CN101821150B

CN101821150B - 电动动力转向控制装置

Info

Publication number: CN101821150B
Application number: CN200780101001.3A
Authority: CN
Inventors: 家造坊勋; 栗重正彦; 远藤雅也; 喜福隆之; 泽田诚晋; 松下正树
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: EP2221236A4; EP2221236B1; US8326493B2; JP5200033B2; KR20100057906A; CN101821150A; WO2009078074A1; JPWO2009078074A1; US20110153162A1; EP2221236A1; KR101216822B1

Abstract

本发明得到电动动力转向控制装置，使用对振幅小的成分进行过滤的小振幅过滤滤波器，从转速信号等动态状态量中去除操舵成分，仅高精度地抽出作为振幅比其小的成分的振动成分，通过控制降低这些振动成分。

Description

电动动力转向控制装置

技术领域

本发明涉及协助汽车的驾驶员的操舵力的电动动力转向控制装置，特别涉及抑制由于转矩脉动、干扰等引起的振动的技术。

背景技术

在依照汽车的驾驶员对方向盘施加的操舵转矩通过电动机赋予协助力的电动动力转向装置中，决定与操舵转矩大致成比例的协助转矩，将保持该比例关系的转矩比例增益取得较大，从而使驾驶员的操舵力降低·圆滑化，并且抑制电机产生的转矩脉动、从路面传递的干扰等的振动，从而提高驾驶员的感觉。

在以往的该种电动动力转向控制装置中，提出了如下结构：为了抑制上述电机的转矩脉动、路面干扰等振动，使用包括低通滤波器(LPF)与高通滤波器(HPF)的混合滤波器，通过LPF抽出操舵成分而实施操舵协助转矩的控制，并且通过HPF抽出转矩脉动等高频振动成分，对该成分使用与上述低频不同的控制器(其他增益)而进行控制(例如，参照专利文献1)。

另外，还提出了如下结构：使用带通滤波器(BPF)，抽出电机转速或者操舵角的角速度的振动成分，从目标电流中减去对该振动成分乘上增益而得到的信号，新设为目标电流，从而构成角速度的负反馈控制，而降低振动(例如，参照专利文献2)。

进而，除此以外，还提出了如下结构：为了从操舵转矩信号中去除比特变动那样的微细的变动，具备通过滞后函数进行滤波的滞后处理单元(例如，参照专利文献3)。

专利文献1：日本特登2838053号公报

专利文献2：日本特开2003-26022号公报

专利文献3：日本特开2004-170174号公报

在上述专利文献1、2那样的以往的电动动力转向装置中，在抽出转矩脉动、路面干扰等振动成分时使用高通滤波器(HPF)、低通滤波器(LPF)、或者带通滤波器(BPF)，例如在电机产生的转矩脉动与从路面传递的干扰的频率频带处于离开那样的情况下，仅能够抽出某一方的频率频带成分，并且，在转矩脉动、路面干扰等振动成分与操舵成分的频率频带仅一部分重复的情况下，也无法进行正确的抽出，无法抑制横跨宽广的频带的所有振动成分。

另外，如上述专利文献3那样的以往的电动动力转向装置那样，为了去除比特变动那样的微细的变动，而使用滞后函数进行滤波的方法存在无法抽出振动成分这样的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述那样的问题而进行的，其目的在于得到一种电动动力转向控制装置，可以高精度地抽出电机产生的转矩脉动、来自路面的干扰等的振动成分，通过控制简单地降低这些振动成分。

本发明提供一种电动动力转向控制装置，包括：转矩传感器，对由驾驶员提供的操舵转矩进行检测；转矩控制器，基于由上述转矩传感器检测出的操舵转矩信号，运算辅助上述操舵转矩的辅助转矩电流；以及电机，通过上述辅助转矩电流产生辅助转矩，所述电动动力转向控制装置的特征在于包括：动态状态量检测单元，对上述电动动力转向装置或者汽车的动态状态量进行检测；小振幅过滤滤波器，从上述动态状态量检测单元的检测输出中过滤振动成分；以及振动抑制控制单元，降低通过该小振幅过滤滤波器得到的振动成分信号，通过构成包括将上述转矩控制器的输出即辅助转矩电流与上述振动抑制控制单元的输出即振动抑制电流进行加减法的反馈控制环，来抑制上述电机的振动成分。

通过使用本发明的小振幅过滤滤波器，具有可以实现如下电动动力转向控制装置的效果：可以高精度地抽出电机产生的转矩脉动、来自路面的干扰等振幅比操舵成分小的振动成分，通过反馈控制环高效地降低这些振动成分。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的电动动力转向控制装置的框线图。

图2是示出本发明的实施方式1以及2中的小振幅过滤滤波器的输入输出特性图。

图3是示出本发明的实施方式1中的微处理机内的处理的流程图。

图4是示出本发明的实施方式1以及2中的小振幅过滤滤波器的结构例的框线图。

图5是示出本发明的实施方式1以及2中的小振幅过滤滤波器的动作例的输入输出时间波形。

图6是示出本发明的实施方式1以及2中的振动抑制控制器的框线图。

图7是示出本发明的实施方式2的电动动力转向控制装置的框线图。

图8是示出本发明的实施方式2中的微处理机内的处理的流程图。

(标号说明)

1转矩传感器，2转矩控制器，5电机，6电流检测单元，7转速检测单元，8小振幅过滤滤波器，9振动抑制控制单元，21滞后滤波器。

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的电动动力转向控制装置的结构的框线图。另外，此处省略电动动力转向装置本身的详细说明，可以是已经公知的结构，例如，可以参照在上述专利文献1以及2中说明的结构。

在图中，通过使用了公知的扭杆等的转矩传感器1对驾驶员操舵的情况的操舵转矩τ0进行检测，基于该转矩传感器输出运算转矩控制器2对电机5提供的辅助转矩电流Ia。另一方面，通过公知的转速检测单元7来检测电机5的转速。

接下来，通过具有图2所示的输入输出特性的小振幅过滤滤波器8，对来自上述转速检测单元7的转速信号Sn进行滤波，从而从转速信号Sn中去除操舵成分，仅抽出振动成分Sb。另外，上述小振幅过滤滤波器8是仅抽出比操舵成分振幅小的振动成分的滤波器，对于其构成方法，在后面详细说明。

基于通过小振幅过滤滤波器8抽出的振动成分信号Sb，由振动抑制控制单元9运算振动抑制电流Is，并且通过减法器10从来自上述转矩控制器2的辅助转矩电流Ia中减去该振动抑制电流Is，从而得到应控制电机5的目标电流It。通过电流控制单元3进行控制以使所运算的目标电流It与通过电流检测单元6检测的电流Id一致，例如作为PWM信号等电压指令信号Sv输出到例如由H桥电路构成的驱动电路4，由此将与PWM信号对应的驱动电流输出给电机5。电机5产生辅助由驾驶员对导向轴提供的操舵力的协助转矩。

另外，图1所示的控制装置的结构块并非全部由硬件构成，由通过微处理机实现的软件构成直到根据转矩传感器1的输出转矩信号τ0与由转速检测单元7检测到的信号Sn通过减法器10运算目标电流It为止的结构、或者直到来自电流控制单元3的电压指令信号Sv为止的结构。微处理机包括公知的中央处理装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、以及接口(IF)等，依次抽出存储在ROM中的程序并通过CPU进行期望的运算并且将运算结果临时保存在RAM中等，从而执行软件而进行规定的控制动作。

基于图3的流程图，对上述结构的电动动力转向控制装置的动作进行说明。首先，在步骤S101中将作为转矩传感器1的输出的操舵转矩信号τ0读入到微处理机中，并存储在存储器中。接下来，在步骤S102中将从转速检测单元7读入的转速信号Sn存储在存储器中。接下来，在步骤S103中针对操舵转矩信号τ0通过转矩控制器2运算辅助转矩电流Ia，将其输出存储在存储器中。此处，转矩控制器2也可以是公知的方法，例如有基于预定的映射数据进行运算的方法。

接下来，在步骤S104中，针对从转速检测单元7读入的转速信号Sn，通过小振幅过滤滤波器8运算振动成分信号Sb，存储在存储器中。接下来，在步骤S105中，针对作为小振幅过滤滤波器8的输出的振动成分信号Sb，通过振动抑制控制单元9运算振动抑制电流Is，存储在存储器中。然后，在步骤S106中在减法器10中，从来自上述转矩控制器2的辅助转矩电流Ia中减去振动抑制电流Is来决定目标电流It。针对每个控制采样反复从上述步骤S101到S106的动作来运算目标电流It。

接下来，对小振幅过滤滤波器8进行说明。小振幅过滤滤波器如图2所示具有如下性质：大小B以上的变动成分饱和而不输出，但输入信号的某动作点附近处的大小B以下的变动成分作为大小B以下的变动而原封不动地输出。以希望抽出的振动成分的大小为基准并与其对应地设定该宽度即滞后宽度H的大小即可，例如，包含在转速信号中的振动成分换算到方向盘轴周围是大致0.025～0.25rad/s，并且，操舵转矩信号中的振动成分也是大致0.025～0.25Nm。另外，用单振幅来表示这些振幅值。

图4是示出小振幅过滤滤波器8的一般的结构例的框线图，包括：输入上述转速检测单元7的输出信号而进行具有与上述振动成分对应的滞后宽度的滞后处理的滞后滤波器；从上述转速检测单元的输出信号中减去上述滞后滤波器的输出信号的减法器。从输入信号Sn中减去对来自转速检测单元7的输入信号Sn进行分支并经由滞后滤波器21进行滤波而得到的信号H0，得到振动成分信号Sb。根据图4的方式，可以通过一般的要素简单地构成小振幅过滤滤波器8。

图5示出上述图4所示的小振幅过滤滤波器8的各部分信号的时间波形，在图中，(a)是输入信号Sn的波形图，(b)是滞后滤波器21的输出信号H0的波形图，(c)是输出信号Sb的波形图。将包含在转速信号中的振动成分都表示成换算到方向盘轴周围的值(rad/s)。在(a)所示的输入信号Sn中，除了振动成分以外，作为振幅大的成分，还存在用单点划线表示的操舵成分Ps。(b)所示的滞后输出H0成为振动成分比输入信号Sn衰减的波形，对于作为通过减法器22对该滞后输出H0与上述输入信号Sn进行运算而得到的运算结果的(c)所示的输出信号Sb，针对输入信号Sn去除操舵成分Ps，而仅抽出振动成分Sb。

在该情况下，振动成分Sb的振幅相当于滞后宽度H(在半波中0.03～0.04)，从输入信号Sn的振幅(在半波中0.05)衰减S，所以表示进行了滞后处理，当然通过适宜调整该滞后宽度H而可以控制上述衰减量。一般，由于具有与作为主要的成分的操舵成分Ps相比，振动成分更小这样的性质，所以通过仅抽出比操舵成分Ps振幅小的成分的小振幅过滤滤波器8，可以去除操舵成分Ps，而高精度地抽出振动成分Sb。

接下来，对振动抑制控制单元9进行说明。振动抑制控制单元9例如有图6的(a)～(d)那样的代表例，但都是公知的结构例，也可以使用其他任何控制单元。以下，对图6的代表例进行说明。

首先，(a)示出比例增益控制器，在该情况下，根据从转速抽出的振动成分信号Sb，作为实施制动(damping)控制的控制器而动作，可以基于增益K来降低振动。

在上述专利文献2也有记载，如果通过对转速乘上增益来进行负反馈控制而构成制动控制，则控制在抑制转速的变动的方向上发挥作用而可以降低振动。

(b)示出PID增益控制器的情况，可以通过多个参数来调整相位特性、增益特性，所以可以针对各种振动，比单纯的比例增益控制器得到最佳的振动抑制性能。

(c)示出使用了继电器函数的继电器控制器，在该情况下，例如，振幅的大小有限，上限适合于抑制既知的干扰的目的、或者、基于作为极微量的振幅而抽出的振动成分信号抑制振动的目的，如库伦摩擦那样抑制变动那样地动作。(d)示出使用了饱和函数的饱和控制器的情况，具有与使用了继电器函数的情况同样的效果，但具有抑制继电器函数那样的存在急剧的值的变化时易于产生的震颤等不期待的振动的效果。上述图6(a)～(d)所示的控制单元是通常被使用的要素，其特征点在于，组合这些控制单元与小振幅过滤滤波器8，通过包括衰减器10的负反馈控制，容易地实现了振动抑制点。

如上所述，根据本发明的实施方式1的结构，可以从转速信号Sn中去除操舵成分Ps，而高精度地抽出振幅比其小的成分即电机产生的转矩脉动、来自路面的干扰等振动成分，可以根据该抽出的振动成分信号Sb简单地降低振动，所以可以改善在操舵运转时驾驶员感到的感觉。

另外，在上述的结构中，使用了对电机的转速进行直接检测的转速检测单元，但也可以代替转速检测单元，而使用对电机的旋转角度进行检测的旋转角度检测单元与根据检测的旋转角度信号运算转速的转速计算单元，来得到转速信号。

实施方式2

图7是示出本发明的实施方式2的控制装置的结构的框线图。在实施方式1中，针对转速信号Sn，应用小振幅抽出滤波器8实施了振动抑制控制，但在本实施方式中，针对由转矩传感器1检测出的操舵转矩信号τ0应用小振幅抽出滤波器8而实施振动抑制控制。在图7中，用同一标号表示与图1相同的部分或者相当的部分。

在图中，通过转矩传感器1对驾驶员操舵的情况的操舵转矩进行检测，基于作为转矩传感器输出的操舵转矩信号τ0通过转矩控制器2运算辅助转矩电流Ia。接下来，通过具有图2所示的输入输出特性的小振幅过滤滤波器8，对来自上述转矩传感器1的操舵转矩信号τ0进行滤波，从而从操舵转矩信号中去除操舵成分，抽出振动成分Sb。另外，对于上述小振幅过滤滤波器8的结构以及动作，由于与之前实施方式1说明的部分相同，所以此处省略其说明。

基于由小振幅过滤滤波器8抽出的振动成分信号Sb，通过振动抑制控制单元9运算振动抑制电流Is，并且将其通过加法器12，与来自上述转矩控制器2的辅助转矩电流Ia相加，从而得到目标电流It。通过电流控制单元3进行控制以使运算的目标电流It与通过电流检测单元6检测的电流Id一致，例如作为PWM信号等电压指令信号Sv而输出给驱动电路4，对电机5进行驱动，从而产生协助转矩。

接下来，基于图8的流程图对上述结构的电动动力转向控制装置的动作进行说明。首先，在步骤S201中将作为转矩传感器1的输出的操舵转矩信号τ0读入到微处理机并存储在存储器中。接下来，在步骤S202中针对操舵转矩信号τ0通过转矩控制器2运算辅助转矩电流Ia，将其输出存储在存储器中。此处，转矩控制器2可以是公知的方法，例如有基于预定的映射进行运算的方法。

接下来，在步骤S203中，针对操舵转矩信号τ0，通过小振幅过滤滤波器8运算振动成分信号Sb，存储在存储器中。接下来，在步骤S204中，针对振动成分信号Sb，通过振动抑制控制单元9运算振动抑制电流Is，存储在存储器中。然后，在步骤S205中通过加法器12，对来自上述转矩控制器2的辅助转矩电流Id与来自上述振动抑制控制单元9的振动抑制电流Is进行加法而决定目标电流It。针对每个控制采样反复从步骤S201到S205的动作，而运算目标电流It。

接下来，对振动抑制控制单元9进行说明。

在针对操舵转矩信号τ0应用小振幅过滤滤波器8与振动抑制控制单元9的情况下，如以往通过转矩控制器2的增益来加强干扰抑制效果那样地动作。在操舵转矩信号τ0中，除了操舵成分以外，还存在由于转矩脉动、路面干扰等引起的振动成分，在转矩控制器2中，具有除了辅助操舵以外，还通过其控制增益来抑制上述振动成分的效果。一般，可知如果将开环增益设为充分大于1，则可以降低干扰的影响，此时，无需如在制动控制中使用的速度信号那样使用相位超前的信号，只要通过针对旋转角度、操舵转矩信号的比例增益控制等来增大控制增益，则开环增益进一步变大而可以进一步降低干扰的影响。对于振动抑制控制单元9，也可以使用公知的任何控制单元，作为代表例，例如以下对图6的(a)、(b)、(d)的结构进行说明。

在图6(a)的比例增益控制器的情况下，作为基于从操舵转矩抽出的振动成分信号，仅针对振动成分增大比例增益的控制器而动作。在(b)的PID增益控制器的情况下，可以通过多个参数调整相位特性、增益特性，针对各种的振动，可以比单纯的比例增益控制器能够得到最佳的振动抑制性能。例如，即使在无法使开环增益充分大于1的情况下，通过D增益使相位超前，也可以得到制动那样的效果，可以抑制振动。另外，在(d)的使用了饱和函数的饱和控制器的情况下，在倾斜区域中，与(a)的比例增益控制器同样地动作，如果达到饱和区域则设为恒定值，可以防止使控制指令增大至所需以上。图6(a)、(b)、(d)所示的振动抑制单元是通常被使用的要素，通过将其与小振幅过滤滤波器8组合，构成反馈控制环，可以容易地实现振动抑制。

如上所述，根据本发明的实施方式2的结构，可以从操舵转矩信号τ0中去除操舵成分，高精度地抽出作为振幅比其小的成分的电机产生的转矩脉动、来自路面的干扰等振动成分，并且根据该抽出的振动成分信号降低振动，所以可以改善驾驶员感到的感觉。

另外，在上述实施方式1或者2中，示出了针对根据转速的检测信号、旋转角度计算的转速信号或者操舵转矩信号，应用小振幅过滤滤波器与振动抑制控制单元的情况，但除此以外，也可以针对旋转角度信号、由观察者等推测的转速的推测信号、操舵转矩信号的推测信号、导向轮的操舵角度和操舵速度、或者汽车的横向加速度和偏航角速度等动态状态量应用。

Claims

1.一种电动动力转向控制装置，包括：

转矩传感器，对由驾驶员提供的操舵转矩进行检测；

转矩控制器，基于由上述转矩传感器检测出的操舵转矩信号，运算辅助上述操舵转矩的辅助转矩电流；以及

电机，通过上述辅助转矩电流产生辅助转矩，

所述电动动力转向控制装置的特征在于包括：

动态状态量检测单元，对上述电动动力转向装置或者汽车的动态状态量进行检测；

小振幅过滤滤波器，从上述动态状态量检测单元的检测输出中仅抽出比操舵成分振幅小的振动成分；以及

振动抑制控制单元，根据通过该小振幅过滤滤波器得到的振动成分信号运算振动抑制电流，

通过构成包括对上述转矩控制器的输出即辅助转矩电流与上述振动抑制控制单元的输出即振动抑制电流进行的加减法的反馈控制环，来抑制上述电机的振动成分。

2.根据权利要求1所述的电动动力转向控制装置，其特征在于：

上述小振幅过滤滤波器包括：

滞后滤波器，输入上述动态状态量检测单元的输出信号，进行具有与上述振动成分对应的滞后宽度的滞后函数处理；以及

减法器，从上述动态状态量检测单元的输出信号中减去上述滞后滤波器的输出信号。

3.根据权利要求1所述的电动动力转向控制装置，其特征在于：

上述动态状态量检测单元由对上述电机的转速进行检测的转速检测单元构成。

4.根据权利要求1所述的电动动力转向控制装置，其特征在于：

上述动态状态量检测单元由对上述操舵转矩信号进行检测的转矩传感器构成。

5.根据权利要求1所述的电动动力转向控制装置，其特征在于：

上述动态状态量检测单元包括：

旋转角度检测单元，对上述电机的旋转角度进行检测；以及

转速计算单元，根据检测到的旋转角度信号，运算转速。