CN103228523B - 电动动力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防止了在转向终点时的方向盘的振动的电动动力转向装置。在转向终点标志(Fse)为1、且步骤(S8)的判定变为“是”的情况下，EPS-ECU(21)在步骤(S10)中判定右打轮标志(Fdrc)是否为1，若该判定为“是”，则在步骤(S11)中进一步判定操舵转矩差基础值(Dtsb)是否为正值。而且，若步骤(S11)的判定为“是”，则EPS-ECU(21)在步骤(S12)中将操舵转矩差基础值(Dtsb)直接作为操舵转矩差(Dts)，若为“否”，则EPS-ECU(21)在步骤(S13)中将操舵转矩差(Dts)设为0并结束处理。

Description

电动动力转向装置

技术领域

本发明涉及搭载于车辆的电动动力转向装置，具体涉及防止转向终点时的方向盘的振动的技术。

背景技术

在近年来的汽车中，取代以往的液压动力转向装置而采用通过电马达赋予辅助转矩的电动动力转向装置(Electric Power Steering system：以下，记为EPS)的情况变多。电动动力转向装置具有下述等的特长：由于电马达的电源使用车载蓄电池，因此没有直接的发动机的驱动损耗，能抑制仅在电马达进行操舵辅助时为了起动而导致的行驶燃油效率下降，此外，能极其容易地进行基于ECU(Electronic Control Unit：电子控制装置)的控制。

在以往的EPS中，由于仅根据驾驶者的操舵转矩来设定电马达的辅助转矩，因此难以考虑电马达的惯性部分或装置各部的摩擦等因素，无法避免操舵感下降。于是，提出了如下技术：基于方向盘的操舵角，根据映射求取目标操舵转矩(目标对中转矩)，并按照从操舵转矩传感器输入的检测值(实际操舵转矩)与目标操舵转矩之差(操舵转矩差)来对辅助转矩进行反馈控制(参照专利文献1)。

另一方面，4轮汽车的转向几何之中，存在各车轮以1点为中心进行转弯的阿克曼几何、以及转弯时的操舵车轮(通常为左右前轮)的转向角变得相等的并行几何。通过采用阿克曼几何，能在低速转弯行驶时抑制操舵车轮的侧滑并谋求轮胎摩耗或行驶阻力的降低，但在高速转弯行驶时与离心力相平衡的方向上难以使回转力(cornering force)产生。于是，4轮汽车的转向几何一般不设为完全的阿克曼几何(不将阿克曼比率设为100)，而设定在阿克曼几何与并行几何之间(例如，将阿克曼比率设定为30～70的任意值)(参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开平6-56046号公报

专利文献2：日本特开2007-99053号公报

发明要解决的课题

根据按照操舵转矩差来对辅助转矩进行反馈控制的专利文献1的方法得知了：上述的操舵感的下降被抑制，也不易发生因路面的不平整(凹凸或起伏、车辙等)而引起的操舵车轮的转向(所谓的方向盘抖动)或方向盘的反冲，但根据阿克曼比率的设定，会在转向终点(方向盘的尽头位置)产生以下问题。

图10示出了在极低速(5km/h)下的转弯行驶时的方向盘的转向角(操舵角θ)与机械性的(基于转向机构的几何的)对中转矩Tc的关系，根据同图可知，在阿克曼比率Ra小的情况下(例如，50～30的情况下)，对中转矩Tc在左右转向终点附近变得极小(或者，与通常相反，对中转矩Tc作用于打轮方向)。故而，若驾驶者将方向盘打轮至转向终点附近，则为了通过使目标操舵转矩Tt与对中转矩Tc背离而将操舵转矩差设为0，回轮方向的大的辅助转矩从电马达继续作用于转向机构。

若驾驶者进一步将方向盘打轮至转向终点(变为尽头状态)，则方向盘在去往方向(操舵方向)上进一步旋转(因驾驶者的操舵力而过旋转)从而实际操舵转矩增大。由此，为了使操舵转矩差为0而降低辅助转矩，方向盘在回轮方向(反操舵方向)上旋转。如此，在下一瞬间，通过消除尽头状态来减少实际操舵转矩，为了使操舵转矩差为0而增大辅助转矩，方向盘在去往方向上旋转并再次成为尽头状态。通过反复该经过，如图11所示，跨过目标操舵转矩Tt而实际操舵转矩Tr不衰减地来反复增减(即，操舵转矩差Dts(以交叉阴影线表示)按正负值而交替地产生变动)，从而辅助转矩以极短的时间间隔进行增减，故将在方向盘上产生对驾驶者造成不协调感或不适感的振动。

发明内容

本发明鉴于这样的背景而提出，其目的在于，提供一种在防止了转向终点时的方向盘的振动的电动动力转向装置。

用于解决课题的手段

根据本发明的第1技术方案，提供一种电动动力转向装置，具备：电动式的操舵辅助马达，其对操舵机构赋予辅助力；操舵角检测单元，其检测方向盘的操舵角；目标操舵转矩设定单元，其基于所述操舵角检测单元的检测结果，来设定方向盘的目标操舵转矩；实际操舵转矩检测单元，其检测从驾驶者施加给方向盘的实际操舵转矩；操舵转矩差计算单元，其计算所述目标操舵转矩与所述实际操舵转矩之差作为操舵转矩差；目标驱动电流设定单元，其基于所述操舵转矩差来设定目标驱动电流；以及马达驱动控制单元，其以所述目标驱动电流来对所述操舵辅助马达进行驱动控制，其中，在所述实际操舵转矩在打轮方向上比所述目标操舵转矩大了给定值以上的情况下，所述电动动力转向装置将所述操舵转矩差视作0。

另外，根据本发明的第2技术方案，将所述给定值设为0。

另外，根据本发明的第3技术方案，还具备：转向终点判定单元，其判定所述方向盘是否位于旋转末端附近，仅在所述转向终点判定单元的判定结果为肯定、且所述实际操舵转矩比所述目标操舵转矩大了给定值以上的情况下，将所述操舵转矩差视作0。

另外，根据本发明的第4技术方案，在由所述操舵角检测单元检测出的方向盘的操舵角较之于给定的末端判定角度更靠打轮侧的情况下，所述转向终点判定单元判定为该方向盘位于旋转末端附近。

另外，根据本发明的第5技术方案，在由所述实际操舵转矩检测单元检测出的实际操舵转矩大于给定的末端判定操舵转矩的情况下，所述转向终点判定单元判定为该方向盘位于旋转末端附近。

发明效果

根据本发明，例如，在转向终点时实际操舵转矩大于目标操舵转矩的情况下，将操舵转矩差设定为0，使之不产生方向盘的回轮方向的旋转。由此，操舵转矩差不再以正负值交替地变动，而且操舵转矩差自身也会衰减，会抑制对驾驶者造成不协调感或不适感的方向盘的振动。

附图说明

图1是实施方式所涉及的电动动力转向装置的概略构成图。

图2是表示实施方式所涉及的EPS-ECU的概略构成的框图。

图3是表示实施方式所涉及的操舵转矩差计算部的概略构成的框图。

图4是实施方式所涉及的打轮时基础值映射。

图5是实施方式所涉及的车速增益映射。

图6是表示实施方式所涉及的操舵转矩差设定处理的过程的流程图。

图7是表示实施方式所涉及的转向终点时的目标操舵转矩和实际操舵转矩在时间上的变化的曲线图。

图8是表示部分变形例所涉及的操舵转矩差计算部的概略构成的框图。

图9是表示部分变形例所涉及的操舵转矩差设定处理的过程的流程图。

图10是表示极低速下的转弯行驶时的操舵角θ与对中转矩Tc的关系的曲线图。

图11是表示现有装置中的转向终点时的目标操舵转矩和实际操舵转矩在时间上的变化的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明将本发明应用于轿车用电动动力转向装置的实施方式和其部分变形例。

[实施方式]

《实施方式的构成》

<电动动力转向装置>

如图1所示，电动动力转向装置1具备齿条-齿轮机构，该齿条及齿轮机构具有：经由转向轴3与方向盘2连结的齿轮(pinion)4、以及与齿轮4啮合且在车宽方向上往复运动的齿条(rack)5。齿条5的两端经由拉杆6与左右前轮7侧的关节臂(knuckle arm)8连结，左右前轮7对应于驾驶者所执行的方向盘2的旋转操作而转舵。在齿条5同轴地安装有由马达和齿轮等构成的操舵辅助机构9，通过该操舵辅助机构9所产生的辅助转矩来减轻驾驶者的操舵力。

在转向轴3，不仅将对方向盘2的操舵角进行检测的操舵角传感器11设于上部，而且将对操舵转矩进行检测的操舵转矩传感器12设于齿轮4的附近。另外，在车体的适当之处，设有：检测车速的车速传感器13、以及检测车体的实际横摆角速度(yaw rate)的横摆角速度传感器14。另外，在操舵辅助机构9，设有检测马达旋转角的解析器(resolver)15。

这些各传感器11～15的输出信号被输入至转向控制装置(EPS-ECU)21。EPS-ECU21综合控制电动动力转向装置1，由微型计算机、ROM、RAM、外围电路、输入输出接口、各种驱动器等构成，并基于上述的输出信号决定目标控制量(目标电流)，且输出至操舵辅助机构9的驱动电路22。驱动电路22由FET桥等构成，基于由EPS-ECU21决定的目标控制量来对操舵辅助机构9供应电力，由此控制从操舵辅助机构9对齿条5赋予的辅助转矩进行。

<EPS-ECU>

如图2所示，EPS-ECU21内置有：往返判定部31、角速度计算部32、辅助转矩设定部33、减震(damper)补偿部34、操舵反力设定部35、以及目标电流设定部36。

往返判定部31基于操舵角传感器11以及操舵转矩传感器12的输出信号来判定操舵方向是去往(远离中立位置的方向)还是回正(返回中立位置的方向)，并将其判定结果输出至辅助转矩设定部33。另外，角速度计算部32基于解析器15的输出信号来计算操舵辅助机构9的角速度，并将角速度信号输出至减震补偿部34。减震补偿部34基于操舵角传感器11或横摆角速度传感器14、角速度计算部32的输出信号来设定操舵辅助机构9的衰减校正值，并将其输出至辅助转矩设定部33。

辅助转矩设定部33由后述的操舵转矩差计算部40等构成，基于由操舵转矩差计算部40计算出的操舵转矩差Dts或来自车速传感器13、横摆角速度传感器14、减震补偿部34等的输入信号来设定辅助转矩目标值Tat，并将其输出至目标电流设定部36。

操舵反力设定部35除了操舵角传感器11或操舵转矩传感器12、车速传感器13、横摆角速度传感器14的输出信号以外，还基于角速度计算部32的输出信号来设定操舵反力目标值力Trt，并将其输出至目标电流设定部36。

目标电流设定部36基于从辅助转矩设定部33输入的辅助转矩目标值Tat、以及从操舵反力设定部35输入的操舵反力目标值力Trt来设定目标电流It，并将其输出至驱动电路22。

<操舵转矩差计算部>

如图3所示，操舵转矩差计算部40由操舵区域判定部41、目标操舵转矩基础值设定部42、车速增益设定部43、第1乘法器44、第2乘法器45、加法器46、转向终点判定部47、以及操舵转矩差决定部48构成。

操舵区域判定部41基于操舵转矩传感器12的输出信号来判定操舵区域(方向盘2相对于中立位置位于左右哪一边)，在位于右的情况下，将右打轮标志Fdrc设为1，在位于左的情况下，将右打轮标志Fdrc设为0。目标操舵转矩基础值设定部42如图4的基础值映射所示，基于从操舵角传感器11输入的操舵角θ来设定目标操舵转矩基础值Ttb。车速增益设定部43如图5的车速增益映射所示，基于从车速传感器13输入的车速V来设定车速增益Gv。第1乘法器44通过车速增益Gv来校正目标操舵转矩基础值Ttb。第2乘法器45基于操舵区域判定部41的判定结果来决定目标操舵转矩基础值Ttb的符号，并输出目标操舵转矩Tt。

加法器46从目标操舵转矩Ttgt中减去实际操舵转矩Tr(操舵转矩传感器12的检测值)，并输出操舵转矩差基础值Dtsb。转向终点判定部47判定方向盘2是否位于旋转末端(转向终点)附近，并输出转向终点标志Fse(1或者0)。操舵转矩差决定部48基于操舵转矩差基础值Dtsb和转向终点标志Fse，来决定以及输出操舵转矩差Dts。

《实施方式的作用》

若汽车开始行驶，则EPS-ECU21以给定的处理间隔(例如，10ms)来反复执行操舵辅助控制。若开始操舵辅助控制，则EPS-ECU21通过由辅助转矩设定部33对后述的操舵转矩差Dts进行减震补偿等来设定辅助转矩目标值Tat，另一方面，由操舵反力设定部35来设定操舵反力转矩Trt。接下来，EPS-ECU21在目标电流设定部36中基于辅助转矩目标值Tat以及操舵反力转矩Trt来设定目标电流It并输出至驱动电路22。由此，辅助力从操舵辅助机构9被赋予给齿条5，将减轻驾驶者的操舵负担。

<操舵转矩差的设定>

EPS-ECU21与上述的操舵辅助控制并行地，执行图6的流程图中表示其过程的操舵转矩差设定处理。

若开始操舵转矩差设定处理，则EPS-ECU21在步骤S1中基于当前的操舵角θ来设定目标操舵转矩基础值Ttb，并在步骤S2中基于当前的车速V设定了车速增益Gv后，在步骤S3中使用车速增益Gv来校正目标操舵转矩基础值Ttb。

接下来，EPS-ECU21在步骤S4中判定方向盘2的位置是否相对于中立位置位于右，若该判定为“是”，则在步骤S5中将目标操舵转矩基础值Ttb直接设定为目标操舵转矩Tt，若为“否”，则在步骤S6中将使目标操舵转矩基础值Ttb的符号成为负后的值设定为目标操舵转矩Tt。接下来，EPS-ECU21在步骤S7中通过从目标操舵转矩Tt中减去实际操舵转矩Tr来计算以及输出操舵转矩差基础值Dtsb。

接下来，EPS-ECU21在步骤S8中判定转向终点标志Fse是否为1，若该判定为“否”(即，若转向终点标志Fse为0)，则在步骤S9中将操舵转矩差基础值Dtsb直接作为操舵转矩差Dts并结束处理。

在转向终点标志Fse为1、且步骤S8的判定变为了“是”的情况下，EPS-ECU21在步骤S10中判定右打轮标志Fdrc是否为1，若该判定为“是”，则在步骤S11中进一步判定操舵转矩差基础值Dtsb是否为正值。而且，若步骤S11的判定为“是”，则EPS-ECU21在步骤S12中将操舵转矩差基础值Dtsb直接作为操舵转矩差Dts，若为“否”，则EPS-ECU21在步骤S13中将操舵转矩差Dts设为0并结束处理。

由此，在右打轮的转向终点时，如图7所示，仅产生正的操舵转矩差Dts(以交叉阴影线表示)，不会产生负的操舵转矩差。其结果，不仅不会产生方向盘2的回轮方向的旋转，而且正的操舵转矩差Dts也急速地衰减，从而有效地防止现有装置中成问题的方向盘2的振动。

另一方面，在右打轮标志Fdrc为0、且步骤S10的判定变为了“否”的情况下，EPS-ECU21在步骤S14中进一步判定操舵转矩差基础值Dtsb是否为负值。而且，若步骤S14的判定为“是”，则EPS-ECU21在步骤S12中将操舵转矩差基础值Dtsb直接作为操舵转矩差Dts，若为“否”，则EPS-ECU21在步骤S16中将操舵转矩差Dts设为0并结束处理。

由此，在左打轮的转向终点时，仅产生负的操舵转矩差Dts，不会产生正的操舵转矩差。其结果，不仅不会产生方向盘2的回轮方向的旋转，而且负的操舵转矩差Dts也急速地衰减，从而与右打轮时同样地，有效地防止方向盘2的振动。

<转向终点判定>

在本实施方式的情况下，转向终点判定部47基于从操舵角传感器11输入的操舵角θ，来判定当前的操舵位置是否处于转向终点。即，转向终点判定部47存储有从方向盘2的中立位置起至转向终点为止的角度(例如，900°：方向盘2旋转2.5的角度)，在操舵角θ变为了相对于该角度施加了给定的余量(例如±5°)后的值的情况下，判定为处于转向终点并将转向终点标志Fse设为1。

另外，转向终点判定部47也能不使用操舵角θ而基于实际操舵转矩Tr来判定是否处于转向终点。即，转向终点判定部47将达到了转向终点的情况下的操舵转矩(因到尽头而变得比通常操舵时大的值)存储为转向终点转矩Tse，在实际操舵转矩Tr达到了转向终点转矩Tse的情况下，判定为处于转向终点并将转向终点标志Fse设为1。

[部分变形例]

尽管部分变形例在其整体构成上也与上述的实施方式大致相同，但在实际操舵转矩在打轮方向上比目标操舵转矩大的情况下，不进行转向终点的判定而将操舵转矩差设为0这一点上不同。

《部分变形例的构成》

如图8所示，部分变形例的操舵转矩差计算部40由操舵区域判定部41、目标操舵转矩基础值设定部42、车速增益设定部43、第1乘法器44、第2乘法器45、加法器46、以及操舵转矩差决定部48构成，并未具备实施方式那样的转向终点判定部。

《部分变形例的作用》

尽管在部分变形例中，也进行与实施方式同样的操舵辅助控制，但如下述那样操舵转矩差的设定过程不同。

<操舵转矩差的设定>

EPS-ECU21与前述的操舵辅助控制并行地，执行图9的流程图中表示其过程的操舵转矩差设定处理。

若开始操舵转矩差设定处理，则EPS-ECU21在步骤S21中基于当前的操舵角θ来设定目标操舵转矩基础值Ttb，并在步骤S22中基于当前的车速V设定了车速增益Gv后，在步骤S23中使用车速增益Gv来校正目标操舵转矩基础值Ttb。

接下来，EPS-ECU21在步骤S24中判定方向盘2的位置是否相对于中立位置而位于右，若该判定为“是”，则在步骤S25中将目标操舵转矩基础值Ttb直接设定为目标操舵转矩Tt，若为“否”，则在步骤S26中将使目标操舵转矩基础值Ttb的符号为负后的值设定为目标操舵转矩Tt。接下来，EPS-ECU21在步骤S27中通过从目标操舵转矩Tt中减去实际操舵转矩Tr来计算/输出操舵转矩差基础值Dtsb。

接下来，EPS-ECU21在步骤S28中判定右打轮标志Fdrc是否为1，若该判定为“是”，则在步骤S29中进一步判定操舵转矩差基础值Dtsb是否为正值。而且，若步骤S29的判定为“是”，则EPS-ECU21在步骤S30中将操舵转矩差基础值Dtsb直接作为操舵转矩差Dts，若为“否”，则EPS-ECU21在步骤S31中将操舵转矩差Dts设为0并结束处理。

由此，在方向盘2右打轮的情况下，不会产生负的操舵转矩差Dts(即，不会产生方向盘2的回轮方向的旋转)，从而与实施方式同样地防止方向盘2的振动。

另一方面，在右打轮标志Fdrc为0、且步骤S28的判定变为了“否”的情况下，EPS-ECU21在步骤S32中进一步判定操舵转矩差基础值Dtsb是否为负值。而且，若步骤S32的判定为“是”，则EPS-ECU21在步骤S33中将操舵转矩差基础值Dtsb直接作为操舵转矩差Dts，若为“否”，则在步骤S34中将操舵转矩差Dts设为0并结束处理。

由此，在左打轮的转向终点时，不会产生正的操舵转矩差Dts(即，不会产生方向盘2的回轮方向的旋转)，从而与实施方式同样地防止方向盘2的振动。

尽管以上为具体实施方式以及部分变形例的说明，但本发明的形态不限于它们。例如，尽管上述实施方式将本发明应用于把无刷马达用作了操舵辅助机构的辅助马达的EPS，并由角速度检测部基于解析器的输出信号来检测辅助马达的角速度，但本发明当然也能应用于把有刷马达用作辅助马达的EPS，在此情况下，通过对操舵角传感器的检测值进行时间微分来检测辅助马达的角速度即可。另外，尽管在上述实施方式和部分变形例中，在打轮方向上实际操舵转矩比目标操舵转矩大时(右打轮的情况下，操舵转矩差为负时)将操舵转矩差视作0，但也可以在打轮方向上实际操舵转矩比目标操舵转矩大了一定程度时(即，大了给定值以上时)将操舵转矩差视作0，进而，可以将此情况下的给定值设定为包含负值在内的任意的值。另外，关于电动动力转向装置或EPS-ECU的具体的构成或控制的具体的过程等，还能在不脱离本发明的主旨的范围内进行适当变更。

符号说明

1    电动动力转向装置

2    方向盘

5    齿条

7    左右前轮

9    操舵辅助机构(操舵辅助马达)

11   操舵角传感器(操舵角检测单元)

12   操舵转矩传感器(实际操舵转矩检测单元)

21   转向控制装置

21   EPS-ECU

33   辅助转矩设定部

40   操舵转矩差计算部(操舵转矩差计算单元)

41   操舵区域判定部

47   转向终点判定部(转向终点判定单元)

48   操舵转矩差决定部

Claims (5)

1.一种电动动力转向装置，具备：

电动式的操舵辅助马达，其对操舵机构赋予辅助力；

操舵角检测单元，其检测方向盘的操舵角；

目标操舵转矩设定单元，其基于所述操舵角检测单元的检测结果，来设定方向盘的目标操舵转矩；

实际操舵转矩检测单元，其检测从驾驶者施加给方向盘的实际操舵转矩；

操舵转矩差计算单元，其计算所述目标操舵转矩与所述实际操舵转矩之差作为操舵转矩差；

目标驱动电流设定单元，其基于所述操舵转矩差来设定目标驱动电流；以及

马达驱动控制单元，其以所述目标驱动电流来对所述操舵辅助马达进行驱动控制，

所述电动动力转向装置的特征在于，

在所述实际操舵转矩在打轮方向上比所述目标操舵转矩大了给定值以上的情况下，将所述操舵转矩差视作0。

2.根据权利要求1所述的电动动力转向装置，其特征在于，

将所述给定值设为0。

3.根据权利要求1或2所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述电动动力转向装置还具备转向终点判定单元，该转向终点判定单元判定所述方向盘是否位于旋转末端附近，

仅在所述转向终点判定单元的判定结果为肯定、且所述实际操舵转矩比所述目标操舵转矩大了给定值以上的情况下，将所述操舵转矩差视作0。

4.根据权利要求3所述的电动动力转向装置，其特征在于，

在由所述操舵角检测单元检测出的方向盘的操舵角较之于给定的末端判定角度更靠打轮侧的情况下，所述转向终点判定单元判定为该方向盘位于旋转末端附近。

5.根据权利要求3所述的电动动力转向装置，其特征在于，

在由所述实际操舵转矩检测单元检测出的实际操舵转矩大于给定的末端判定操舵转矩的情况下，所述转向终点判定单元判定为该方向盘位于旋转末端附近。