CN102935862A - 电动式助力转向系统的转向控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动式助力转向系统的转向控制装置，其特征在于，包括：控制器，其通过组合低通滤波器和具有超前补偿部及滞后补偿部的相位补偿器来体现为二阶滤波器形态的传递函数，来补偿对从扭矩传感器输入的扭矩感测值进行比例积分控制而所生成的辅助扭矩值，以使其追随目标值并进行输出；以及反馈部，其将从控制器输出的辅助扭矩值反馈为向控制器输入的辅助扭矩值。

Description

电动式助力转向系统的转向控制装置
技术领域
本发明涉及一种电动式助力转向系统，更详细地涉及在电动式助力转向系统中，将基于相对于扭矩输入的增压输出来决定主辅扭矩的扭矩环路逻辑组合为二阶滤波器的补偿器形态的电动式助力转向系统的转向控制装置。
背景技术
电动式助力转向系统（MDPS：Motor Driven Power steering System）与以往的利用液压的液压式助力转向装置不同地利用马达的旋转力来补助驾驶员的转向力。
这种电动式助力转向系统通过组合由扭矩传感器来感测的扭矩感测值和车速，计算马达的辅助量，由此改善转向性能。
这种转向性能逻辑包含：扭矩环路逻辑，其基于相对于扭矩输入的增加输出来决定主辅扭矩；高频辅助控制（HFAC：High-Frequency AssistControl）逻辑，其增大异质感和输出；阻尼逻辑，其调节转向系统的振动；以及主动复原逻辑，其增大复原力。
本发明的背景技术公开在韩国公开专利公报10-2007-0105327（2007.10.30）“电动助力转向装置的控制装置”。
发明内容
要解决的问题
以往的扭矩环路逻辑利用比例积分（PI：Proportional Integral）控制器，具体地具有两个比例积分控制器，并对这些执行超前（lead）补偿和滞后（rag）补偿。
其结果，在扭矩环路逻辑中难以掌握比例积分控制器的结构，并且难以理解执行扭矩环路逻辑时输入输出的各个因子的作用。即，在改装或者滤除时，出现难以明确识别这些因子的效果的问题。
况且，各个比例积分控制器以相互不同的方式执行离散化，因此信号有可能发生急剧变动。
本发明是为了改善上述问题而提出的，其目的在于，提供在扭矩环路逻辑中通过防共振并调节陷波宽度及带宽，来提高电动式助力转向系统的追随性及响应性，并通过适合的离散化来增大收敛性的电动式助力转向系统的转向控制装置。
问题的解决手段
根据本发明的一实施方式的电动式助力转向系统的转向控制装置，其特征在于，包括：控制器，其通过组合低通滤波器和具有超前补偿部及滞后补偿部的相位补偿器来体现为二阶滤波器形态的传递函数，来补偿对从扭矩传感器输入的扭矩感测值进行比例积分控制而所生成的辅助扭矩值，以使其追随目标值并进行输出；以及反馈部，其将从控制器输出的辅助扭矩值反馈为向控制器输入的辅助扭矩值。
本发明的上述传递函数（G（s））为，
G ( s ) = k _ lag × K _ lead × ( s 2 + 2 × a × S + a 2 ) [ s 2 + a × ( K _ lag + K _ lead ) × S + K _ lead × K _ lag × a 2 ]
其中，K_lag为滞后补偿增益，K_lead为超前补偿增益，a为截止频率（Cut off frequency）。
上述控制器通过调节上述滞后补偿增益、上述超前补偿增益及上述截止频率中的某一种以上，以使上述传递函数的极点得到调整，由此提高稳定性。
发明的效果
本发明在扭矩环路逻辑中通过防共振并调节陷波宽度及带宽，来提高电动式助力转向系统的追随性及响应性，并通过适合的离散化来增大收敛性。
附图说明
图1是本发明一实施例的电动式助力转向系统的转向控制装置的框结构图。
图2是表示呈现本发明一实施例的响应大小的波德图的图。
图3是表示呈现本发明一实施例的相位大小的波德图的图。
（附图标记说明）
10：控制器    20：反馈部
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明一实施例的电动式助力转向系统的转向控制装置。在此过程中，图中所示的线的厚度或结构元件的大小等有可能放大表示，有助于确保说明的明确性和方便性。并且，以下要说明的术语是鉴于本发明中发挥的功能来定义的术语，这些术语有可能根据使用者、运行者的意图或惯例而不同。因此，应当基于本说明书全文来定义这些术语。
图1是本发明一实施例的电动式助力转向系统的转向控制装置的框结构图，图2是表示呈现本发明一实施例的响应大小的波德图的图，图3是表示呈现本发明一实施例的相位大小的波德图的图。
如图1所示，本发明一实施例的电动式助力转向系统的转向控制装置包括控制器10和反馈部20。
控制器10用于补偿对从感测扭矩的扭矩传感器（未图示）输入的扭矩感测值进行比例积分来生成的辅助扭矩值，以使其追随目标值。
反馈部20将从控制器10输出的辅助扭矩值反馈为控制器10的输入。这种反馈部20用于调整相对于输入的输出。
因此，由控制器10来输入的扭矩感测值，通过控制器10和反馈部20追随已设定的目标值，此时，控制器10输出借助从反馈部20输入的后述的反馈因素，即因子来得到稳定化的辅助扭矩值。
上述控制器10包括滤波器和相位补偿器，并体现为组合这些滤波器和相位补偿器的二阶稳定化传递函数形态。
此时，滤波器为低通滤波器（Low pass filter），滤波器的传递函数为s/（s+a）。其中，s为拉普拉斯（Laplace）算子，a为截止频率（Cut offfrequency）。
并且，相位补偿器包括超前补偿部和滞后补偿部。
超前补偿部（Phase lead compensator）也称作相位超前控制器，其在控制器10的传递函数以极点（Pole）的形态存在，并提高相对于高频的频率响应，由此提高补偿极限。
滞后补偿部（Phase lag compensator）在控制器10的传递函数以极点的形态存在，并决定用于防止共振频率等的陷波部，确保陷波宽度。
接下来对控制器10的传递函数进行说明。
一方面，若控制器10输入扭矩感测值，则对该扭矩感测值执行比例积分控制。
在这种情况下，随着应用低通滤波器、超前补偿部及滞后补偿部，低通滤波器组合超前补偿部和滞后补偿部，并以借助超前补偿增益和滞后补偿增益来得到稳定化的二阶滤波器形态的陷波滤波器形态体现。
其中，利用执行用于检测频率响应的超前补偿的频率响应来检测共振频率，并执行防止这种共振频率的滞后补偿时，因此以如以下数学式1至3的数学模型体现。
首先，在控制器10执行超前补偿的控制逻辑的传递函数如数学式1所示。
（数学式1）
G(s)_lead＝K_lead×(S+a)/(S+a×K_lead)
其中，G（s）_lead为执行超前补偿的控制逻辑的传递函数，K_lead为超前补偿增益。
即，通过低通滤波器去除扰动或噪音，根据超前补偿增益来实现针对相位的超前补偿，由此提高频率响应，以能够确保补偿极限。
另一方面，执行滞后补偿的控制逻辑的传递函数如数学式2所示。
（数学式2）
G(s)_lag＝K_lag×(S+a)/(S+a×K_lag)
其中，G（s）_lag为执行滞后补偿的控制逻辑的传递函数，K_lag为滞后补偿增益。
即，通过低通滤波器去除扰动或噪音，根据滞后补偿增益来实现针对相位的滞后补偿，以决定用于回避利用频率响应来检测的共振频率的陷波部决定且确保陷波宽度。
以后，若组合执行超前补偿的控制逻辑的传递函数和执行滞后补偿的控制逻辑的传递函数，则控制器10可以表示为如数学式3所示的数学模型的二阶稳定化传递函数。
这种传递函数表示具有二阶滤波器的形态的陷波滤波器形态，决定用于调整陷波滤波器的特性的因子来进行调整，由此能够使追随误差最小化。
其中，控制器10的传递函数如数学式3所示。
（数学式3）
G ( s ) = k _ lag × K _ lead × ( s 2 + 2 × a × S + a 2 ) [ s 2 + a × ( K _ lag + K _ lead ) × S + K _ lead × K _ lag × a 2 ]
其中，G（s）为控制器10的传递函数，K_rag为滞后补偿增益，K_lead为超前补偿增益，a为截止频率（Cut off frequency）。
如上述数学式3所示，控制器10的传递函数在连续区域中表示为传递函数，由此具有二阶滤波器的形态。
通过上述这种传递函数可知，陷波滤波器的特性取决于滞后补偿增益和超前补偿增益及截止频率等因子。
因此，通过反馈部20来调节滞后补偿增益、超前补偿增益及截止频率中的某一种以上，导出传递函数的极点，由此可提高稳定化性能。
在这种情况下，若调节滞后补偿增益、超前补偿增益及截止频率中的某一种以上，则在控制器10可防共振，并可确保带宽。
图2和图3是表示针对上述控制器的传递函数的波德图（Bodediagram）的图。
粗线图是将根据以往方式的频率响应表示为大小响应和相位响应的线图，细线图是将根据本发明的频率响应表示为大小响应和相位响应的线图。
参照图2和图3，频率在约10-8Hz带域以上时，表示几乎相同的形态，可知相位裕度（phase margin）和增益裕度（gain margin）均为无限大，据此可确认二阶滤波器的响应性良好。
虽然参考图中所示的实施例来说明了本发明，但这仅是例示性的，本发明所属技术领域的普通技术人员应当理解，能够从中实现多种变形及均等的其他实施例。

Claims (3)

1.一种电动式助力转向系统的转向控制装置，其特征在于，包括：
控制器，其通过组合低通滤波器和具有超前补偿部及滞后补偿部的相位补偿器来体现为二阶滤波器形态的传递函数，来补偿对从扭矩传感器输入的扭矩感测值进行比例积分控制而所生成的辅助扭矩值，以使其追随目标值并进行输出；以及
反馈部，其将从所述控制器输出的辅助扭矩值反馈为向控制器输入的辅助扭矩值。
2.根据权利要求1所述的电动式助力转向系统的转向控制装置，其特征在于，
上述传递函数（G（s））为，
G ( s ) = k _ lag × K _ lead × ( s 2 + 2 × a × S + a 2 ) [ s 2 + a × ( K _ lag + K _ lead ) × S + K _ lead × K _ lag × a 2 ]
其中，K_lag为滞后补偿增益，K_lead为超前补偿增益，a为截止频率。
3.根据权利要求2所述的电动式助力转向系统的转向控制装置，其特征在于，
上述控制器通过调节上述滞后补偿增益、上述超前补偿增益及上述截止频率中的某一种以上，以使上述传递函数的极点得到调整，由此提高稳定性。
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