CN102105341B - 电动动力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种电动动力转向装置，其可以对电动动力转向装置的静止摩擦和动摩擦的双方进行补偿，平滑、无异样感地进行静止摩擦补偿与动摩擦补偿的切换，并能够获得更自然舒适的转向感觉。在本发明的电动动力转向装置中，该电动动力转向装置至少基于转向扭矩来计算电流指令值，并通过基于电流指令值计算出的电流控制值来控制向转向机构赋予转向辅助力的电动机，并且具备摩擦补偿单元，该摩擦补偿单元基于转向扭矩计算用于对转向机构进行摩擦补偿的摩擦补偿值，并利用摩擦补偿值来修正电流指令值。

Description

电动动力转向装置

技术领域

本发明涉及通过电动机来向车辆的转向机构施加转向辅助力的电动动力转向装置，特别是涉及基于转向扭矩对转向机构实施摩擦补偿的电动助力转向装置。

背景技术

利用电动机的旋转力对车辆的转向装置施加辅助负荷的电动动力转向装置，将电动机的驱动力经减速机由齿轮或者皮带等传递机构，向转向轴或者齿条轴施加辅助负荷。为了准确产生辅助扭矩(转向辅助力)，现有的电动动力转向装置进行电动机电流的反馈控制。反馈控制调整电动机施加电压以使电流指令值与电动机电流检测值的差减小，电动机施加电压的调整一般是通过调整PWM(脉宽调制)控制的占空比来进行的。

参照图1来说明电动动力转向装置的一般结构。如图1所示，与转向手柄1连接的柱轴(转向轴)2，经由减速齿轮3、万向节4a和4b、齿臂机构5与转向车轮的转向横拉杆6连接。在柱轴2上设有检测转向手柄1的转向扭矩的扭距传感器10，对转向手柄1的转向力进行辅助的电动机20经由减速齿轮3与柱轴2连接。电池13对控制电动动力转向装置的控制单元100进行电力供给，同时，控制单元100经由点火开关11输入点火信号。控制单元100根据由扭矩传感器10检测出的转向扭矩T以及由车速传感器12检测出的车速V进行辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，通过对电流指令值实施补偿后得到的电流控制值E来控制提供给电动机20的电流。

控制单元100主要由CPU(或者MPU或者MCU)构成，图2示出了该CPU内部由程序执行的一般功能。

参照图2对控制单元100的功能和动作进行说明，由扭矩传感器10检测出的转向扭矩T以及从车速传感器12而来的车速V被输入到电流指令值运算单元101，在电流指令值运算单元101中根据转向扭矩T以及车速V计算出电流指令值Iref1。转向扭矩T、电动机角速度ω以及电动机角加速度ω^*被输入到扭矩补偿单元110并计算处扭矩补偿值Cm，在电流指令运算单元101计算出的电流指令值Iref1在提高转向系统稳定性的相位补偿单元102中进行相位补偿，在相位补偿单元102进行相位补偿后的电流指令值Iref2以及在扭矩补偿单元110中计算出的扭矩补偿值Cm被输入到加法运算单元103中，加法运算单元103输出加法结果即电流指令值Iref3。电流指令值Iref3被输入到最大电流限制单元104，最大电流限制单元104输出进行最大值限制后的电流指令值Iref4。

电流指令值Iref4被输入到减法运算单元105中，在减法运算单元105中，电流指令值Iref4与反馈回来的电动机电流值i的偏差(Iref4-i)被求出，偏差(Iref4-i)在PI控制单元(比例积分控制单元)106中进行PI控制，而后被输入到PWM控制单元(脉宽调制控制单元)107进行占空比的调整。PWM控制单元107将电流控制值E输入到逆变器108，逆变器108基于电流控制值E来控制电动机20。电动机20的电动机电流i由电动机电流检测单元21检测出来，反馈输入到减法运算单元105。

在电动机20中安装有旋转变压器等旋转传感器22，从旋转传感器22而来的电动机旋转信号θ被输入到电动机角速度运算单元23，电动机角速度运算单元23计算出电动机20的旋转角速度即电动机角速度ω。并且，电动机角速度ω被输入到电动机角加速度运算单元24，电动机角加速度运算单元24计算并输出电动机20的旋转角加速度即电动机角加速度ω^*。

扭矩补偿单元110具有，例如SAT(Self Aligning Torque)估计单元111、微分补偿单元112、收敛性控制单元113以及惯性补偿单元114等。SAT估计单元111输入转向扭矩T估计并输出SAT值SATa，微分补偿器112为了提高响应速度对转向扭矩T进行微分后输出转向扭矩TA，SAT值SATa与微分补偿后的转向扭矩TA被输入到减法运算单元115，输出微分补偿后的转向扭矩TA与SAT值SATa的偏差。收敛性控制单元113根据电动机角速度ω输出收敛性控制值Ga，收敛性控制值Ga与减法运算单元115的输出值在加法运算单元116进行求和运算。另外，惯性补偿单元114根据电动机角加速度ω^*输出惯性补偿值INa，惯性补偿值INa与加法运算单元116的输出值在加法运算单元117进行求和运算，加法运算单元117输出补偿值Cm并将其输入到加法运算单元103。

SAT估计单元111使车辆动作稳定化；收敛性控制单元113为改善车辆的横摆收敛性，对转向手柄的摆动进行制动；惯性补偿单元114将使电动机惯性加减速的扭矩从转向扭矩中排除，实现没有惯性感的转向感。

在这样的电动动力转向装置中，发生转向辅助力的电动机20经减速机构(减速齿轮3)与转向机构连接，该减速机构的摩擦大，此摩擦会使转向感恶化。因此，需要在电动动力转向装置中具备补偿摩擦改善转向感的功能。

例如，在日本专利第3082483号公报(专利文献1)中，揭示了一种电动动力转向装置，该电动动力转向装置设有根据电动机的旋转方向算出摩擦补偿值的摩擦补偿单元，通过将摩擦补偿值用于控制电动机的辅助指令相加来进行摩擦补偿，不论从怎样的松手转向角都可以获得良好的转向手柄回归特性，提高转向感觉。

另外，在日本特开2005-170257号公报(专利文献2)揭示的电动动力转向装置中，当电动机被判断为未开始旋转时，推定产生静止摩擦转矩，将转向扭矩的微分值与规定的系数相乘而得到的电流值作为静止摩擦扭矩补偿电流提供给电动机进行静止摩擦扭矩的补偿控制。并且，当电动机被判断为已经开始旋转时，推定产生了动摩擦扭矩，将一个渐渐接近规定电流值并在达到该规定电流值之后保持恒定的电流值作为动摩擦扭矩补偿电流供给给电动机进行动摩擦扭矩补偿控制。

专利文献

专利文献1：日本专利第3082483号公报

专利文献2：日本特开2005-170257号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

电动动力转向装置的减速机构的摩擦大小基本上与施加在减速机构上的力成比例。因此，专利文献1中记载的电动动力转向装置中存在以下问题：在转向辅助力变小的转向手柄中心附近，摩擦的补偿会变的过大，转向手柄的转向会变得过于轻，而在转向辅助力变大的转向手柄增大转向时，摩擦补偿会变小，转向手柄转向会变得很重。另外，由于只在电动机旋转的时候进行摩擦补偿，无法补偿静止摩擦，在刚刚转动转向手柄、转向扭矩小的微小转向时不能充分补偿摩擦。

另外，在专利文献2中记载的电动动力转向装置中，补偿静止摩擦扭矩时，由转向扭矩的微分值来计算静止摩擦补偿电流，但是因为转向扭矩小的微小转向时转向扭矩的变化率也小，存在无法充分补偿摩擦的问题。

本发明是考虑到上述情况而完成的，其目的在于提供一种电动动力转向装置，其可以补偿电动动力转向装置的静止摩擦和动摩擦，平滑、无异样感地进行静止摩擦补偿与动摩擦补偿的切换，并能够获得更自然舒适的转向感觉。

(二)技术方案

本发明涉及一种电动动力转向装置，其至少基于转向扭矩来计算电流指令值，并通过基于所述电流指令值计算出的电流控制值来控制向转向机构赋予转向辅助力的电动机，本发明的上述目的可通过这样来达到，即：具备摩擦补偿单元，所述摩擦补偿单元基于所述转向扭矩计算用于对所述转向机构进行摩擦补偿的摩擦补偿值，并利用所述摩擦补偿值来修正所述电流指令值。所述转向机构也可具备可伸缩的中间轴。

并且，本发明的上述目的可这样有效地达到，即：所述摩擦补偿单元基于所述转向扭矩设定具有一定范围的转向扭矩目标值范围，根据所述转向扭矩与所述转向扭矩目标值范围的中间值的差来计算所述摩擦补偿值；或者

所述转向扭矩目标值范围由处于所述中间值周围的小的范围1，以及处于所述范围1周围的大的范围2构成，所述摩擦补偿单元在所述转向扭矩处于所述范围1之内时令所述摩擦补偿值为0，在所述转向扭矩在所述范围1之外且在所述范围2之内时，根据所述转向扭矩与所述转向扭矩目标值范围的中间值的差来计算所述摩擦补偿值，当所述转向扭矩在所述范围1以及所述范围2之外时，更新所述中间值重新设定所述转向扭矩目标值范围，以使所述转向扭矩处于所述转向扭矩目标值范围之内；或者

所述摩擦补偿单元具备：摩擦补偿值运算单元以及增益运算单元，其中：所述摩擦补偿值运算单元根据所述转向扭矩计算摩擦补偿运算值，增益运算单元计算至少1个与所述摩擦补偿运算值相乘的增益，所述摩擦补偿运算值与所述至少1个增益相乘作为所述摩擦补偿值；或者

所述摩擦补偿值运算单元基于所述转向扭矩设定具有一定范围的转向扭矩目标值范围，根据所述转向扭矩与所述转向扭矩目标值范围的中间值的差来计算所述摩擦补偿运算值；或者

所述转向扭矩目标值范围由处于所述中间值周围的小的范围1，以及处于所述范围1周围的大的范围2构成，所述摩擦补偿值运算单元在所述转向扭矩处于所述范围1之内时令所述摩擦补偿值为0，所述转向扭矩在所述范围1之外且在所述范围2之内时，根据所述转向扭矩与所述转向扭矩目标值范围的中间值的差来计算所述摩擦补偿运算值，当所述转向扭矩在所述范围1以及所述范围2之外时，更新所述中间值重新设定所述转向扭矩目标值范围，以使所述转向扭矩处于所述转向扭矩目标值范围之内；或者

所述增益运算单元具备计算根据车速而决定的车速感应增益的车速感应增益运算单元，且所述车速感应增益为所述增益中的1个；或者

所述车速感应增益可根据所述车速的大小来设定；或者

所述增益运算单元具备计算根据电动机角速度而决定的电动机角速度感应增益的电动机角速度感应增益运算单元，且所述电动机角速度感应增益为所述增益中的1个；或者

所述电动机角速度感应增益可以根据所述电动机角速度的大小及方向来设定；或者

所述增益运算单元具备计算根据所述电流控制值而决定的电流控制值感应增益的电流控制值感应增益运算单元，且所述电流控制值感应增益为所述增益中的1个；或者

所述电流控制值感应增益可以根据所述电流控制值的大小及方向来设定；或者

所述增益运算单元具备计算根据所述转向扭矩而决定的转向扭矩感应增益的转向扭矩感应增益运算单元，且所述转向扭矩感应增益为所述增益中的1个；或者

所述转向扭矩感应增益可以根据所述转向扭矩的大小及方向来设定。

(三)有益效果

根据本发明的电动动力转向装置，其根据转向扭矩计算用于摩擦补偿的摩擦补偿值，用计算出的摩擦补偿值来修正电流指令值，因此能够对电动动力转向装置的静摩擦和动摩擦的双方进行补偿，同时可以平滑、无异样感地进行静摩擦补偿与动摩擦补偿的切换。另外，即使在转向扭矩小的微小转向时也能够进行正确的摩擦补偿，因此，可以获得更加自然舒适的转向感觉。

并且，本发明的电动动力转向装置采用车速感应，以及/或者电动机角速度感应，以及/或者电动机角速度感应，以及/或者电流控制值感应，以及/或者转向扭矩感应，所以可以根据行驶状态来进行合适的摩擦补偿，能够获得高安定性的转向感觉。

最近，以解决转向机构在组装上的问题，吸收车辆行驶时发生的在轴向上的变位和振动等为目的，电动动力转向装置采用在转向机构的转向轴的中间部设置有伸缩轴(中间轴)的中间轴机构。本发明的摩擦补偿对于具备该中间轴的转向机构也有很好的效果。

附图说明

图1是表示一般的电动动力转向装置的结构例的图。

图2是表示现有的电动动力转向装置的控制单元的结构例的方框图。

图3是表示本发明的电动动力转向装置的控制单元(摩擦补偿单元的第1实施方式)的结构例的方框图。

图4是表示摩擦补偿值运算单元计算摩擦补偿值的步骤一例的流程图。

图5是表示转向扭矩目标值范围随转向扭矩的时间变化而变化的样子的特性图。

图6是表示车速与车速感应增益之间关系的一例的特性图。

图7是表示本发明的电动动力转向装置的摩擦补偿单元的第2实施方式的方框图。

图8表示电动机角速度与电动机角速度感应增益之间关系的一例的特性图。

图9是表示本发明的电动动力转向装置的摩擦补偿单元的第3实施方式的方框图。

图10是表示电流控制值与电流控制值感应增益之间关系的一例的特性图。

图11是表示本发明的电动动力转向装置的摩擦补偿单元的第4实施方式的方框图。

图12是表示转向扭矩与转向扭矩感应增益之间关系的一例的特性图。

图13是具备中间轴(伸缩轴)的电动动力转向装置的外观图。

图14是中间轴的主要部的放大图。

图15是表示具备中间轴的转向机构的特性例的图。

<附图主要部分的符号说明>

20                     电动机

21                     电动机电流检测单元

22                     旋转传感器

23                     电动机角速度运算单元

24                     电动机角加速度运算单元

101                    电流指令值运算单元

102                    相位补偿单元

104                    最大电流限制单元

106                    PI控制单元

107                    PWM控制单元

108                    逆变器

110                    扭矩补偿单元

111                    SAT估计单元

112                    微分补偿单元

113                    收敛性控制单元

114                    惯性补偿单元

120、120A、120B、120C  摩擦补偿单元

121                    摩擦补偿值运算单元

122～125               乘法运算单元

130、130A、130B、130C  增益运算单元

131                    车速感应增益运算单元

132                    电动机角速度感应增益运算单元

133                    电流控制值感应增益运算单元

134                    转向扭矩感应增益运算单元

具体实施方式

因为电动动力转向装置的减速机构的摩擦大，为了防止基于此摩擦的转向感觉恶化，需要进行摩擦(静摩擦、动摩擦)补偿。本发明的电动动力转向装置，根据转向扭矩计算摩擦补偿值，用摩擦补偿值来修正用于控制电动机的电流指令值从而进行摩擦补偿，同时，能够无异样感、平滑地进行静摩擦补偿与动摩擦补偿的切换，可以获得更自然舒适的转向感觉。

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

图3对应图2，是表示本发明的电动动力转的控制单元100的结构例的方框图。如图3所示，本发明的电动动力转向装置具备摩擦补偿单元120，该的摩擦补偿单元120输入转向扭矩T和车速V并输出摩擦补偿值Fc。

摩擦补偿单元120是本发明的第1实施方式，具有摩擦补偿值运算单元121、增益运算单元130和乘法运算单元122，其中，摩擦补偿值运算单元121根据转向扭矩T计算摩擦补偿运算值Fo；增益运算单元130计算与摩擦补偿运算值Fo相乘的至少1个的增益；乘法运算单元122进行摩擦补偿运算值Fo与增益运算单元130计算出来的增益Gv的乘法运算。在图3所示的第1实施方式中，增益运算单元130具备计算根据车速而决定的车速感应增益Gv的车速感应增益运算单元131，乘法运算单元122输出由摩擦补偿运算值Fo与车速感应增益Gv相乘后得到的摩擦补偿值Fc。

摩擦补偿值Fc与扭矩补偿单元110计算出来的扭矩补偿值Cm一起，在加法运算单元103与电流指令值Iref2相加，加法运算单元103输出摩擦补偿后的电流指令值Iref3。如前所述，电流指令值Iref3经最大电流限制单元104对最大电流值进行限制，经PI控制、PWM控制后计算出电流控制值E。电流控制值E被输入逆变器108，逆变器108基于电流控制值E驱动控制电动机20。

在这样的结构中，参照图4的流程图来说明摩擦补偿值运算单元121的动作例。

摩擦补偿值运算单元121根据输入进来的转向扭矩T设定具有一定范围宽度的转向扭矩目标值范围(步骤S1)。此时，设定中间值Tc与转向扭矩为同一个值，其中该中间值Tc表示转向扭矩目标值范围的一定范围宽度的中间值。然后，在转向扭矩目标值范围中，设定一个小的范围1和一个大的范围2，并且转向扭矩目标值范围由范围1和范围2组成，其中，范围1为位于转向扭矩目标值范围的中间值Tc周围的小的范围，范围2为位于范围1周围的大的范围(步骤S2)。关于转向扭矩目标值范围的中间值Tc、范围1以及范围2将在之后叙述。

下面，判定转向扭矩T是否在转向扭矩目标值范围的范围1之内(步骤S3)，当判定转向扭矩T在转向扭矩目标值范围的范围1之内时，将摩擦补偿运算值Fo设为0不进行摩擦补偿(步骤S4)。在上述步骤S3中，当判定转向扭矩T不在转向扭矩目标值范围的范围1之内时，判定转向扭矩T是否在转向扭矩目标值范围的范围2之内(步骤S5)。然后，当转向扭矩T在转向扭矩目标值范围的范围2之内时，根据转向扭矩T与转向扭矩目标值范围的中间值Tc的差来计算摩擦补偿运算值Fo(步骤S6)。

另一方面，在上述步骤S5中，当判定转向扭矩T在转向扭矩目标值范围的范围1以及范围2之外时，更新转向扭矩目标值范围的中间值Tc，重新设定转向扭矩目标值范围，以使转向扭矩T在转向扭矩目标值范围之内，并返回上述步骤S2。然后，摩擦补偿值运算单元121重新以更新后的转向扭矩目标值范围计算摩擦补偿运算值Fo。

图5表示转向扭矩目标值范围随着转向扭矩T的时间变化而变化的样子。转向扭矩T以实线表示，转向扭矩目标值范围的范围1为以竖条纹表示的范围，转向扭矩目标值范围的范围2为以横条纹表示的范围，转向扭矩目标值范围的中间值Tc以虚线表示。另外，扭矩值T以0为基准，表示转向方向分为左转向与右转向。

如图5所示，从时刻t0到时刻t1之间，转向扭矩T为定值0。在这种情况下，转向扭矩目标值范围的范围1以及范围2被设定在转向扭矩T的周围，转向扭矩目标值范围的中间值Tc变得与转向扭矩T一致。此时，由于转向扭矩T在转向扭矩目标值范围的范围1内，摩擦补偿运算值Fo变为0，不进行摩擦补偿。

然后，时刻t1以后，转向扭矩T从0开始增加，在时刻t2达到转向扭矩T1(T1＞0)。到时刻t2为止，即使不更新转向扭矩目标值范围的中间值Tc，由于转向扭矩T在转向扭矩目标值范围之内，转向扭矩目标值范围的中间值保持一定，转向扭矩目标值范围也保持在一定范围。因此，从时刻t1到时刻t2之间，转向扭矩T在转向扭矩目标值范围的范围1之内时，摩擦补偿运算值Fo为0，不进行摩擦补偿，转向扭矩T在转向扭矩目标值范围的范围1之外且在范围2之内时，根据转向扭矩T与转向扭矩目标值范围的中间值Tc的差来计算摩擦补偿运算值Fo。

而且，到时刻t3为止，转向扭矩T继续增加，在时刻t3达到转向扭矩T2(T2＞T1)。在时刻t2到时刻t3之间，如果不更新转向扭矩目标值范围的中间值Tc并重新设定转向扭矩目标值范围的话，转向扭矩T将处于转向扭矩目标值范围的范围2之外。因此，为使转向扭矩T在转向扭矩目标值范围之内，更新转向扭矩目标值范围的中间值Tc重新设定转向扭矩目标值范围。此时，因为转向扭矩T在重新设定后的转向扭矩目标值范围的范围1之外且在范围2之内，根据转向扭矩T与转向扭矩目标值范围的中间值Tc的差来计算摩擦补偿运算值Fo。

然后，时刻t3以后，转向扭矩T从T2开始减少，在时刻t4达到转向扭矩T3(T3＜T2)。在时刻t3到时刻t4之间，因为转向扭矩T在转向扭矩目标值范围之内，转向扭矩目标值范围的中间值Tc为一定值，转向扭矩目标值范围也保持为一定范围。所以，当转向扭矩T在转向扭矩目标值范围的范围1之内时，摩擦补偿运算值Fo变为0，不进行摩擦补偿，当转向扭矩T在转向扭矩目标值范围的范围1之外且在范围2之内时，根据转向扭矩T与转向扭矩目标值范围的中间值Tc的差来计算摩擦补偿运算值Fo。

而且，到时刻t5为止转向扭矩T继续减少，在时刻t5达到转向扭矩T4。在时刻t4到时刻t5之间，为使转向扭矩T在转向扭矩目标值范围之内，更新转向扭矩目标值范围的中间值Tc，重新设定转向扭矩目标值范围。此时，由于转向扭矩T在转向扭矩目标值范围的范围1之外且在范围2之内，根据转向扭矩T与转向扭矩目标值范围的中间值Tc的差来计算摩擦补偿运算值Fo。

转向扭矩T在时刻t5之后开始增加，在时刻t6达到T5(T5＜0)，在时刻t5到时刻t6之间，转向扭矩目标值范围保持一定，计算摩擦补偿运算值Fo。然后，在时刻t6以后，为使转向扭矩T在转向扭矩目标值范围之内，更新转向扭矩目标值范围的中间值Tc，重新设定转向扭矩目标值范围，根据重新设定后的转向扭矩目标值范围计算摩擦补偿运算值Fo。

另外，转向扭矩目标值范围的范围1以及范围2的宽度可以设定为任意宽度，例如，可以设定范围1为具有0.1Nm(±0.05Nm)宽度的以中间值Tc为中心的范围，设定从具有0.4Nm(±0.2Nm)宽度的以中间值Tc为中心的范围中去除范围1后而得到的范围为范围2。

在图3所示的第1实施方式中，在乘法运算单元122，将由车速感应增益运算单元131计算出的车速感应增益Gv与摩擦补偿值运算单元121如上所述地计算出的摩擦补偿运算值Fo相乘。车速感应增益Gv具有以下特性：车速V小时车速感应增益Gv大，车速V大时车速感应增益Gv小，车速为0时车速感应增益Gv也变为0。

图6表示车速V与车速感应增益Gv之间关系的一例。车速V为0时，车速感应增益Gv为0，车速V比0大但比规定车速V0小时，车速感应增益Gv随着车速V的增加而单调地增加，在车速为规定车速V0时达到最大值Gvm，当车速V比V0大时，随着车速V的增加车速感应增益Gv单调地减少。另外，单调增加以及单调减少的特性可以是线性的也可以是非线性的。

下面，参照图7说明第2实施方式的摩擦补偿单元120A。摩擦补偿单元120A具备基于转向扭矩T计算摩擦补偿运算值Fo的摩擦补偿值运算单元121，输入电动机角速度ω和车速V的增益运算单元130A，以及乘法运算单元122和123。增益运算单元130A具有计算根据电动机角速度ω而决定的电动机角速度感应增益Gω的电动机角速度感应增益运算单元132、计算根据车速V而决定的车速感应增益Gv的车速感应增益运算单元131。

摩擦补偿值运算单元121，利用与上述第1实施方式相同的方式，基于转向扭矩T计算摩擦补偿运算值Fo并将其输入到乘法运算单元122。并且，电动机角速度感应增益运算单元132计算出的电动机角速度感应增益Gω被输入到乘法运算单元122，在乘法运算单元122中对摩擦补偿运算值Fo与电动机角速度感应增益Gω进行乘法运算，乘法运算计算出的乘法运算结果Fo^*被输出到乘法运算单元123。而且，车速感应增益运算单元131计算出的车速感应增益Gv被输入到乘法运算单元123，在乘法运算单元123中车速感应增益Gv与乘法运算结果Fo^*相乘，乘法运算的结果，即摩擦补偿值Fc被输出。如前所述，摩擦补偿值Fc与扭矩补偿单元110计算出的扭矩补偿值Cm一起，在加法运算单元103与电流指令值Iref2相加。

另外，在乘法运算单元122以及123进行电动机角速度感应增益Gω以及车速感应增益Gv的乘法运算的顺序是任意的。

电动机角速度感应增益运算单元132计算出的电动机角速度ω与电动机电动机角速度感应增益Gω的关系具有以下特性：即，在电动机角速度ω小得时候，电动机角速度感应增益Gω为非0的有限值，在电动机角速度ω大的时候，电动机角速度感应增益Gω变小。

图8表示电动机角速度ω与电动机角速度感应增益Gω之间关系的一例。在电动机角速度ω为0的时候，电动机角速度感应增益Gω为非0的有限值Gω0，当电动机角速度ω为介于0到规定的电动机角速度ω0之间时，电动机角速度感应增益Gω随着电动机角速度ω的增加而单调地增加，在电动机角速度ω为规定的电动机角速度ω0时，达到最大值Gωm，当电动机角速度ω比规定的电动机角速度ω0大的时候，电动机角速度感应增益Gω随着电动机角速度ω的增加而单调地减少。另外，单调增加与单调减少的特性既可以为线性，也可以为非线性。

下面，参照图9说明第3实施方式的摩擦补偿单元120B。摩擦补偿单元120B具备基于转向扭矩T计算摩擦补偿运算值Fo的摩擦补偿值运算单元121，输入电动机角速度ω、电流控制值E和车速V的增益运算单元130B，以及乘法运算单元122～124。增益运算单元130B具有计算根据电动机角速度ω而决定的电动机角速度感应增益Gω的电动机角速度感应增益运算单元132、计算根据电流控制值E而决定的电流控制值感应增益Ge的电流控制值增益运算单元133、计算根据车速V而决定的车速感应增益Gv的车速感应增益运算单元131。

摩擦补偿值运算单元121利用与上述各实施方式相同的方式，基于转向扭矩T计算摩擦补偿运算值Fo并将其输入到乘法运算单元122。摩擦补偿运算值Fo在乘法运算单元122与电动机角速度感应增益Gω相乘，该乘法运算结果Fo^*被输入到乘法运算单元123，与电流控制值感应增益Ge相乘，而后此乘法运算结果Fo^**被输入到乘法运算单元124与车速感应增益Gv相乘，此乘法运算结果作为摩擦补偿值Fc被输出出去。摩擦补偿值Fc与扭矩补偿单元110计算出的扭矩补偿值Cm一起被输入到加法运算单元103进行加法运算，从而修正电流指令值Iref2。

另外，在乘法运算单元122～124中，对电动机角速度感应增益Gω、电流控制值感应增益Ge、车速感应增益Gv进行乘法运算的顺序是任意的。

在电流控制值E小的时候，电流控制值感应增益运算单元133设定电流控制值感应增益Ge为一定值，随着电流控制值E的变大电流控制值感应增益Ge也变大。电流控制值E与电流控制值感应增益Ge之间关系的一例如图10所示。当电流控制值E介于0到规定的电流控制值E0之间时，电流控制值感应增益Ge为一定的规定值Ge0，当电流控制值E从规定的电流控制值E0开始增大时，电流控制值感应增益Ge随着电流控制值E的增加而单调地增加。增加特性既可以是线性的，也可以是非线性的。

下面，参照图11说明第4实施方式的摩擦补偿单元120C。摩擦补偿单元120C具备基于转向扭矩T计算摩擦补偿运算值Fo的摩擦补偿值运算单元121，输入转向扭矩T、电动机角速度ω、电流控制值E和车速V的增益运算单元130C，以及乘法运算单元122～125。增益运算单元130C具有计算根据转向扭矩T而决定的转向扭矩感应增益Gt的电流控制值增益运算单元134、计算根据电动机角速度ω而决定的电动机角速度感应增益Gω的电动机角速度感应增益运算单元132、计算根据电流控制值E而决定的电流控制值感应增益Ge的电流控制值增益运算单元133、计算根据车速V而决定的车速感应增益Gv的车速感应增益运算单元131。

摩擦补偿值运算单元121利用与上述各实施方式相同的方式，基于转向扭矩T计算摩擦补偿运算值Fo，并将其输入到乘法运算单元122。摩擦补偿运算值Fo在乘法运算单元122与转向扭矩感应增益Gt相乘，该乘法运算结果Fo^*被输入到乘法运算单元123，在乘法运算单元123中对电动机角速度感应增益Gω与乘法运算结果Fo^*进行乘法运算，该乘法运算结果Fo^**在乘法运算单元124中与电流控制值感应增益Ge相乘，而后此乘法运算结果Fo^***在乘法运算单元125中与车速感应增益Gv相乘，该乘法运算结果作为摩擦补偿值Fc被输出。摩擦补偿值Fc与补偿单元110计算出的补偿值Cm一起被输入到加法运算单元103，从而修正电流指令值Iref2。

另外，在乘法运算单元122～125中，对转向扭矩感应增益Gt、电动机角速度感应增益Gω、电流控制值感应增益Ge、车速感应增益Gv进行乘法运算的顺序是任意的。

转向扭矩感应增益Gt具有以下特性，即，在转向扭矩T小的时候，是一个大的值，并随着转向扭矩T的变大而变小，最后变为0。转向扭矩T与转向扭矩感应增益Gt之间关系的一例如图12所示，转向扭矩感应增益Gt在转向扭矩T为0的时候为规定值Gt0，并随着转向扭矩T从0开始的增加而单调地减少，在转向扭矩T为规定的转向扭矩T0时变为0。减少特性既可以为线性，也可以为非线性。

本发明的电动动力转向装置的摩擦补偿单元120～120C也可以不分别具备增益运算单元130～130C，将摩擦补偿值运算单元121计算的摩擦补偿运算值Fo作为摩擦补偿值Fc。并且，增益运算单元130～130C也可以为至少具备车速感应增益运算单元131、电动机角速度感应增益运算单元132、电流控制值感应增益运算单元133以及转向扭矩感应增益运算单元134中的1个的结构。

在本发明的电动动力转向装置中，将摩擦补偿运算值Fo与车速感应增益Gv、以及/或者电动机角速度感应增益Gω、以及/或者电流控制值感应增益Ge、以及/或者转向扭矩感应增益Gt相乘具有以下效果。车速V大的时候，以及/或者电动机角速度ω大的时候，以及/或者转向扭矩T大的时候，令与摩擦补偿运算值Fo相乘的各增益变小，从而摩擦补偿值Fc变小，使得转向不会变得过轻过快。车速V小的时候，以及/或者电动机角速度ω小的时候，以及/或者电流控制值E小的时候，以及/或者转向扭矩T小的时候，通过设定与摩擦补偿运算值Fo相乘的各增益为合适的值并计算摩擦补偿值Fc，使得转向特性(车辆动作)变得平稳。

在这里，最近，以解决转向机构在组装上的问题，吸收车辆行驶时发生的在轴向上的变位和振动等为目的，电动动力转向装置采用在转向机构的柱轴的中间部设置有伸缩轴(中间轴)的中间轴机构。图13对应图1，表示了具备中间轴的转向机构的外观，在具有扭矩传感器、减速齿轮等的驱动机构部30上设有电动机20，在柱轴中间部的万向节4a与4b之间设置有可伸缩的中间轴4。

中间轴4的详细构造的一例如图14所示。即，中间轴4由外管41和内轴42构成，其中，外管41在端部焊接有构成万向节4b的轭4b-1，内轴42在端部焊接有构成万向节4a的轭4a-1。外管41的内圆周表面上形成有内花键43，内轴42的前端部的外圆周表面上形成有与内花键43嵌合的外花键45。另外，万向节4b将轭4b-1、连接轭4b-2、模蕊支架4b-3作为主要构成部件。而且，在内花键43、外花键45的至少一方的表面上设置有PTFE(聚四氟乙烯)、聚酰胺树脂等低摩擦树脂形成的涂层。

在具备这种中间轴4的转向机构中，通常具有图15中以实线表示的死区，因而转向感会变差。因此，为改善转向感，需要高刚性的中间轴，需要如图15的虚线所示的无死区(或者死区很小)的特性。如果中间轴4的刚性变高的话，转向系的摩擦会变得容易传递，因而摩擦感也容易被感觉到。死区主要在中间轴4两端的万向节4a和4b、外管41和内轴42的嵌合部产生。

例如日本特开2003-97592号公报所示，万向节4a以及4b由在轭的轴承孔中经滚针轴承与模蕊支架轴摆动自如地嵌合而成的十字万向节构成，滚针轴承与模蕊支架轴部在特定干涉下被嵌合。因此，有可能通过加强滚针轴承与模蕊支架轴部的特定干涉嵌合来减小在万向节4a与4b产生的死区。另外，对于在外管41与内轴42的嵌合部产生的死区的减小，可以通过减小外管41与内轴42的尺寸差，或者在外管41、内轴42的表面设置PTFE、聚酰胺系树脂涂层来实现。

并且，外管41与内轴42为特定干涉下嵌合的情况，在嵌合状态下进行加热，树脂被软化而与外管41融合，进而实现易伸缩和减小死区的两立。另外，只要能够使死区变小，不设置树脂涂层，使用滚珠、弹簧的中间轴也可以。

这样通过使在中间轴4产生的死区消除或者变小，可以提高摩擦补偿的效果。

以上，对本发明的实施方式进行了具体的说明，但本发明并不限定于此，可在不脱离本发明的主旨的范围内进行适宜的变更。

Claims (18)

1.一种电动动力转向装置，其至少基于转向扭矩来计算电流指令值，并通过基于所述电流指令值计算出的电流控制值来控制向转向机构赋予转向辅助力的电动机，其特征在于，

具备摩擦补偿单元，所述摩擦补偿单元基于所述转向扭矩计算用于对所述转向机构进行摩擦补偿的摩擦补偿值；

所述摩擦补偿单元基于所述转向扭矩设定具有一定范围的转向扭矩目标值范围，根据所述转向扭矩与所述转向扭矩目标值范围的中间值的差来计算所述摩擦补偿值；

利用所述摩擦补偿值来修正所述电流指令值。

2.根据权利要求1所述的电动动力转向装置，其特征在于，所述转向机构具备可伸缩的中间轴。

3.根据权利要求2所述的电动动力转向装置，其特征在于，所述中间轴的嵌合部具有树脂涂层。

4.根据权利要求1所述的电动动力转向装置，其特征在于，所述转向扭矩目标值范围由处于所述中间值周围的小的范围1，以及处于所述范围1周围的大的范围2构成，所述摩擦补偿单元，在所述转向扭矩处于所述范围1之内时令所述摩擦补偿值为0，在所述转向扭矩在所述范围1之外且在所述范围2之内时，根据所述转向扭矩与所述转向扭矩目标值范围的中间值的差来计算所述摩擦补偿值，在所述转向扭矩在所述范围1以及所述范围2之外时，更新所述中间值重新设定所述转向扭矩目标值范围，以使所述转向扭矩处于所述转向扭矩目标值范围之内。

5.根据权利要求1项所述的电动动力转向装置，其特征在于，所述摩擦补偿单元具备：摩擦补偿值运算单元以及增益运算单元，其中：所述摩擦补偿值运算单元根据所述转向扭矩计算摩擦补偿运算值，所述增益运算单元计算与所述摩擦补偿运算值相乘的至少1个增益，所述摩擦补偿运算值与所述至少1个增益相乘作为所述摩擦补偿值。

6.根据权利要求3项所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述摩擦补偿单元具备：摩擦补偿值运算单元以及增益运算单元，其中：所述摩擦补偿值运算单元根据所述转向扭矩计算摩擦补偿运算值，所述增益运算单元计算与所述摩擦补偿运算值相乘的至少1个增益，所述摩擦补偿运算值与所述至少1个增益相乘作为所述摩擦补偿值。

7.根据权利要求6所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述转向扭矩目标值范围由处于所述中间值周围的小的范围1，以及处于所述范围1周围的大的范围2构成，所述摩擦补偿值运算单元，在所述转向扭矩处于所述范围1之内时令所述摩擦补偿值为0，在所述转向扭矩在所述范围1之外且在所述范围2之内时，根据所述转向扭矩与所述转向扭矩目标值范围的中间值的差来计算所述摩擦补偿运算值，在所述转向扭矩在所述范围1以及所述范围2之外时，更新所述中间值重新设定所述转向扭矩目标值范围，以使所述转向扭矩处于所述转向扭矩目标值范围之内。

8.根据权利要求5所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述增益运算单元具备计算根据车速而决定的车速感应增益的车速感应增益运算单元，且所述车速感应增益为所述增益中的1个。

9.根据权利要求8所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述车速感应增益可以根据所述车速的大小来设定。

10.根据权利要求5所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述增益运算单元具备计算根据电动机角速度而决定的电动机角速度感应增益的电动机角速度感应增益运算单元，且所述电动机角速度感应增益为所述增益中的1个。

11.根据权利要求9所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述增益运算单元具备计算根据电动机角速度而决定的电动机角速度感应增益的电动机角速度感应增益运算单元，且所述电动机角速度感应增益为所述增益中的1个。

12.根据权利要求10所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述电动机角速度感应增益可以根据所述电动机角速度的大小及方向来设定。

13.根据权利要求5所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述增益运算单元具备计算根据所述电流控制值而决定的电流控制值感应增益的电流控制值感应增益运算单元，且所述电流控制值感应增益为所述增益中的1个。

14.根据权利要求13所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述电流控制值感应增益可以根据所述电流控制值的大小及方向来设定。

15.根据权利要求5所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述增益运算单元具备计算根据所述转向扭矩而决定的转向扭矩感应增益的转向扭矩感应增益运算单元，且所述转向扭矩感应增益为所述增益中的1个。

16.根据权利要求15所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述转向扭矩感应增益可以根据所述转向扭矩的大小及方向来设定。

17.根据权利要求13所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述增益运算单元具备计算根据所述转向扭矩而决定的转向扭矩感应增益的转向扭矩感应增益运算单元，且所述转向扭矩感应增益为所述增益中的1个。

18.根据权利要求17所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述转向扭矩感应增益可以根据所述转向扭矩的大小及方向来设定。

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