位置已经达到行程末端时，将目标电流值的上限设定为预定值，由此限制电流的过冲并防止产生过大的转矩。此外，通过将目标电流值的上限设定为在判断为转向位置已经达到行程末端之前刚刚检测的实际电流值，可以在不产生过大辅助转矩的情况下维持最小所需的辅助转矩。因此，不会发生辅助转矩变得过小而驾驶员需要提供的转向转矩增大的情况。

通常，在电动转向设备中，基于扭杆的扭转来检测转向盘的转向转矩。因此，当通过快速的转向盘操作达到行程末端时，转向盘的惯性转矩使扭杆扭转，使得所检测的转矩值增大。所检测的转矩的增大使需求辅助转矩增大。但是，在已经达到行程末端的状态下产生的进一步转矩仅对止挡器施压，并且是无用的。然而，在本发明的此方面，可以通过将目标电流值的上限设定为在判断为转向位置已经达到行程末端之前刚刚检测的实际电流值，来避免无用转矩的产生。

此外，电动转向设备还可以包括电流限制解除装置，其用于：在由所述上限值设定装置限制所述目标电流值时，在由所述目标电流确定装置所确定的所述目标电流值变为小于预定值的情况下，解除由所述上限值设定装置所设置的对所述目标电流的上限值限制。例如，此预定值可以是由上限值设定装置所设定的上限值。因此，可以在合适的时机解除电流限制，并可以防止不必要的电流限制。

由上限值设定装置对目标电流值的限制或者由行程末端判断装置进行的判断可以在车辆停止时执行，而不必在车辆行驶时执行。在车辆行驶期间，电动机有时可能受到从路面施加在车轮侧的外力(所谓反向输入)而旋转。在这种情况下，存在行程末端判断装置得到错误判断的风险。但是，在此方面，通过仅在车辆停止时进行由上限值设定装置对目标电流值的限制或者由行程末端判断装置进行的判断，可以提高精度。

由上限值设定装置对目标电流值的限制或者由行程末端判断装置进行的判断可以在车辆停止时以及在车辆以低于预定基准速度的速度行驶时执行，而不必在车辆以基准速度或更高速度行驶时执行。在车辆以极低的速度行驶时，行程末端判断装置由于从路面施加在车轮侧上的外力而得到错误判断的可能性较低。此外，即使得到了错误判断，也没有安全的风险。因此，本发明的这种构造有益于使对目标电流的上限值限制的可应用范围变宽。

此外，本发明的第一方面还涉及一种电动转向设备，包括：

电动机，其用于提供转向辅助转矩；

目标电流确定设备，其根据方向盘的转向状态来确定所述电动机的目标电流值；

实际电流检测设备，其检测实际供应到所述电动机的电流值；

反馈控制设备，其通过对由所述目标电流确定设备所确定的所述目标电流值与由所述实际电流检测设备所检测的所述实际电流值之间的偏差进行反馈，来确定用于驱动并控制所述电动机的控制量；

电动机驱动设备，其利用由所述反馈控制设备所确定的所述控制量来驱动所述电动机，

实际电流改变检测设备，其检测由所述实际电流检测设备所检测的、实际供应到所述电动机的所述实际电流值的改变状态；

控制量改变检测设备，其检测由所述反馈控制设备所确定的、所述电动机的所述控制量的改变状态；和

行程末端判断设备，其基于所检测的所述实际电流值的改变状态和所检测的所述电动机的所述控制量的改变状态，来判断转向位置是否已经达到行程末端，所述行程末端以机械方式限制了可转向范围的终端。

本发明的第二方面涉及一种用于电动转向设备的控制方法，所述电动转向设备包括：

电动机，其用于提供转向辅助转矩；和

电动机驱动装置，其用于驱动所述电动机，

所述控制方法的特征在于包括以下步骤：

根据方向盘的转向状态来确定所述电动机的目标电流值；

检测实际供应到所述电动机的实际电流值；

对所检测的所述实际电流值的改变状态进行检测；

检测控制量的改变状态，所述控制量通过对所确定的所述目标电流值与所检测的所述实际电流值之间的偏差进行反馈来驱动并控制所述电动机；以及

基于所检测的所述实际电流值的改变状态和所检测的所述电动机的所述控制量的改变状态，来判断转向位置是否已经达到行程末端，所述行程末端以机械方式限制了可转向范围的终端。

根据本发明的第二方面，可以基于所检测的实际电流值的改变状态和所年的电动机的控制量的改变状态来判断转向位置已经达到行程末端。

附图说明

通过参考附图阅读以下对本发明优选实施例的详细说明，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得清楚，其中相似标号用于表示相似元件，附图中：

图1是根据本发明实施例的电动转向设备的总体构造图；

图2是主要示出电动转向设备的电动机驱动电路的示意性电路构造图；

图3是示出电子控制设备的反馈控制系统的功能框图；

图4是辅助电流计算图；

图5是基于d-p坐标轴图示所产生的力的方向的图；

图6是示出用于达到行程末端时的电流限制的控制例程的流程图；

图7是图示左行程末端达到判断处理；

图8是图示右行程末端达到判断处理；以及

图9是示出用于达到行程末端时的电流限制的控制例程的修改的流程图。

具体实施方式

以下将利用附图描述根据本发明实施例的电动转向设备。图1示意性地示出了根据本实施例的电动转向设备。

电动转向设备1通常由对转向道路车轮施加转向辅助力的转向辅助机构10，以及驱动并控制转向辅助机构10的电动机15的辅助控制设备30构成。

在转向辅助机构10中，与转向盘11的转动操作互锁的、转向轴12的轴向旋转通过齿条小齿轮机构13被转换为齿条14沿着其轴线方向的运动。作为转向道路车轮的左右前轮FW1、FW2随着齿条14沿着其轴线方向的运动而转向。对于齿条14，有齿部分14a容纳在齿条箱16内，左右端部延伸到齿条箱16外并连接到拉杆17。在齿条14与每个拉杆17之间的连接部分中，形成有构成行程末端的止挡器18。止挡器18通过接触齿条箱16的相对端部来机械地限制齿条14的左右行程。左右拉杆17的每个的另一个端部连接到分别为左右前轮FW1、FW2设置的转向节19中对应的一个。

电动机15经由减速齿轮25连接到转向轴12。电动机15由于其旋转而经由减速齿轮25对转向轴12绕其轴线进行旋转驱动，因而对转向轮11的转动操作提供辅助力。电动机15设置有转角传感器26。转角传感器26由分解器构成，并检测电动机15的转角，输出表示所检测的转角的检测信号。

转向转矩传感器20在转向盘11与减速齿轮25之间的中部处附装到转向轴12。转向转矩传感器20由扭杆21和分解器22、23构成，扭杆21通过其上下端连接到转向轴12而插入在转向轴12中，分解器22、23附装到扭杆21的上下端部。分解器22、23分别检测扭杆21的上端和下端的转角，并输出表示所检测的转角的检测信号。因此，通过从分解器22、23读取所检测的转角，可以由两个所检测的转角之间的差值(其对应于转向时扭杆21的扭转)来检测施加到转向盘的转向转矩。

辅助控制设备30由电子控制设备40和电动机驱动电路50构成，电子控制设备40的主要部分由微计算机构成，电动机驱动电路50根据来自电子控制设备40的信号驱动并控制电动机15。

基于由转向转矩传感器20所检测的转向转矩TR以及由车速传感器28所检测的车速V，电子控制设备40确定供应到电动机15的电量，并控制电动机驱动电路50以在与由转角传感器26所检测的电动机转角相应的时机产生预定转向辅助力。

如图2所示，电动机驱动电路50形成三相逆变器电路，并具有与电动机15的线圈Clu、CLv、CLw相对应的开关元件SW11、SW12、SW21、SW22、SW31、SW32。此实施例中的这些开关元件SW11、SW12、SW21、SW22、SW31、SW32通过使用MOS-FET来形成，并由来自电子控制设备40的PWM控制信号进行开关控制。此外，电动机驱动电路50设置有用于各相的电流传感器53a、53b、53c，其每个检测通过电动机15的电流值。以下，这些电流传感器53a、53b、53c统称为电流传感器53。

接着，将描述驱动并控制电动机15的电子控制设备40以及电动机15。作为本实施例中的电动机15，使用由三相同步永磁电动机构成的无电刷DC电动机。此电动机15具有固定在壳体内的定子。通过使三相电流(电枢电流)流经绕定子缠绕的线圈CLu、CLv、CLw来形成三相旋转磁场。在三相磁场中，永磁体所固定到的转子根据三相电流而旋转。

电子控制设备40控制被使其流经电动机15的线圈CLu、CLv和CLw的三相电流。如图3所示，电子控制设备40具有目标电流命令部分41，其输入车速V和转向转矩TR，寻找为获得辅助转矩所需的需求辅助电流，并通过以二相命令电流(Id^*、Iq^*)的形式对需求辅助电流施加预定限制来计算目标电流值，并将命令输出到反馈控制部分42。参考计算图来计算需求辅助电流，如图4所示，计算图被设定成，需求辅助转矩随着转向转矩TR的增大而增大，并随着车速V的减小而减小，需求辅助扭矩参照该计算图来计算。

如图5的示意图所示，二相命令电流(Id^*、Iq^*)是d-q坐标系中的电枢电流，d-q坐标系由与电动机15的转子上的永磁体MG产生的磁通量相同方向的d轴和正交方向的q轴形成。即，二相命令电流(Id^*、Iq^*)由沿着d-q坐标系d轴的d轴电枢电流和沿着其q轴的q轴电枢电流组成。构成三相同步永磁电动机的无电刷DC电动机的转矩与电枢绕组磁通匝连数和d-q坐标系中q轴电枢电流的乘积成比例，并且不受d-轴电枢电流的值的影响。因此，在辅助控制期间，输出通电命令，使得仅产生旋转转矩的q轴电枢电流流动，而d轴电枢命令电流Id^*被设定为“0”。

来自目标电流命令部分41的命令信号(目标电流值)被输出到反馈控制部分42。反馈控制部分42接收通过将经过电动机15的线圈CLu、CLv、CLw的三相电流Iux、Ivx、Iwx转换为二相电流获得的二相电流Idx、Iqx的检测值的输入。由电流传感器53来检测经过电动机15的三相电流Iux、Ivx、Iwx，并通过三相/二相转换部分45将三相电流Iux、Ivx、Iwx转换为二相电流Idx、Iqx。

对于三相/二相转换，将由转角传感器26所检测的电动机转角转换为电气角的转角转换部分46连接到三相/二相转换部分45。反馈控制部分42计算表示二相命令电流(目标电流)Id^*、Iq^*与二相检测电流(实际电流)Idx、Iqx之间偏差的差值信号Id^*-Idx、Iq^*-Iqx，以执行对流经电动机15的线圈CLu、CLv、CLw的三相电流Iux、Ivx、Iwx的反馈控制。然后，反馈控制部分42基于与二相电流相关的差值信号Id^*-Idx、Iq^*-Iqx来计算二相目标电压Vd^*、Vq^*。目标电压Vd^*、Vq^*对应于用于驱动电动机15的控制量，并通过PID控制式等由与二相电流相关的差值信号Id^*-Idx、Iq^*-Iqx的值计算得到。在此情况下，不产生用于电动机15的转矩的d轴目标电压Vd^*被设定为“0”。由二相/三相转换部分43将目标电压Vd^*、Vq^*的命令转换为三相信号，并将所转换的信号输出到PWM控制部分44。对于二相/三相转换，来自转角转换部分46的电信号被输入到二相/三相转换部分43。

PWM控制部分44基于来自二相/三相转换部分43的三相信号将脉宽调制(PWM)控制信号输出到电动机驱动电路50。在电动机驱动电路50中，以与PWM控制信号相应的脉宽(占空比)来执行对开关元件SW11、SW12、SW21、SW22、SW31、SW32的开关控制，并以与脉宽相应的目标电压驱动电动机15。

目标电流命令部分41可以被视为本发明中的目标电流确定装置，反馈控制部分42可以被视为本发明中的反馈控制装置，二相/三相转换部分43、PWM控制部分44和电动机驱动电路50可以被视为本发明中的电动机驱动装置，电流传感器53和三相/二相转换部分45可以被视为本发明中的实际电流检测装置。

上述的目标电流命令部分41、反馈控制部分42、二相/三相转换部分43、PWM控制部分44、三相/二相转换部分45和转角转换部分46形成了执行对电动机15的反馈控制的基本构造。本实施例中的电子控制设备40还具有在达到行程末端时限制经过电动机15的电流的目标电流限制命令部分47。

目标电流限制命令部分47由低通滤波部分47a、目标电压改变量计算部分47b、低通滤波部分47c、实际电流改变量计算部分47d和行程末端判断部分47e组成，低通滤波部分47a输入由反馈控制部分42发出命令的目标电压Vq^*信号，并从所输入的信号去除诸如电噪声等的影响，目标电压改变量计算部分47b计算已经在低通滤波部分47a中受到滤波处理的目标电压Vq^*单位时间的改变量，低通滤波部分47c从由三相/二相转换部分45输出到反馈控制部分42的实际电流检测信号Iqx去除诸如电噪声等的影响，实际电流改变量计算部分47d计算已经在低通滤波部分47c中受到滤波处理的实际电流单位时间的改变量，行程末端判断部分47e基于由目标电压改变量计算部分47b计算的目标电压改变量和由实际电流改变量计算部分47d计算的实际电流改变量来判断转向位置是否已经达到行程末端中的任一个，并在其判断为转向位置已经达到行程末端之一时将用于电动机15的上限电流值限制命令输出到目标电流命令部分41。

如上所述构造的电子控制设备40在本实施例中由执行程序的微计算机实现。如图3所示的构造仅以框图表示其各种功能。本实施例中的实际电流改变量计算部分47d可以被视为本发明中的实际电流改变检测装置，并且目标电压改变量计算部分47b可以被视为本发明中的控制量改变检测装置，并且行程末端判断部分47e可以被视为本发明中的行程末端判断装置。

接着，将通过使用图2来描述电动转向设备1的供电系统。电子控制设备40和电动机15供应有来自电池60和交流发电机70的电力。作为发电机的交流发电机70连接到电源线62，电源线62连接到电池60的电源端子(正端子)61。电源线62分支为控制供电线63和驱动供电线64，两者都连接到电动转向设备1。

控制供电线63是向电子控制设备40供电的线路。控制供电线63的中部设置有点火开关80和二极管68。驱动供电线64是经由电动机驱动电路50向电动机15供电的线路。驱动供电线64的中部设置有电源继电器65，电源继电器65的在负载侧上的线路的一部分设置有连接到控制供电线63的连接线66。由来自电子控制设备40的控制信号控制电源继电器65打开或关闭。连接线66设置有二极管67，其防止电流从控制供电线63流动到驱动供电线64。

接着，将描述由电子控制设备40的目标电流限制命令部分47所执行的在达到行程末端时的电流限制控制。图6示出了由电子控制设备40的目标电流限制命令部分47所执行的电流限制控制例程。此控制例程作为控制程序存储在电子控制设备40的ROM中。此控制例程在点火开关的打开操作时开始并在电流反馈控制之前以与上述电动机15的电流反馈控制同步的每个预定周期(例如，数百毫秒的每个周期)执行。

当控制例程开始时，电子控制设备40读取实际电流的检测信号Ix和电动机15的反馈控制中的目标电压的命令信号V^*，并对这些信号执行低通滤波处理以得到滤波处理后的实际电流值Ifx和目标电压值Vf^*(S10)。虽然在控制例程中，检测信号值和目标值是沿着d-q坐标系中的q轴的值，但是这里省略了置于图3所示的各个信号值末尾的标号“q”。

如上所述，在转向辅助控制期间，参考如图4所示的计算表，由转向转矩TR和车速V来求出需求辅助电流值Ias。然后，对需求辅助电流值Ias进行合适的修正(例如，用于防止过热等的电流修正，下述在达到行程末端时的电流限制)来计算目标电流值I^*。然后，将目标电流值I^*与实际流经电动机15的实际电流值Ix之间的偏差反馈到电动机驱动命令电压值V^*。电动机驱动命令电压值V^*对应于用于电动机15的驱动控制的控制量，并提供施加到d-q坐标系中q轴的电压。

在电流限制控制例程中，为了基于转向辅助控制中使用的实际电流值Ix和目标电压值V^*的改变状态来检测到达行程末端，在步骤S10执行滤波处理以从实际电流的检测信号Ix和目标电压的命令信号V^*去除诸如电噪声之类的影响。在此处理中使用的滤波器是低通滤波器，其具有使电动机15的电气和机械响应频率通过并限制比这些响应频率更高频率的信号的特性。步骤S10的处理对应于如图3所示的低通滤波器47a、47c的功能。

随后在步骤S11中，计算滤波处理后的实际电流值Ifx单位时间的改变量dIfx和滤波处理后的目标电压值Vf^*单位时间的改变量dVf^*。

例如，如下计算改变量。

dIfx＝(Ifx-Ifxold)/Δt

dVf^*＝(Vf^*-Vf*old)/Δt

Ifx：当前滤波处理的实际电流值

Ifxold：预定时间Δt之前滤波处理的实际电流值

Vf^*：当前滤波处理的目标电压值

Vf*old：预定时间Δt之前滤波处理的目标电压值

随后，处理进行到步骤S12，其中执行与达到左行程末端相关的判断处理。如图7所示，在此判断处理中，如果满足四个条件(S12-1、S12-2、S12-3、S12-4)，则判断为在左转向方向上已经发生达到行程末端的情况。

条件1：dIfx＞dIx0

条件2：dVf^*＜-dV*0

条件3：Ifx＞Ix0

条件4：标记F＝0

如果滤波处理后的实际电流的改变量dIfx大于基准改变量dIx0，则满足条件1(S12-1)。此基准改变量dIx0被设定为正值。

如果滤波处理后的目标电压的改变量dVf^*小于基准改变量-dV*0，则满足条件2(S12-2)。此基准值dV*0被设定为零或正值。因此，如果目标电压的减小程度大于基准值，则满足条件2。

如果滤波处理后的实际电流值Ifx大于基准值Ix0，则满足条件3(S12-3)。在与条件3相关的判断中，判断电动机15被驱动的方向(所产生的旋转转矩的方向)是左转向方向还是右转向方向，并进行与过电流相关的判断。因此，合适的是：基准值Ix0是小值(≥0)，例如，Ix0＝0。在此示例中，使电动机15产生沿左转向方向的旋转转矩的电流值表现为正值。

如果标记F被设定为F＝0，则满足条件4(S12-4)。如果正在执行由于达到左行程末端而引起的电流限制，则标记F被设定为F＝1，如果正在执行由于达到右行程末端而引起的电流限制，则标记F被设定为F＝2，如果未执行电流限制，则标记F被设定为F＝0。因此，如果未在执行电流限制，则满足条件4。

即，在步骤S12的判断处理中，如果满足如下条件则判断为已经发生达到左行程末端的情况：实际电流的增大程度大于基准增大程度(条件1)；目标电压的减小程度大于基准减小程度(条件2)；控制电动机的通电使得电动机在左转向方向上旋转(条件3)；在紧接着的先前判断处理期间未检测到达到行程末端的情况(未执行电流限制)(条件4)。

当电动机15正在旋转时，总是产生反电动势，因此目标电压被设定为较高以克服反电动势。因此，当电动机15从高转速迅速地减速时，反电动势迅速消失，并且电流的流动变得更容易，由此实际电流急剧地增大。此时，由于电流反馈控制，电动机15的命令电压(目标电压)减小。因此，在此实施例中，利用该现象来判断达到行程末端的发生。因此，在实际流经电动机15的实际电流变为过大之前，可以从实际电流和目标电压的改变程度来判断达到行程末端的发生。虽然针对条件3，判断实际电流的大小，但是这不是用于判断实际电流是否变为过大，而是用于检查电流的方向(转向方向)。用于此条件的基准值Ix0被设定为小于过大电流的值。由于这些条件判断处理，可以在过电流流经电动机15之前的更早时机检测到达到行程末端的情况。

在步骤S12的判断处理完成之后，处理进行到步骤S13，其中判断是否满足达到左行程末端判定处理中的条件。如果满足这些条件，则在步骤S14中将标记F设定为F＝1。在另一方面，如果不满足这些条件中的任一个(S13中的“否”)，则处理进行到步骤S15，其中执行与达到右行程末端相关的判断处理。

如图8所示，在此判断处理中，如果满足四个条件(S15-1、S15-2、S15-3、S15-4)，则判断为在右转向方向上已经发生达到行程末端的情况。在本说明中，与在右转向方向上驱动相关的电流值和电压值表示为负值，以区分电动机15的转向方向。

条件1：dIfx＜-dIx0

条件2：dVf^*＞dV*0

条件3：Ifx＜-Ix0

条件4：标记F＝0

如果滤波处理后的实际电流的改变量dIfx小于基准改变量-dIx0，则满足条件1(S15-1)。如果正在右转向方向上驱动电动机15，则实际电流采用负值。因此，如果在这种情况下，实际电流的绝对值的增大程度大于基准值，则满足该条件。

如果滤波处理后的目标电压的改变量dVf^*大于基准改变量dV*0，则满足条件2(S15-2)。如果正在右转向方向上驱动电动机15，则目标电压采用负值。因此，如果在这种情况下，目标电压的绝对值的减小程度大于基准值，则满足条件2。

如果滤波处理后的实际电流值Ifx小于基准值-Ix0，则满足条件3(S15-3)。执行与条件3相关的判断，以用于判断流经电动机15的电流方向(提供旋转转矩的方向)是左转向方向还是右转向方向，而不是用于判断过电流的存在。因此，合适的是：基准值Ix0是小值，例如，Ix0＝0。

如果标记F被设定为F＝0，则满足条件4(S15-4)。因此，如果未在执行电流限制，则满足条件4。

在步骤S15中，由于驱动方向(转矩产生的方向)的不同，目标电压和实际电流的符号(正或负)与步骤S13中的不同，因此判断的方式与步骤13基本相同。即，在步骤S 15的判断处理中，如果满足如下条件则判断为已经发生达到右行程末端的情况：在右转向方向上实际电流的增大程度大于基准增大程度(条件1)；用于在右转向方向上驱动的目标电压的减小程度大于基准减小程度(条件2)；控制电动机15的通电，使得电动机15在右转向方向上旋转(条件3)；在紧接着的先前判断处理期间未检测到达到行程末端的情况(未执行电流限制)(条件4)。因此，可以在较早时机检测到行程末端的到达。

在步骤S15的判断处理完成之后，处理进行到步骤S16，其中判断是否满足与右行程末端的到达相关的判断处理中的四个条件。如果满足这些条件，则在步骤S17中将标记F设定为F＝2。如果在步骤S16判断为不满足这四个条件中的任一个，或者在步骤S14或S17设定了标记F处理之后，这处理进行到步骤S18，其中判断车辆是否处于停止。例如，基于车速传感器28的检测信号来执行此判断。如果车辆处于停止，则执行以下电流上限限制。

首先，检查标记F的状态(S19)。如果标记F是F＝1(S19中的“是”)，则判断当前目标电流值I^*是否大于紧接着的前次滤波处理后的实际电流值Ifxold(S20)。如果I^*＞Ifxold，则将目标电流限制值I*lim设定为实际电流值Ifxold(S21)。即，紧接在检测到行程末端的达到之前的实际电流值Ifxold被设定为目标电流限制值I*lim。在此实施例中，从扭杆21的扭转检测转向盘11的转向转矩。因此，当通过快速的转向盘操作达到行程末端时，转向盘11的惯性转矩使扭杆21扭转，使得检测到的转矩值增大。检测到的转矩的增大使得需求辅助转矩增大。但是，在已经达到行程末端的状态下产生的进一步的转矩仅对止挡器18施压，因而是无用的。因此，在此实施例中，将用于目标电流的上限值设定为使得不产生无用转矩。此外，步骤S21的处理可以被视为本发明中的上限值设定装置。

随后，处理进行到步骤S22，其中实际电流值Ifxold被设定为将其乘以预定因子k得到的值。如果因子k＝1，则因为此控制例程以每个预定周期执行，所以目标电流限制值I*lim被保持为紧接在检测到行程末端的达到之前的实际电流值Ifxold。此外，如果因子k＜1，则目标电流限制值I*lim逐渐减小。相反，如果因子k＞1，则目标电流限制值I*lim逐渐增大。对于因子k，根据需求性能的任意设定都是可以的。此外，在由目标电流限制值I*lim限制电流的状态期间，在步骤S11中用于计算实际电流的改变量dIfx＝(Ifx-Ifxold)/Δt的Ifxold是步骤S22中设定的值。因此，Ifxold的值不会显著波动，由此与行程末端的到达相关的判断变得稳定。

在另一方面，如果步骤S20中的判断是“否”，即，如果目标电流I^*小于或等于实际电流值Ifxold，则标记F被重置为F＝0(S23)，由此解除对目标电流的上限限制(S24)。随后，已经在当前时间用于电流限制处理的实际电流值Ifxold的值被更新为当前实际电流Ifx(S25)。因此，在步骤S11中用于计算实际电流的改变量dIfx＝(Ifx-Ifxold)/Δt的值Ifxold在下一个周期被更新为新的实际电流值(其是在下一个控制周期时紧接着先前周期检测的实际电流值)。

紧接着发生行程末端的达到之后，由转向盘11的惯性力和来自驾驶员的转向转矩使扭杆21扭转，需求辅助电流值Ias增大，因此目标电流值I^*增大。但是，随着惯性力消失，目标电流值I^*减小。因此，在步骤S20至S25的处理中，当当前目标电流值I^*已经减小到界定了目标电流上限值的实际电流值Ifxold时，解除电流限制。这样，避免了不必要的电流限制。此外，步骤S20和S24的处理可以被视为本发明中的电流限制解除装置。

如果在步骤S19中的判断为“否”，即，如果标记F不是F＝1，则判断标记F是否已经被设定为F＝2(S26)。如果标记F是F＝2，则处理进行到步骤S27，其中判断当前目标电流值I^*是否小于紧接着的前次滤波处理后的实际电流值Ifxold(S20)。如果判断I^*＜Ifxold，则处理进行到上述的步骤S21及其后续步骤的处理，其中将目标电流限制值I*lim设定为实际电流值Ifxold，接着将实际电流值Ifxold设定为通过将实际电流值Ifxold乘以预定因子k获得的值。通过将目标电流值I^*(负值)和当在右转向方向上驱动电动机15时发生的实际电流值Ifxold(负值)相比来执行步骤S27的判断，并且步骤S27中的判断在绝对值方面与步骤S20的处理基本相同。

另一方面，如果步骤S26或步骤S27中的判断为“否”，则处理进行到步骤S23的上述处理，其中防止对目标电流的上限值限制。此外，如果在步骤S18判断车辆正在行驶，则处理也进行到步骤S23，其中防止对目标电流的上限值限制。

在车辆行驶期间，电动机15有时可能受到从路面施加在左右前轮FW1、FW2的外力而旋转。在此情况下，以与已经发生行程末端的达到的情况相同的趋势来检测实际电流值的改变量dIfx和目标电压值的改变量dVf^*。因此，为了防止对行程末端的达到的错误判断，在步骤S18判断车辆是否处于停止，并且仅在车辆处于停止时执行对目标电流值的上限限制，并在车辆行驶时解除上限限制。因此，判断精度提高，获得了高可靠性。

在步骤S12-3和步骤S15-3中，电动机15的驱动方向(电流的正负号)被包括为上述判断条件之一。这在如下情况中是有效的。例如，当停车时轮胎陷在路面而不能容易地转向时，可能需要通过转向盘操作转矩和辅助转矩来打破僵局(break the ice)(所谓僵局打破操作)。在这种情况下，如果仅基于实际电流值和控制电压值的改变方向来执行与行程末端的达到相关的判断，则仅在执行僵局打破操作时判断已经发生了行程末端的达到。具体而言，在“僵局打破”时，电动机从电动机由于僵局而停止旋转的状态(实际电流较大，控制电压较小)改变为电动机在僵局打破之后迅速旋转的状态(实际电流较小，控制电压较大)。因此，如果实际电流值和控制电压值的改变方向仅仅是用于判断的基础，则满足与行程末端的达到相关的判断条件。为了避免此问题，将电动机的驱动方向包括在判断条件中。

例如，在驱动电动机以产生左转向方向上的转矩(电流值：正)的情况下，如果电流的改变反向是减小反向(电流：+60A→+20A)则判断为正在执行“僵局打破”，并且如果电流的改变方向是增大方向(电流：+20A→+60A)则判断为已经发生行程末端的达到。此外，在驱动电动机以产生右转向方向上的转矩(电流值：负)的情况下，如果电流的改变反向是增大反向(电流：-60A→-20A)则判断为正在执行“僵局打破”，并且如果电流的改变方向是减小方向(电流：-20A→-60A)则判断为已经发生行程末端的达到。于是，由于设置了除了用于检查实际电流值的改变状态和电动机的控制量的改变状态之外还用于检查电动机的驱动方向的驱动方向检查装置，所以可以更精确地检测行程末端的达到。

根据本实施例的上述电动转向设备1，通过掌握供应到电动机15的实际电流值的改变和电动机15的控制量的改变，可以在过电流实际流经电动机15之前迅速地检测行程末端的达到。然后，当检测到行程末端的达到时，将目标电流值的上限设定为在检测到行程末端的达到之前刚刚检测到的实际电流值。因此，防止了电流的过冲，并且不会产生过大的辅助转矩，并可以维持最小需求辅助转矩。因此，不会发生辅助转矩变得过小而驾驶员的需求转向转矩增大的情况。

此外，对于电流限制，当目标电流值已经减小到在检测到行程末端的达到之前刚刚检测到的实际电流值时解除限制。因此，可以在合适的时机解除电流限制。于是，可以防止电流限制持续时间长于必要时间等的问题。在车辆行驶期间，不执行对目标电流的上限值限制，由此可以防止由于从路面施加到前轮FW1、FW2的外力的影响导致与行程末端的达到相关的错误判断。

虽然已经描述了本实施例的电动转向设备1，但是本发明不限于前述实施例，而可以在不偏离本发明的目的的情况下以各种方式修改。

例如，在此实施例中，如图6中的步骤S18所示判断车辆是否处于停止，并且仅在判断为车辆处于停止的情况下执行对目标电流的上限值限制。但是，不是仅在车辆停止时才需要执行上限值限制。例如，可以在车辆以极低的速度行驶期间以及在车辆停止期间执行对目标电流的上限值限制。图9示出了这种修改方案，其中执行步骤S18A来代替上述图6中的电流限制控制例程中的步骤S18的处理。在步骤S18A中，判断由车速传感器28所检测的车速V是否小于基准车速V0。然后，当满足条件V＜V0时，即，当车辆以极低的速度行驶或者处于停止时，如上所述基于与行程末端的达到相关的判断结果来执行对目标电流的上限值限制。当车辆以极低的速度行驶时，从路面施加在车轮上的外力引起已经达到行程末端的错误判断的可能性较低。此外，即使得到了这种错误判断，也没有安全风险。因此，此修改方案具有电流上限值限制的可应用范围变宽的优点。

此外，虽然在本实施例中，检查电动机15的驱动方向以提高与行程末端的达到相关的判断的精度，但是其中省略检查驱动方向的处理的构造也是可以的。对于目标电流上限值的设定(本实施例中步骤S22的因子k的设定)，可以设定任意值。例如，可以设置目标电流上限值替换装置，用于根据紧接着转向位置达到行程末端之前的电动机的加速度来设定目标电流上限值。此外，目标电流上限值可以是预定固定值。此外，虽然在前述实施例中，解除对电流的上限值限制的时机被设定在目标电流值减小为在检测到行程末端的达到之前刚刚检测的实际电流值时，但是这种构造完全不是限制性的。例如，解除对电流的上限值限制的时机可以被设定在目标电流值减小到预定值时，或者还可以基于在检测到行程末端的达到之后经过的时间来设定。

在步骤S18中与车辆的停止相关的判断的执行时机也可以早于行程末端达到判断处理的时机(例如，在如图6所示的控制例程的开始)。在此情况下，如果车辆正在行驶，则可以在不执行与行程末端的达到相关的判断处理的情况下立即退出控制例程。当然，这对于作为步骤S18的修改方案的步骤S18A的处理也是相同的。即，如果车辆以大于或等于基准速度的速度行驶，此控制例程可以在不执行与行程末端的达到相关的判断处理的情况下立即退出。

此外，虽然在前述实施例中，采用了柱轴式电动转向设备，但是可以采用其中齿条14由电动机驱动来提供辅助转矩的电动转向设备的形式。此外，对于电动机的选择，不仅可以选择DC无电刷电动机，还可以选择各种其他电动机。

Claims (9)

1.一种电动转向设备，包括：

电动机，其用于提供转向辅助转矩；

目标电流确定装置，其用于根据方向盘的转向状态来确定所述电动机的目标电流值；

实际电流检测装置，其用于检测实际供应到所述电动机的电流值；

反馈控制装置，其用于通过对由所述目标电流确定装置所确定的所述目标电流值与由所述实际电流检测装置所检测的所述实际电流值之间的偏差进行反馈，来确定用于驱动并控制所述电动机的控制量；和

电动机驱动装置，其用于利用由所述反馈控制装置所确定的所述控制量来驱动所述电动机，

所述电动转向设备的特征在于包括：

实际电流改变检测装置，其用于检测由所述实际电流检测装置所检测的、实际供应到所述电动机的所述实际电流值的改变状态；

控制量改变检测装置，其用于检测由所述反馈控制装置所确定的、所述电动机的所述控制量的改变状态；和

行程末端判断装置，其用于基于所检测的所述实际电流值的改变状态和所检测的所述电动机的所述控制量的改变状态来判断转向位置是否已经达到行程末端，所述行程末端以机械方式限制了可转向范围的终端。

2.根据权利要求1所述的电动转向设备，其中，当所述实际电流值向增大侧改变并且所述电动机控制量向减小侧改变时，所述行程末端判断装置判断为所述转向位置已经达到所述行程末端。

3.根据权利要求1或2所述的电动转向设备，还包括上限值设定装置，其用于：在判断为已经达到所述行程末端时，将所述目标电流值的上限设定为预定值，从而限制由所述目标电流确定装置所确定的所述目标电流值。

4.根据权利要求3所述的电动转向设备，其中，所述上限值设定装置将所述目标电流值的所述上限设定为：在判断为所述转向位置已经达到所述行程末端之前刚刚检测的所述实际电流值。

5.根据权利要求3或4所述的电动转向设备，还包括电流限制解除装置，其用于：在由所述上限值设定装置限制所述目标电流值时，在由所述目标电流确定装置所确定的所述目标电流值变为小于预定值的情况下，解除由所述上限值设定装置所设置的对所述目标电流的上限值限制。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的电动转向设备，其中，仅在车辆停止时进行由所述上限值设定装置对所述目标电流值的限制或者由所述行程末端判断装置进行的判断。

7.根据权利要求3至5中任一项所述的电动转向设备，其中，仅在车辆停止时以及车辆以低于预定基准速度的速度行驶时进行由所述上限值设定装置对所述目标电流值的限制或者由所述行程末端判断装置进行的判断。

8.一种电动转向设备，包括：

电动机，其用于提供转向辅助转矩；

目标电流确定设备，其根据方向盘的转向状态来确定所述电动机的目标电流值；

实际电流检测设备，其检测实际供应到所述电动机的电流值；

反馈控制设备，其通过对由所述目标电流确定设备所确定的所述目标电流值与由所述实际电流检测设备所检测的所述实际电流值之间的偏差进行反馈，来确定用于驱动并控制所述电动机的控制量；

电动机驱动设备，其利用由所述反馈控制设备所确定的所述控制量来驱动所述电动机，

实际电流改变检测设备，其检测由所述实际电流检测设备所检测的、实际供应到所述电动机的所述实际电流值的改变状态；

控制量改变检测设备，其检测由所述反馈控制设备所确定的、所述电动机的所述控制量的改变状态；和

行程末端判断设备，其基于所检测的所述实际电流值的改变状态和所检测的所述电动机的所述控制量的改变状态，来判断转向位置是否已经达到行程末端，所述行程末端以机械方式限制了可转向范围的终端。

9.一种用于电动转向设备的控制方法，所述电动转向设备包括：

电动机，其用于提供转向辅助转矩；和

电动机驱动装置，其用于驱动所述电动机，

所述控制方法的特征在于包括以下步骤：

根据方向盘的转向状态来确定所述电动机的目标电流值；

检测实际供应到所述电动机的实际电流值；

对所检测的所述实际电流值的改变状态进行检测；

检测控制量的改变状态，所述控制量通过对所确定的所述目标电流值与所检测的所述实际电流值之间的偏差进行反馈来驱动并控制所述电动机；以及

基于所检测的所述实际电流值的改变状态和所检测的所述电动机的所述控制量的改变状态，来判断转向位置是否已经达到行程末端，所述行程末端以机械方式限制了可转向范围的终端。

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