CN102730054B - 电动动力转向装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动动力转向装置的控制方法，提高电动动力转向装置的操作感，并且提高对电源变动的耐性。为此，电动动力转向装置(1)的控制部(10)，能够应对占空比电动机电流值特性随着电源(50)的输出电压值的变动而变化的现象。具体来说，F/F占空限幅值设定部(53)，利用由电压值计测部(51)计测出的电源(50)的输出电压值，来推定表示进行前馈控制的范围的拐点的占空比。此外，增益校正值设定部(54)，为了应付拐点以后的倾斜度的变化，而基于电源(50)的输出电压值，来推定反馈控制中的增益的校正值。并且，控制部(10)利用推定出的拐点的占空比以及增益的校正值，能够使电动机电流Im的电流响应性相同。

Description

电动动力转向装置的控制方法

技术领域

本发明涉及车辆的电动动力转向装置的控制方法。

背景技术

电动动力转向装置在转向系统中具备电动机，通过利用控制装置来控制从电动机提供的动力，来减轻驾驶者的操舵力。另外，关于在专利文献1中公开的内容的概要，在以下进行说明。

图5是表示电动动力转向装置的概略构成的图。

在图5中，电动动力转向装置1具备齿条和小齿轮机构，该齿条和小齿轮机构具有：经由转向轴111、万向接头112、114、连结轴113被连结为能够与方向盘110一体地旋转的小齿轮116；和与该小齿轮116咬合，按照能够在车辆宽度方向上进行往复运动的方式设置的齿条轴117。

在齿条轴117的两端，经由转向横拉杆(tie rod)119而连结于作为操舵轮的左右前轮121的转向节臂(knuckle arm)120，左右前轮121根据方向盘110的转动操作而被转舵。并且，产生用于减轻这种方向盘110的手动操舵力的辅助操舵力的电动机118与齿条轴117同轴地被设置。

此外，在图5中，在未图示的转向齿轮箱(steering gearbox)内，设置有检测作用于小齿轮116的手动操舵转矩的手动操舵转矩检测部115。该手动操舵转矩检测部115，将检测出的手动操舵转矩变换为手动操舵转矩检测值T，并将该手动操舵转矩检测值T输出到控制装置100。控制装置100将手动操舵转矩检测值T作为输入，来执行电动机118的驱动控制，并对电动机118的输出(操舵辅助转矩)进行控制。

控制装置100具备电流目标值决定部101和控制部102。电流目标值决定部101基于手动操舵转矩检测值T来决定目标辅助转矩，并输出为了从电动机118提供目标辅助转矩所需的目标电流值It。

图6是控制部102的方框构成图。控制部102具备电动机控制部130、电动机驱动部140、以及电动机电流值计测部150。关于各部中的动作，以下进行说明(适当参照图5)。另外，图6所示的电动机60与图5所示的电动机118相对应。

电动机控制部130具备反馈控制部20、前馈控制部30、以及PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号设定部40。

反馈控制部20由偏差运算部21、比例运算部22、积分运算部23、以及加法运算部24构成。

偏差运算部21计算出从电流目标值决定部101输出的电流目标值It与由电动机电流值计测部150计测出的电动机电流值Im的偏差，并输出该偏差的值。

比例运算部22将偏差运算部21的输出值作为输入，并输出与该输入成比例的值。积分运算部23将偏差运算部21的输出值作为输入，并输出对该输入进行积分后得到的值。加法运算部24将比例运算部22的输出值以及积分运算部23的输出值相加，生成反馈控制部20的输出值24a。另外，反馈控制部20的输出值24a按照使偏差运算部21的输出值接近零的方式被生成。

前馈控制部30具备F/F(前馈)限幅处理部131以及加法运算部33。

F/F限幅处理部131将电流目标值It作为输入，计算出与电流目标值It成比例的值。并且，F/F限幅处理部131具备限幅器(limiter)32，若与电流目标值It成比例的值在规定的范围内，则输出与输入值成比例的值，若在规定的范围外(阈值外)，则输出表示饱和的值的规定值。

此外，F/F限幅处理部131将输入到PWM信号设定部40的信号值41a作为输入。信号值41a是从分支部41取出的信号值，是与在PWM驱动控制中使用的决定PWM信号的占空比的最终输出值33a相同的值。该信号值41a随着根据电动机60的转动速度而产生的反向电压的变动而变动。并且，该信号值41a的变动，导致以小舵角回轮(切り返し)或打轮(切り始め)时的振动、或操舵时的打轮的辅助操舵力不足。因此，F/F限幅处理部131为了防止振动或助推不足，而对信号值41a进行监视，并对表示前馈控制是进行比例动作还是进行饱和动作的边界的阈值(在专利文献1中为阈值占空比)和信号值41a进行比较，根据该比较的结果，来将饱和动作下设定的前馈控制的输出值保持并限制为规定值。由此，在最终输出值33a到达了阈值(阈值占空比)之后，即使电流目标值It变大也不使F/F限幅处理部131的输出值131a增加。另外，阈值(阈值占空比)是限幅器32中的规定的范围(输出与输入值成比例的值的范围)和规定的范围外(输出表示饱和的值的规定值的范围)的边界值。

加法运算部33将反馈控制部20的输出值24a和F/F限幅处理部131的输出值131a相加，将该值作为最终输出值33a而输出。即，最终输出值33a是在对提供给电动机60的电动机电流进行PWM控制的PWM信号的占空比的决定中使用的值。

PWM信号设定部40基于最终输出值33a来生成用于对电动机60进行PWM驱动的PWM信号，并将所生成的PWM信号值40a作为驱动控制信号而输出。

电动机驱动部140由栅极驱动部141和具备4个FET(场效应晶体管)或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的H型桥接电路142构成。栅极驱动部141根据方向盘110的操舵方向来上下交叉地选择2个FET，并基于PWM信号40a来驱动所选择的2个FET的栅极以进行开关动作(上下臂同时开关方式的动作)。

电动机电流值计测部150根据在与H型桥接电路142串联连接的分流电阻151的两端产生的电压，对在电动机60中流动的电流值进行计测，并将计测出的电流值作为电动机电流值Im而输出。

如上所述，控制装置100(参照图5)能够基于手动操舵转矩检测部115所输出的手动操舵转矩检测值T，来对从电源50向电动机60提供的电流进行PWM控制，并对电动机60所产生的操舵辅助力进行控制。另外，电源50是车载的电池或交流发电机。

图7是表示针对从PWM信号设定部40输出的PWM信号40a的占空比的电动机电流值Im的特性(以后，称作占空比电动机电流值特性。)的图。关于图7所示的特性，以下进行说明(适当参照图6)。

图7所示的特性，是在图6所示的H型桥接电路142中，以上下臂同时开关方式对电动机60进行控制时，在将电枢的传动轴(shaft)固定的状态下，使PWM信号40a的占空比从0～100％为止变化的情况下，或者直到在电动机60中流动的电动机电流成为最大为止使占空比变化的情况下所取得的特性。

在图7中，横轴表示PWM信号40a的占空比，纵轴表示在电动机60中流动的电动机电流值Im。电动机60在占空比为正的范围内进行右转动，在占空比为负的范围内进行左转动。

如图7所示，电动机电流值Im随着占空比的增加而变大。此外，若将特性的倾斜度突然发生变化的位置(转折点)称作拐点A1、A2，则占空比在拐点A1以及拐点A2之间的范围内，针对占空比的电动机电流值Im的变化的倾斜度，比占空比在拐点A1以下的范围或拐点A2以上的范围内的倾斜度小。

在拐点A1以上拐点A2以下的范围内，仅通过反馈控制部20所进行的反馈控制，针对占空比的电动机电流值Im的变化非常少。因此，在拐点A1以上拐点A2以下的范围内，按照成为与电流目标值It成比例的占空比的方式并用了前馈控制部30。即，在拐点A1以上拐点A2以下的范围内，执行了前馈控制以及反馈控制这两者。

所述的限幅器32(参照图6)的边界值、即阈值(阈值占空比)与拐点A1以及拐点A2相对应。不过，限幅器32的边界值，在实际的安装上，采用了比拐点A1的占空比大数％的值，以及比拐点A2的占空比小数％的值。这是因为考虑了控制装置100或电动机60的特性的偏差。

另外，在拐点A1以下的占空比的范围以及拐点A2以上的占空比的范围中，根据图7所示的特性的倾斜度，来进行基于反馈(F/B)控制的电流F/B增益的设定。

专利文献1：日本专利第3666806号

但是，图7所示的占空比电动机电流值特性，如图8所示，根据对图6所示的H型桥接电路142的施加电压、即电源50的输出电压而变化。

例如，图8(a)针对以电源50(参照图6)的输出电压为参数而发生了变化的情况，表示了PWM信号40a的占空比为正侧的占空比电动机电流值特性。在图8(a)中，实线表示输出电压为基准电压(例如，12.5V)的情况，虚线表示输出电压比基准电压低的情况，单点划线表示输出电压比基准电压高的情况。输出电压比基准电压低的情况，如虚线所示，与实线所示的基准电压的情况相比，占空比电动机电流值特性的拐点B(转折点)的占空比较大，拐点B以后的特性的倾斜度较小。此外，在输出电压比基准电压高的情况下，如单点划线所示，与实线所示的基准电压的情况相比，占空比电动机电流值特性的拐点A(转折点)的占空比较小，拐点A以后的特性的倾斜度较大。

在现有技术中，以基准电压时的占空比电动机电流值特性为前提，设定了用于F/B增益以及F/F控制的限幅器32的阈值。因此，存在如下问题：在由于车载电池的充电控制而交流发电机的输出电压发生了变化的情况下，或由于电池的劣化等而输出电压降低的情况下，占空比电动机电流值特性发生变化，基于F/B控制或F/F控制的电流响应性改变。具体来说，如图8(b)所示，在输出电压比基准电压低的情况下，将会成为F/F控制不足以及电流响应性降低，在输出电压比基准电压高的情况下，将会成为F/F控制过多以及电流响应性过多，并产生超调。即，存在产生车辆的电源电压变动时的辅助操舵力的过多或不足，使操作感恶化的问题。

发明内容

因此，在本发明中，课题在于提高电动动力转向装置的操作感，并且提高对电源变动的耐性。

为了解决所述课题，本发明提供一种电动动力转向装置的控制方法，所述电动动力转向装置对在通过PWM驱动来进行控制的电动机中流动的电动机电流值进行计测，根据该电动机电流值与电流目标值的差分来进行反馈控制，并且具备输出随着所述电流目标值的增加而增加的值的前馈控制，所述电动动力转向装置的控制方法的特征在于，所述电动动力转向装置执行如下步骤：对向所述电动动力转向装置提供电力的电源的输出电压值进行计测的步骤；基于所述输出电压值，来决定表示输出与所述前馈控制中的所述电流目标值成比例的值还是输出规定值的边界的占空比的阈值的步骤；和在所述前馈控制中，即使决定在所述PWM驱动控制中使用的PWM信号的占空比的最终输出值在达到所述阈值之后继续变大，也将与所述电流目标值成比例的值保持为所述规定值的步骤。

根据这种构成，电动动力转向装置基于电源的输出电压值，来决定将前馈控制的输出值限制为规定值的阈值，即使最终输出值在达到了阈值之后继续变大，也能够将与电流目标值成比例的值保持为规定值。因此，由于根据电源的输出电压值的变动来决定阈值，因此能够防止电流响应性的降低或过多。即，能够提高电动动力转向装置的操作感，并且提高对电源变动的耐性。

此外，特征在于，电动动力转向装置还执行根据输出电压值的增加，来减小阈值的步骤。

根据这种构成，电动动力转向装置能够进行根据输出电压值的增加来减小阈值的校正。该校正能够防止伴随F/F控制过多的电流响应性的超调。即，能够提高电动动力转向装置的操作感，并且提高对电源变动的耐性。

此外，特征在于，电动动力转向装置还执行根据输出电压值的增加，来减小反馈控制的增益的步骤。

根据这种构成，电动动力转向装置能够进行根据输出电压值的增加，来减小反馈控制的增益的校正。该校正能够防止电流响应性的降低或过多。即，能够提高电动动力转向装置的操作感，并且提高对电源变动的耐性。

根据本发明，能够提高电动动力转向装置的操作感，并且提高对电源变动的耐性。

附图说明

图1是表示用于实现本实施方式的电动动力转向装置的控制方法的控制装置的控制部的构成例的图。

图2是表示电压平均化处理部的构成例的图。

图3是表示电源电压、占空比、和电动机电流值的关系的一例的图，(a)表示电源电压和占空比电动机电流值特性的关系，(b)表示电源电压和拐点的占空比的关系，(c)表示电源电压和与图3(a)所示的拐点以后的特性相对应时的施加给电动机的电压的特性(Δ电压值/(占空比/100))的关系。

图4是表示本实施方式的电流响应性的一例的图。

图5是表示电动动力转向装置的概略构成的图。

图6是表示用于实现现有的电动动力转向装置的控制方法的控制装置的控制部的构成例的图。

图7是表示针对从PWM信号设定部输出的PWM信号的占空比的电动机电流值的特性的图。

图8是表示电源电压和电动机电流值的关系的一例的图，(a)表示电源电压和占空比电动机电流值特性的关系，(b)表示电流响应性。

(符号说明)

1  电动动力转向装置

15 电动机电流值计测部

20 反馈控制部

30 前馈控制部

32 限幅器

33 信号值

50 电源

51 电压值计测部

52 电压平均化处理部

53 F/F占空限幅值设定部

54 增益校正值设定部

具体实施方式

接着，针对用于实施本发明的方式(以后，称作“本实施方式”)，适当参照附图详细地进行说明。

本实施方式中的电动动力转向装置的构造，与图5所示的装置相同(不过，控制部102对应于控制部10)，因此省略图示以及说明。

图1示出了本实施方式中的控制部10的构成例。另外，图1所示的控制部10对应于图5以及图6所示的控制部102，图1所示的电动机控制部11对应于图6所示的电动机控制部130，图1所示的F/F逻辑处理部31对应于图6所示的F/F限幅处理部131。此外，附加于图1所示的各部的符号，在与附加于图6所示的各部的符号相同的情况下，表示相同的部件，省略它们的说明。

在此，在图1中针对与图6不同的F/F逻辑处理部31、以及在图6中不存在的电压值计测部51、电压平均化处理部52、F/F占空限幅值设定部53、增益校正值设定部54、乘法运算部55的功能，在以下进行说明。

电压值计测部51，以规定的周期对电源50的电压进行测定，并作为电压值Vps而输出。

电压平均化处理部52计算出将从电压值计测部51输出的电压值Vps中的当前值以及过去3次的总和除以4而得到的值，即4次的移动平均值，并作为信号值52a而输出。电压平均化处理部52，如图2所示，具备3个延迟元件521、加法元件522、乘法元件523。加法元件522将电压值Vps原本的信号、1次通过了延迟元件521之后的信号、2次通过了延迟元件521之后的信号、3次通过了延迟元件521之后的信号作为输入，将这些所输入的信号相加来输出加法运算值。乘法元件523将对加法元件522所输出的加法运算值乘以1/4后得到的值作为信号值52a而输出。

返回图1，F/F占空限幅值设定部53设定进行前馈控制的占空比的边界值。

具体来说，如图3(a)所示，进行前馈控制的占空比的边界值、即占空比电动机电流值特性的拐点，依赖于电源50的输出电压值而变化。在输出电压比基准电压小的情况下，占空比电动机电流值特性的拐点B的占空比大于基准电压时的拐点的占空比。此外，在输出电压比基准电压大的情况下，占空比电动机电流值特性的拐点A的占空比小于基准电压时的拐点的占空比。

因此，若按照电源50的每个输出电压值对拐点的占空比进行绘制(●标记)，则如图3(b)所示，可知在双方之间，存在线性的关系。因此，基于电源50的输出电压值，能够推定拐点的占空比。即，拐点的占空比如式(1)这样来设定。

拐点的占空比＝a×输出电压值+b    ··式(1)

在此，a、b为常数。

返回图1，增益校正值设定部54设定反馈控制的增益的校正值。

具体来说，如图3(a)所示，拐点以后的占空比电动机电流值特性的倾斜度，依赖于电源50的输出电压值而变化。在输出电压比基准电压小的情况下，占空比电动机电流值特性的倾斜度变小。此外，在输出电压比基准电压大的情况下，占空比电动机电流值特性的倾斜度变大。

因此，若对电源电压和与图3(a)所示的拐点以后的特性相对应时的施加于电动机的电压的特性(Δ电压值/(占空比/100))之间的关系进行绘制(●标记)，则如图3(c)所示，可知在双方之间存在线性的关系。因此，基于电源50的输出电压值，能够推定Δ电压值/(占空比/100)。即，Δ电压值/(占空比/100)如下式(2)这样来推定。

Δ电压值/(占空比/100)＝c×输出电压值+d    ··式(2)

在此，c、d为常数。

反馈控制的增益的校正值，如下式(3)这样来计算。

增益校正值＝(c×基准电压值+d)/(c×输出电压值+d)··式(3)

其中，作为基准电压值，例如也可以为12.5V。

乘法运算部55将增益校正值设定部54的输出值54a、和反馈控制部20的输出值24a相乘。即，按照与基准电压值时的占空比电动机电流值特性相一致的方式，来对反馈控制部20的输出值24a进行校正。

F/F逻辑处理部31，具备与图6所示的F/F限幅处理部131相同的功能。即，F/F逻辑处理部31包含限幅器32而构成。F/F逻辑处理部31与图6所示的F/F限幅处理部131的不同点在于，输入F/F占空限幅值设定部53的输出值53a，并将该输出值53a作为前馈控制的限幅器32的阈值来使用。

加法运算部33将乘法运算部55的输出值、和F/F逻辑处理部31的输出值31a相加，来生成最终输出值33a。

图4示出了本实施方式中的针对目标电流值It的电动机电流Im的电流响应性。如图4所示，本实施方式中的控制部10(参照图1)，在输出电压值比基准电压高的情况(单点划线显示)以及输出电压值比基准电压低的情况(虚线显示)这两种情况下，能够得到大致与基准电压时相同的电流响应性。即，能够提高电动动力转向装置的操作感，并且提高对电源变动的耐性。

以上，本实施方式中的电动动力转向装置1的控制部10，能够应对随着电源50的输出电压值的变动，占空比电动机电流值特性中的拐点以及拐点以后的倾斜度发生变化的现象。具体来说，F/F占空限幅值设定部53，利用由电压值计测部51计测出的电源50的输出电压值，来推定表示进行前馈控制的范围的拐点的占空比。此外，增益校正值设定部54，为了应对拐点以后的倾斜度的变化，而基于电源50的输出电压值，来推定反馈控制中的增益的校正值。并且，控制部10能够利用推定出的拐点的占空比以及增益的校正值，来应对电源50的输出电压值的变动，并使电动机电流Im的电流响应性相同。即，能够提高电动动力转向装置的操作感，并且提高对电源变动的耐性。

另外，在图3(c)中，利用电源电压和与图3(a)所示的拐点以后的特性相对应时的施加于电动机的电压的特性(Δ电压值/(占空比/100))之间的关系进行了说明。取而代之，利用电源电压和占空比电动机电流值特性的关系，也能够导出与图3(c)同样的(不过，常数c、d不同)线性的关系。因此，也可以根据电源电压和占空比电动机电流值特性的关系来计算增益的校正值。

Claims (3)

1.一种电动动力转向装置的控制方法，所述电动动力转向装置对在通过PWM驱动来进行控制的电动机中流动的电动机电流值进行计测，根据该电动机电流值与电流目标值的差分来进行反馈控制，并且具备输出随着所述电流目标值的增加而增加的值的前馈控制，

所述电动动力转向装置的控制方法的特征在于，

所述电动动力转向装置执行如下步骤：

对向所述电动动力转向装置提供电力的电源的输出电压值进行计测的步骤；

基于所述输出电压值，来决定表示输出与所述前馈控制中的所述电流目标值成比例的值还是输出规定值的边界的占空比的阈值的步骤；和

在所述前馈控制中，即使决定在所述PWM驱动控制中使用的PWM信号的占空比的最终输出值在达到所述阈值之后继续变大，也将与所述电流目标值成比例的值保持为所述规定值的步骤。

2.根据权利要求1所述的电动动力转向装置的控制方法，其特征在于，

所述电动动力转向装置还执行根据所述输出电压值的增加，来减小所述阈值的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的电动动力转向装置的控制方法，其特征在于，

所述电动动力转向装置还执行根据所述输出电压值的增加，来减小所述反馈控制的增益的步骤。