CN101970279A - 电动式动力转向控制装置 - Google Patents

Abstract

无需进行电流检测而可进行阻尼控制，即使在目标电流与实际的电流值不同时也可稳定地进行阻尼控制。一种电动式动力转向控制装置，具备：检测转向转矩的转向转矩检测单元；运算辅助转矩电流的转矩控制器；产生辅助转向转矩的转矩的马达；推测马达的旋转速度的旋转速度推测单元；和使用马达旋转速度的推测值来运算阻尼电流的阻尼控制器，其中旋转速度推测单元具备：从转向转矩检测单元的输出中去除转向所致的分量的转向转矩用转向分量去除单元；对转向转矩用转向分量去除单元输出乘以扭杆的刚性的倒数和-1来运算旋转角度相当值的旋转角度相当值运算单元；和对旋转角度相当值运算单元输出进行微分运算而运算旋转角速度相当值的旋转角度微分器。

Description

电动式动力转向控制装置

技术领域

本发明涉及通过马达来辅助转向力的电动式动力转向控制装置。

背景技术

以往的电动式动力转向控制装置具备：对驾驶员的转向转矩进行检测的转向转矩检测单元；根据所述检测出的转向转矩信号来运算辅助所述转向转矩的辅助转矩电流的转矩控制器；产生辅助所述转向转矩的转矩的马达；推测所述马达的旋转速度的旋转速度推测单元；使用所述推测的马达旋转速度的推测值，来运算相加到所述辅助转矩电流上的阻尼电流的阻尼控制器；马达旋转角检测单元；以及马达电流检测单元。该旋转速度检测单元包括：转向分量去除单元，从马达旋转角的检测值以及马达电流检测单元中去除由转向所致的分量；旋转速度观察器，针对以马达的惯性力矩为惯性项、以转矩传感器的刚性为弹簧项的振动方程式而构成，根据从所述转向分量去除单元输出的马达旋转角和马达电流来运算马达旋转速度的推测值(例如专利文献1)。

专利文献1：日本特开2000-168600号公报(10页、图12)

发明内容

电动式动力转向控制装置运算马达中流过的目标电流信号，并且进行电流控制以使目标电流信号与实际的电流值一致。关于电流控制，例如具有：如专利文献1所示对目标电流信号反馈由马达电流检测器检测出的检测电流信号的结构、以及如非专利文献1所示针对根据从目标转矩基于线圈阻抗特性而运算的没有感应电压的情况下的控制量，通过马达转速检测器对感应电压进行前馈校正的方法(参照清水他、“電動パワ一ステアリング(电动动力转向)”自動車技術会学術講演会前刷集(汽车技术会学术演讲会前刷集)911911102、自動車技術会(汽车技术会)、1991年5月发行。以下，称为非专利文献1)。

对于所述专利文献1所示那样的以往的电动式动力转向控制装置，由于使用了由马达电流检测器检测出的检测电流信号，所以在所述非专利文献1所示那样的进行不使用马达电流检测器的电流控制的情况下，无法推测马达旋转速度。

另外，在所述专利文献1中，还示出了代替检测电流信号而使用目标电流信号的结构例，但在该情况下，存在如下等的课题：在由于线圈阻抗特性的温度特性等而在线圈目标电流信号与实际的电流中产生了差异的情况下，无法进行正确的马达旋转速度的推测。

本发明是为了解决上述那样的问题点而完成的，目的在于提供一种电动式动力转向控制装置，即使不使用马达电流检测器也可以推测出正确的马达旋转速度并进行阻尼控制。

本发明的电动式动力转向控制装置，具备：

转向转矩检测单元，根据扭杆的相对角，检测驾驶员所致的转向转矩；

转矩控制器，根据由所述转向转矩检测单元检测出的转向转矩信号，运算辅助所述转向转矩的辅助转矩电流；

马达，产生辅助所述转向转矩的转矩；

旋转速度推测单元，推测所述马达的旋转速度；以及

阻尼控制器，使用所述推测出的马达旋转速度的推测值，运算相加到所述辅助转矩电流上的阻尼电流，

所述电动式动力转向控制装置的特征在于，

所述旋转速度推测单元具备：

转向转矩用转向分量去除单元，从所述转向转矩检测单元的输出中，去除转向所致的分量；

旋转角度相当值运算单元，对所述转向转矩用转向分量去除单元的输出乘以扭杆的刚性的倒数和-1，运算旋转角度相当值；以及

旋转角度微分器，对所述旋转角度相当值运算单元的输出进行微分运算而运算旋转角速度相当值。

根据本发明，起到以往没有的如下显著效果：可以得到即使不使用马达电流检测器也可以推测出正确的马达旋转速度并进行阻尼控制的电动式动力转向控制装置。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的电动式动力转向控制装置的结构的框图。

图2是示出实施方式1的算法的流程图。

图3是示出相位补偿器的特性的图。

符号说明

1：转矩传感器；2：相位补偿器；3：转矩控制器；4：转矩HPF；5：旋转速度运算器；6：阻尼控制器；7：加法器；8：电流控制器；9：马达；10：感应电压旋转速度运算器；11：旋转速度HPF。

具体实施方式

以下，根据附图，对本发明的实施方式进行说明。

实施方式1.

图1是示出本发明的实施方式1的电动式动力转向控制装置的结构的框图。在该图中，1是对驾驶员进行了转向的情况下的转向转矩进行检测的转矩传感器，2是对所述转矩传感器1的输出信号进行相位补偿来改善其频率特性的相位补偿器，3是根据相位补偿后的转矩传感器1的输出来运算辅助所述转向转矩的辅助转矩电流的转矩控制器，4是从转矩传感器1的输出中去除转向频率分量的转向分量去除单元即转矩高通滤波器(以下，称为转矩HPF)，5是根据转矩HPF输出来运算马达旋转速度的旋转速度运算器，6是根据所述旋转速度运算器5的输出来运算用于对转向的衰减特性进行控制的阻尼电流的阻尼控制器，7是对由转矩控制器3运算出的辅助转矩电流、由阻尼控制器6运算出的阻尼电流进行相加而运算目标电流的加法器。8是电流控制器，为了产生助力转矩，以使马达9中通电的电流与所述目标电流一致的方式，执行例如通过线圈阻抗的逆特性对目标电流进行感应电压补偿的运算，由此设定对马达8的端子施加的驱动电压指令值，例如作为PWM信号而进行输出。

接下来，根据图2的流程图，对所述结构的电动式动力转向控制装置的动作进行说明。

在步骤S101中，将由相位补偿器2相位补偿后的转矩传感器1的输出读入到微型机算计并存储到存储器中，在步骤S102中，读入感应电压运算值并存储到存储器中。例如对于通过由微分器和低通滤波器等构成的低频微分器对分析器(resolver)等马达旋转角传感器输出进行微分而得到的低频的马达角速度信号乘以感应电压常数，从而运算感应电压。接下来，在步骤S103中，通过转矩控制器3，读入存储在所述存储器中的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并存储到存储器中。

在步骤S104中，在转矩HPF4中，读入存储在所述存储器中的相位补偿后的转矩传感器输出，进行高通滤波的运算，并作为转矩HPF输出而存储到存储器中，在步骤S105中，在旋转速度运算器5中对转矩HPF输出乘以构成转矩传感器的扭杆的刚性的倒数，并且乘以-1，进行马达旋转速度运算。在步骤S106中，通过阻尼控制器6读入存储在所述存储器中的旋转速度运算器输出，并乘以控制增益，运算阻尼电流并存储到存储器中。在步骤S107中，在加法器7中，将存储在所述存储器中的辅助转矩电流与阻尼电流相加，作为目标电流而存储到存储器中。在步骤S108中，在电流控制器8中根据目标电流和感应电压运算值来进行电流控制运算，作为PWM信号而进行输出并驱动马达9。针对每个控制采样，反复进行所述步骤S101至S108的动作。另外，设为将在所述步骤S103中使用的表示转矩传感器输出与辅助转矩电流的关系的映射(map)、在所述步骤S107中使用的用于运算阻尼电流的控制增益等的进行目标电流的运算时需要的映射、比例系数等常数预先设定到ROM中。

此处，对作为所述转向分量去除单元的转矩HPF4进行说明。

在转矩传感器中，如下式(1)所示，对于将扭杆的上侧即把手角(handle angle)设为θh、将下侧即马达旋转角设为θc时的相对角，乘以扭杆的刚性Ks来检测转矩信号Ts。

Ts＝Ks(θh-θc)       (1)

此时，根据驾驶员所致的转向来决定把手角θh。另外，关于马达旋转角，直至达到马达的响应频率的高频进行响应。可知即使在马达以高频进行振动那样的情况下，由于把手的惯性，把手角θh与马达旋转角θc相比也变得充分小。

通常，驾驶员可以转向的频率是3Hz程度以下。另外，例如车道变换时的转向频率是0.2Hz附近，通常进行这种低频的转向的情形较多。与此相对，容易产生转向振荡的频率频带是30Hz以上，可以进行与转向频率间的频率分离。

因此，在产生转向振荡那样的频率区域中，把手角θh被视为0。因此，转矩信号Ts成为下式，

Ts＝-Ksθc    (2)

在产生转向振荡那样的频率区域中，如下式(3)所示，可以通过对转矩信号Ts乘以扭杆的刚性Ks的倒数和-1，得到马达旋转角θc。

θc＝-Ts/Ks    (3)

因此，通过用频率分离器来构成，可以得到去除了转向分量的马达旋转角，其中，该频率分离器对由相位补偿器2相位补偿后的转矩传感器1的输出进行频率分离，去除转向频率分量。

通常，在想要去除低频分量的情况下，作为频率分离器而使用用下式(4)的传递函数来表示的高通滤波器。

T₃s/(T₃s+1)     (4)

此处，T₃表示与高通滤波器的拐点频率f₃对应的周期(T₃＝1/(2πf₃))、即高通滤波器的时间常数。

此时，如果将高通滤波器的拐点频率f₃设定得较低，则转向所致的分量容易残留，如果设定得较高，则通过高通滤波器而得到的转矩信号的转向振荡频率分量的相位偏移变大，所以如果将高通滤波器的拐点频率f₃设定为从通常进行的转向频率到产生转向振荡的频率的范围内的某一个频率，则可以使转矩信号的转向振荡的频率分量残留而去除转向频率分量。

因此，在本实施方式1中，作为转矩HPF4，瞄准一般的驾驶员可转向的最大频率，使用将拐点频率f₃设定在0.2～30Hz的范围内的高通滤波器，得到去除了转向分量的马达旋转角。

通过对此处得到的去除了转向分量的马达旋转角进行微分运算，得到马达的旋转速度。

关于相位补偿器2，在用传递函数来表示时如下式(5)所示，以从频率f_a1＝1/(2πT_a1)到f_a2＝1/(2πTa₂)的范围为中心而使相位超前。

(T_a1s+1)/(T_a2s+1)    (5)

此处，f_a1表示相位补偿器2的增益的上升沿开始部分的频率，f_a2表示增益的上升沿结束部分的频率(参照图3)。

为了去除这个影响，也可以在转矩HPF4的前级设置用于去除该影响的逆相位补偿器来使用。

另外，通过使高通滤波器的时间常数T₃与T_a1一致，总体的传递函数成为下式，

T₃s/(T_a2s+1)    (6)

成为对微分器乘以低通滤波器后的特性。

通常，f_a2被设定为100Hz以上的情况较多，所以在比转向振荡频率充分高的情况下，无需对由于A/D而使分辨率降低了的转矩信号进行微分运算，就可以得到马达的旋转速度。而且，在想要截断低频分量的情况下，也可以再添加一级的高通滤波器。

这样，在本实施方式1中，由于构成为基于根据去除了所述转向频率分量后的转矩信号运算出的旋转速度来运算阻尼电流，所以即使增大了表示转矩传感器输出与辅助转矩电流的关系的映射的梯度即转矩比例增益，也可以防止控制系统的振荡。

因此，可以增大阻尼控制器6的阻尼控制增益而使阻尼较强地发挥作用，所以不会使驾驶员感觉到把手的振动而可以降低转向转矩。

Claims (3)

1.一种电动式动力转向控制装置，具备：

转向转矩检测单元，根据扭杆的相对角，检测驾驶员所致的转向转矩；

转矩控制器，根据由所述转向转矩检测单元检测出的转向转矩信号，运算辅助所述转向转矩的辅助转矩电流；

马达，产生辅助所述转向转矩的转矩；

旋转速度推测单元，推测所述马达的旋转速度；以及

阻尼控制器，使用所述推测出的马达旋转速度的推测值，运算相加到所述辅助转矩电流上的阻尼电流，

所述电动式动力转向控制装置的特征在于，

所述旋转速度推测单元具备：

转向转矩用转向分量去除单元，从所述转向转矩检测单元的输出中，去除转向所致的分量；

旋转角度相当值运算单元，对所述转向转矩用转向分量去除单元的输出乘以扭杆的刚性的倒数和-1，运算旋转角度相当值；以及

旋转角度微分器，对所述旋转角度相当值运算单元的输出进行微分运算而运算旋转角速度相当值。

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，

具备相位超前补偿器，该相位超前补偿器改善转向转矩检测单元的频率特性，

转矩控制器根据相位超前补偿后的转向转矩检测单元的输出，运算辅助所述转向转矩的辅助转矩电流，

转向转矩用转向分量去除单元从相位超前补偿后的转向转矩检测单元的输出中去除转向所致的分量，设定为使相位超前补偿器的传递函数的分子的值与转向转矩用转向分量去除单元的传递函数的分母的值相同，

所述旋转速度推测单元通过对所述转向转矩用转向分量去除单元的输出乘以所述扭杆的刚性的倒数和-1来运算旋转角速度相当值。

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，

转向转矩用转向分量去除单元由2级的高通滤波器构成。

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