CN101395056A - 电动动力转向控制装置 - Google Patents

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Abstract

在通过根据操舵转矩信号和驱动电机的电流信号由观测器推定电机旋转速度的振动频率分量并反馈来抑制振动的电动动力转向控制装置中，存在相位补偿器由模拟电路构成时和由软件构成时成本都升高的问题。通过用模拟电路构成操舵转矩的相位补偿器，并且在微机的软件上构成逆相位补偿器，在振动频率附近消除由于模拟电路的相位补偿器带来的增益与相位的变化，从而根据进行了相位补偿的操舵转矩信号来运算与观测器中的运算所需的未进行相位补偿的操舵转矩信号等价的操舵转矩信号。

Description

电动动力转向控制装置
技术领域
本发明涉及机动车的电动动力转向的控制装置。
背景技术
在电动动力转向装置中，规定与操舵转矩基本成正比的辅助转矩，通过将作为其比例关系的转矩比例增益取得较大来降低机动车驾驶者的操舵转矩。这时，如果转矩比例增益取得过大则控制系统就会振动，产生转向盘振动，所以有时操舵转矩的降低程度是有限的。为了解决这个问题，有人发明了导入相位补偿器来改善控制系统的相位特性以抑制振动的算法，来防止转向盘振动(例如，参照参考文献1)。
此外，出于进一步提高振动抑制性能的目的，还有人发明了除了上述相位补偿器之外，通过根据操舵转矩信号和驱动电机的电流信号由观测器推定电机旋转速度的振动频率分量并反馈来抑制振动的控制算法，防止转向盘振动(例如，参照参考文献2)。
专利文献1：JP特开平8-19236号公报(第4页、图1)。
专利文献2：JP特开2000-168600号公报(第10页、图12)。
发明内容
在这样的电动动力转向装置中，控制算法的大部分由软件构成，操舵转矩信号通过转矩信号变换器、即A/D变换电路被取入微机并进行运算处理。这是由于电动动力转向的振动频率从30Hz到100Hz，比较低。但也有只有控制算法中的相位补偿器由软件构成并用微机运算的情况，和直接用模拟电路进行相位补偿的情况。用微机运算时，在控制系统的振动频率较高的情况下，需要高速的运算处理所以需要高价的微机。
此外，在用模拟电路进行相位补偿时，由于在上述观测器的运算中需要未进行相位补偿的操舵转矩信号，所以需要对用模拟电路进行了相位补偿的操舵转矩信号和未进行相位补偿的操舵转矩信号这两者进行A/D变换并取入微机，故必要的A/D变换电路数量将增加。
这样，在除了上述相位补偿器之外，还使用通过根据操舵转矩信号和驱动电机的电流信号由观测器推定电机旋转速度的振动频率分量并反馈来抑制振动的控制算法的情况下，存在相位补偿器由模拟电路构成时和由软件构成时，成本都升高的问题。
本发明是为了解决上述问题而作出的，提供一种不增加A/D变换电路数量从而不招致成本升高就能实现优异的振动抑制性能的电动动力转向控制装置。
本发明的电动式动力转向控制装置具备：转矩检测单元，检测基于驾驶者的操舵转矩；模拟相位补偿器，利用模拟电路对该转矩检测单元的输出进行相位补偿；转矩信号变换器，对该模拟相位补偿器的输出进行A/D变换并取入微机；转矩控制器，使用该转矩信号变换器的输出来运算辅助所述操舵转矩的辅助转矩电流；电机，产生辅助所述操舵转矩的转矩；电流检测单元，检测对该电机通电的电流值；旋转速度推定单元，推定所述电机的旋转速度；以及阻尼控制器，使用由该旋转速度推定单元推定的电机的旋转速度的推定值，运算加到所述辅助转矩电流上的阻尼电流，其中，所述旋转速度推定单元具备旋转速度观测器，该旋转速度观测器使用调整所述转矩信号变换器的输出的相位和增益的转矩逆相位补偿器的输出和所述电流检测单元的输出来运算所述电机的旋转速度的推定值。
根据本发明，通过由模拟电路构成操舵转矩的相位补偿器，并且在微机的软件上构成逆相位补偿器，在振动频率下消除模拟电路的相位补偿器带来的增益和相位的变化，从而根据进行了相位补偿的操舵转矩信号运算与上述观测器中的运算所需的未进行相位补偿的操舵转矩信号等价的操舵转矩信号，从而不需要对未进行相位补偿的操舵转矩信号进行A/D变换并取入微机，所以能减少A/D变换电路数量，不升高成本就能实现优异的振动抑制性能。
附图说明
图1是示出实施方式1的控制器的结构的框图。
图2是示出实施方式1的控制器的逆相位补偿器的频率特性的伯德图。
图3是示出实施方式1的控制器的微机内的处理的流程图。
图4是示出实施方式2的控制器的逆相位补偿器的频率特性的伯德图。
图5是示出实施方式3的控制器的结构的框图。
图6是示出实施方式3的控制器的转矩HPF的频率特性的伯德图。
图7是示出实施方式3的控制器的转矩相位超前减小器的频率特性的伯德图。
图8是示出实施方式3的控制器的微机内的处理的流程图。
图9是示出实施方式3的结合了控制器的转矩HPF和转矩相位超前减小器的频率特性的伯德图。
附图标记说明
1：转矩传感器；2：模拟相位补偿器；3：转矩A/D变换器；4：电流检测器；5：电流A/D变换器；6：转矩控制器；7：转矩逆相位补偿器；8：转矩HPF；9：电流HPF；10：电机旋转观测器；11：阻尼控制器；12：加法器；13：电流控制器；14：驱动电路；15：电机；16：转矩相位超前减小器；17：电流相位超前减小器；18：第一旋转速度推定器；19：第二旋转速度推定器。
具体实施方式
实施方式1
图1是示出本发明的实施方式1的控制器的结构的框图，用转矩传感器1检测驾驶者操舵时的操舵转矩，用由模拟电路构成的模拟相位补偿器2改善频率特性以使相位在振动频率fvib下最超前。用转矩A/D变换器3将改善了频率特性的转矩传感器输出变换为数字信号并取入微机。此外，驱动电机的电流也用电流检测器4检测，用电流A/D变换器5变换为数字信号并取入微机。在微机内，使用改善了频率特性的转矩传感器输出，用转矩控制器6运算辅助转矩电流。用转矩逆相位补偿器7运算模拟相位补偿器的逆特性，并且输入到第一旋转速度推定器18(图中虚线围起来的部分)，第一旋转速度推定器18使用转矩HPF8进行高通滤波运算从而截断返回到与相位补偿前的操舵转矩等价的频率特性的操舵转矩信号的低频分量后的信号、和电流HPF9进行高通滤波运算从而截断电流的低频分量后的信号，用电机旋转观测器(与旋转速度观测器相同。以下同样)10进行截断了低频分量的电机旋转速度的推定运算。使用其结果得到的推定的电机旋转速度，用阻尼控制器11运算阻尼电流，并且用加法器12将辅助转矩电流和该阻尼电流相加从而进行目标电流运算。用电流控制器13控制成使运算的目标电流和用电流检测器4检测的电流一致，例如作为PWM信号等电压指令信号向驱动电路14输出，通过驱动电机15产生辅助转矩。在上述中，进行电机旋转速度的推定运算的电机旋转观测器10例如使用以将电机的惯性力矩作为惯性项、将转矩传感器的弹簧常数作为弹簧项的1自由度振动方程作为模型的观测器(以下相同)。此外，在本发明中，旋转速度推定单元中包括上述第一旋转速度推定器作为其一例。
这时，如图2所示，转矩逆相位补偿器7的特性B被设定为与模拟相位补偿器2的特性A相反。即，如果模拟相位补偿器2的特性A在fa1到fa2的频率范围中增益变高，则转矩逆相位补偿器7的特性B从fi1到fi2的增益降低的频率范围被设定为fa1＝fi1、fa2＝fi2，从而变得相同。结合了模拟相位补偿器2的特性A与转矩逆相位补偿器7的特性B的总特性为C。
此外，用转矩HPF(HPF是高通滤波器的简称。以下同样)8以及电流HPF9将高通滤波器截断的最大频率设定得比作为可驱动的最大频率的5Hz要高。
接下来，根据图3的流程图说明实施方式1的微机内的处理算法。
首先，在步骤S101中，读入用转矩A/D变换器3进行了A/D变换的模拟相位补偿后的转矩传感器输出，存储至存储器。在步骤S102中，读入用电流A/D变换器5进行了A/D变换的电流检测值(与电流检测器输出相同，以下同样)，存储至存储器。在步骤S103中，用转矩控制器6读入存储到存储器中的模拟相位补偿后的转矩传感器输出，对辅助转矩电流进行映射运算，存储至存储器。在步骤S104中，用转矩逆相位补偿器7读入存储在存储器中的模拟相位补偿后的转矩传感器输出，进行逆相位补偿运算，将逆相位补偿运算后的转矩传感器输出存储至存储器。在步骤S105中，用转矩HPF8对存储器中存储的逆相位补偿运算后的转矩传感器输出进行高通滤波运算，将高通滤波后的转矩传感器输出存储至存储器。在步骤S106中，用电流HPF9对存储器中存储的电流检测值进行高通滤波运算，将高通滤波后的电流检测值存储至存储器。在步骤S107中，根据存储于存储器的高通滤波后的转矩传感器输出和高通滤波后的电流检测值，用电机旋转观测器10进行电机旋转速度运算，存储至存储器。在步骤S108中，用阻尼控制器11对存储在存储器中的电机旋转速度乘以增益，进行阻尼电流的运算，存储至存储器。在步骤S109中，用加法器12将辅助转矩电流和阻尼电流相加，得到目标电流。在步骤S110中，用电流控制器13根据目标电流和电流检测值进行电流控制运算，作为PWM信号等电压指令信号向驱动电路14输出。以上的步骤S101到S110的处理针对每个控制采样执行。
根据这样的结构，可以用一个转矩A/D变换器3得到转矩控制器6中的辅助转矩电流的运算所需的进行了模拟相位补偿的转矩传感器信号和电机旋转观测器10中的运算所需的未进行相位补偿的转矩传感器信号，所以不升高成本就能实现优异的振动抑制性能。
在本实施方式中，使用了用电流检测器4检测向电流HPF9输入的电流信号、并用电流A/D变换器5变换为数字信号后的电流检测值，但也可以使用用加法器12运算的目标电流。
实施方式2
实施方式2仅在转矩逆相位补偿器7的软件结构上与实施方式1不同，故用图4仅就该部分进行说明。
在实施方式2中，将转矩逆相位补偿器7的特性D设为与模拟相位补偿器2近似的特性。具体地说，如果模拟相位补偿器2的特性A是在fa1到fa2的频率范围内增益以例如20dB/dec的比率变高的特性，则设为从fi1增益以20dB/dec的比率开始降低的低通滤波器，并设定fa1＝fi1。用阻尼控制器11运算阻尼电流时需要高精度的电机旋转速度信号的是在发生转向盘振动的频率下。因此，电机旋转观测器10需要没有模拟相位补偿器2引起的相位偏移的转矩传感器输出的也是在发生转向盘振动的频率下。另一方面，由于模拟相位补偿器2设定fa1、fa2使其包含产生转向盘振动的频率，故即使设为从fi1增益开始降低的低通滤波器，结合了模拟相位补偿器2的特性A和转矩逆相位补偿器7的特性D的总特性也像E那样，增益相同，相位偏移变小，所以与没有转矩逆相位补偿器7的情况相比得到高精度的电机旋转速度信号，作为结果能够实现与实施方式1相同的转向盘振动降低效果。
根据这样的结构，以简单的低通滤波器构成，所以不需要在必须进行高速运算处理的高频区域中运算与模拟相位补偿器2的特性相反的特性，所以可以在低价的微机上实现上述效果。
实施方式3
图5是示出本发明的实施方式3的控制器的结构的框图，除了实施方式1的结构之外，在第二旋转速度推定器19中，在转矩HPF8的后级配置了转矩相位超前减小器16，在电流HPF9的后级配置了电流相位超前减小器17。
转矩HPF的特性F在振动发生频率下如图6所示截断操舵转矩信号的低频分量，而在转向盘振动频率下，有时会使相位超前。因此，在转矩HPF8的后级，配置转矩相位超前减小器16，该转矩相位超前减小器16具有如图7的转矩相位超前减小器16的特性G所示转向盘振动频率fvib与转矩HPF8的截止频率fT_HPF的比和转矩相位超前减小器16的截止频率fT_comp与转向盘振动频率fvib的比相同的低通滤波特性。此外，将具有与转矩相位超前减小器16相同的频率特性的电流相位超前减小器17配置在电流HPF9的后级。另外，在本发明中，旋转速度推定单元包括上述第二旋转速度推定器作为其一例。
接下来，根据图8的流程图说明实施方式3的微机内的处理算法。
首先，在步骤S301中，读入用转矩A/D变换器3进行了A/D变换的模拟相位补偿后的转矩传感器输出，存储至存储器。在步骤S302中，读入用电流A/D变换器5进行了A/D变换的电流检测值，存储至存储器。在步骤S303中，用转矩控制器6读入存储在存储器中的模拟相位补偿后的转矩传感器输出，对辅助转矩电流进行映射运算，存储至存储器。在步骤S304中，用转矩逆相位补偿器7读入存储在存储器中的模拟相位补偿后的转矩传感器输出，进行逆相位补偿运算，将逆相位补偿运算后的转矩传感器输出存储至存储器。在步骤S305中，用转矩HPF8对存储器中存储的逆相位补偿运算后的转矩传感器输出进行高通滤波运算，将高通滤波后的转矩传感器输出存储至存储器。在步骤S306中，用电流HPF9对存储器中存储的电流检测值进行高通滤波运算，将高通滤波后的电流检测值存储至存储器。在步骤S307中，用转矩相位超前减小器16对存储于存储器的高通滤波后的转矩传感器输出进行低通滤波运算，将低通滤波后的转矩传感器输出存储至存储器。在步骤S308中，用电流相位超前减小器17对存储在存储器中的高通滤波器后的电流检测值进行低通滤波运算，将低通滤波后的电流检测值存储至存储器。在步骤S309中，根据存储在存储器中的低通滤波后的转矩传感器输出和低通滤波后的电流检测值，用电机旋转观测器10进行电机旋转速度运算，存储至存储器。在步骤S310中，用阻尼控制器11对存储在存储器中的电机旋转速度乘以增益，进行阻尼电流运算，存储至存储器。在步骤S311中，用加法器12将辅助转矩电流和阻尼电流相加得到目标电流。在步骤S312中，用电流控制器13根据目标电流和电流检测值进行电流控制运算，作为PWM信号等电压指令信号向驱动电路14输出。以上的步骤S301到S312的处理针对每个控制采样执行。
根据上述的结构，通过在转矩HPF8的后级配置转矩相位超前减小器16，得到结合了转矩HPF8的特性F和转矩相位超前减小器16的特性G的特性(图9的总特性H)，所以如图9的总特性H所示，在转向盘振动频率fvib下，增益、相位都为0，能够消除偏移，进而提高电机旋转速度信号的精度。其结果，能实现更优异的转向盘振动降低效果。

Claims (7)

1.一种电动式动力转向控制装置，其特征在于，具备：
转矩检测单元，检测基于驾驶者的操舵转矩；
模拟相位补偿器，利用模拟电路对该转矩检测单元的输出进行相位补偿；
转矩信号变换器，对该模拟相位补偿器的输出进行A/D变换并取入微机；
转矩控制器，使用该转矩信号变换器的输出来运算辅助所述操舵转矩的辅助转矩电流；
电机，产生辅助所述操舵转矩的转矩；
电流检测单元，检测对该电机通电的电流值；
旋转速度推定单元，推定所述电机的旋转速度；以及
阻尼控制器，使用由该旋转速度推定单元推定的电机的旋转速度的推定值，运算加到所述辅助转矩电流上的阻尼电流，
其中，所述旋转速度推定单元具备旋转速度观测器，该旋转速度观测器使用调整所述转矩信号变换器的输出的相位和增益的转矩逆相位补偿器的输出和所述电流检测单元的输出来运算所述电机的旋转速度的推定值。
2.根据权利要求1所述的电动式动力转向控制装置，其特征在于，
转矩逆相位补偿器在微机内对所述转矩信号变换器的输出进行所述模拟相位补偿器的逆特性运算，变换为与所述转矩检测单元的输出相同的频率特性来进行调整。
3.根据权利要求2所述的电动式动力转向控制装置，其特征在于，
转矩逆相位补偿器对于所述模拟相位补偿器的逆特性设定成在所述模拟相位补偿器的高频侧的转折点频率以上的频率范围内增益变小。
4.根据权利要求3所述的电动式动力转向控制装置，其特征在于，
转矩逆相位补偿器由低通滤波器构成。
5.一种电动式动力转向控制装置，其特征在于，具备：
转矩检测单元，检测基于驾驶者的操舵转矩；
转矩控制器，使用该转矩检测单元的输出来运算辅助所述操舵转矩的辅助转矩电流；
电机，产生辅助所述操舵转矩的转矩；
电流检测单元，检测对该电机通电的电流值；
旋转速度推定单元，推定所述电机的旋转速度；以及
阻尼控制器，使用由该旋转速度推定单元推定的电机的旋转速度的推定值，运算加到所述辅助转矩电流上的阻尼电流，
其中，所述旋转速度推定单元具备：
电机电流用操舵分量除去单元，从所述电流检测单元的输出中除去基于操舵的分量；
转矩用操舵分量除去单元，从所述转矩检测单元的输出中除去基于操舵的分量；以及
旋转速度观测器，使用由所述电机电流用操舵分量除去单元除去了该操舵分量的电流和从所述转矩用操舵分量除去单元输出的操舵转矩来运算电机的旋转速度的推定值，
并且具备减小所述电机电流用操舵分量除去单元引起的相位的超前的电机的电流相位超前减小器、或减小所述转矩用操舵分量除去单元引起的相位的超前的转矩相位超前减小器中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的电动式动力转向控制装置，其特征在于，
具备模拟相位补偿器、所述转矩信号变换器和所述转矩逆相位补偿器。
7.根据权利要求5所述的电动式动力转向控制装置，其特征在于，
电流相位超前减小器和所述转矩相位超前减小器由低通滤波器构成。
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