CN104684792B - 电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动助力转向装置。该电动助力转向装置以来自扭矩传感器的转向扭矩来检知出驾驶员在自动转向模式中转动了转向盘，以与发生扭矩的大小对应的容量(积分值)来切换到手动转向模式，所以不会给驾驶员带来一种不协调的感觉。所述电动助力转向装置具备转向角控制单元、扭矩积分判定单元及切换单元。该转向角控制单元计算出第二电动机电流指令值；该扭矩积分判定单元通过对转向扭矩进行积分并与阈值比较来输出转向扭矩判定信号；该切换单元输入第一电动机电流指令值和第二电动机电流指令值，并根据切换信号或转向扭矩判定信号来切换。所述扭矩积分判定单元具备扭矩值比较单元、扭矩感应式或电动机状态信息增益单元、积分运算单元及切换判定单元。根据自动转向模式和手动转向模式的切换指令或转向扭矩判定信号所述切换单元被切换。

Description

电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向装置，其具有自动转向模式(停车辅助模式)功能和手动转向模式功能，将电动机产生的辅助扭矩赋予车辆的转向系统。本发明尤其涉及一种电动助力转向装置。该电动助力转向装置改善了从自动转向模式到手动转向模式的切换判定的性能。
背景技术
利用电动机的旋转力对车辆的转向机构施加转向辅助力(辅助扭矩)的电动助力转向装置(EPS)，将电动机的驱动力经减速机由齿轮或皮带等传送机构，向转向轴或齿条轴施加转向辅助力。为了准确产生转向辅助力的扭矩，现有的电动助力转向装置(EPS)进行电动机电流的反馈控制。反馈控制调整电动机外加电压，以便使转向辅助指令值(电流指令值)与电动机电流检测值的差变小，电动机外加电压的调整通常用调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比指令值来进行。
如图1所示，对电动助力转向装置的一般结构进行说明。转向盘(方向盘)1的柱轴(转向轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿臂机构5、转向横拉杆6a和6b，再通过轮毂单元7a和7b，与转向车轮8L和8R连接。另外，在柱轴2上设有检测转向盘1的转向扭矩的扭矩传感器10，对转向盘1的转向力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2连接。电池13对控制电动助力转向装置的控制单元(ECU)100进行供电，同时，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元100。控制单元100基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vel，进行辅助(转向辅助)指令的转向辅助指令值的运算，通过对转向辅助指令值实施补偿等得到的电流控制值E，控制供给电动机20的电流。此外，车速Vel也能够从CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)等处获得。
在这样的电动助力转向装置中，控制单元100具有如日本特开2002-369565号公报所公开的结构。
如图2所示，产生转向装置的辅助转向力的电动机20由电动机驱动单元21驱动，电动机驱动单元21由用两点虚线表示的控制单元100控制，来自扭矩传感器10的转向扭矩Th和来自车速检测系统的车速Vel被输入到控制单元100。在电动机20中，电动机端子间电压Vm和电动机电流值i被测定然后被输出。
控制单元100具备用虚线表示的扭矩系统控制单元110和用一点虚线表示的电动机系统控制单元120，其中，扭矩系统控制单元110利用转向扭矩Th进行控制；电动机系统控制单元120进行与电动机20的驱动相关的控制。扭矩系统控制单元110由辅助量运算单元111、微分控制单元112、横摆率收敛性控制单元113、鲁棒稳定化补偿单元114及自对准扭矩(SAT)估计反馈单元115来构成，还具备加法单元116A和116B、减法单元116C。另外，电动机系统控制单元120由补偿单元121、干扰估计单元122、电动机角速度运算单元123、电动机角加速度运算单元124及电动机特性补偿单元125来构成，还具备加法单元126A和126B。
转向扭矩Th被输入到辅助量运算单元111、微分控制单元112、横摆率收敛性控制单元113及SAT估计反馈单元115中，辅助量运算单元111、微分控制单元112、横摆率收敛性控制单元113及SAT估计反馈单元115都将车速Vel作为参数输入。辅助量运算单元111基于转向扭矩Th计算辅助扭矩量。横摆率收敛性控制单元113输入转向扭矩Th和电动机角速度ω，为了改善车辆横摆的收敛性，对转向盘的摆动动作进行制动。另外，微分控制单元112提高转向的中立点附近的控制的响应度，并实现平滑、流畅的转向。SAT估计反馈单元115输入转向扭矩Th、辅助量运算单元111的输出与微分控制单元112的输出在加法单元116A相加后得到的信号、电动机角速度运算单元123运算出的电动机角速度ω及来自电动机角加速度运算单元124的角加速度α，估计SAT，利用反馈滤波器对估计出的SAT进行信号处理，然后将合适的路面信息作为反力赋予给转向盘。
另外，辅助量运算单元111的输出与微分控制单元112的输出在加法单元116A相加后得到的信号，与横摆率收敛性控制单元113的输出在加法单元116B相加后得到的信号，作为辅助量AQ被输入到鲁棒稳定化补偿单元114。鲁棒稳定化补偿单元114例如为日本特开平8-290778号公报所公开的补偿单元，其将被包含在扭矩检测值中的，由惯性要素和弹性要素构成的共振系统的共振频率中的峰值除去，并对阻碍控制系统的响应度和稳定性的共振频率的相位偏移进行补偿。通过减法单元116C从鲁棒稳定化补偿单元114的输出中减去SAT估计反馈单元115的输出，可得到辅助量Ia，该辅助量Ia能够将路面信息作为反力传递给转向盘。
而且，电动机角速度运算单元123基于电动机端子间电压Vm和电动机电流i计算电动机角速度ω，电动机角速度ω被输入到电动机角加速度运算单元124、横摆率收敛性控制单元113及SAT估计反馈单元115中。电动机角加速度运算单元124基于被输入进来的电动机角速度ω计算电动机角加速度α，计算出的电动机角加速度α被输入到电动机特性补偿单元125和SAT估计反馈单元115中。从鲁棒稳定化补偿单元114的输出中减去SAT估计反馈单元115的输出得到的辅助量Ia与电动机特性补偿单元125的输出Ic在加法单元126A相加后得到的加法信号作为电流指令值Ir被输入到由微分补偿单元等构成的补偿单元121中。经补偿单元121补偿后的电流指令值Ira与干扰估计单元122的输出在加法单元126B相加后得到的信号被输入到电动机驱动单元21和干扰估计单元122中。干扰估计单元122如日本特开平8-310417号公报所公开的装置，其基于作为电动机输出的控制目标并经补偿单元121补偿后的电流指令值Ira与干扰估计单元122的输出相加后得到的信号和电动机电流i，能够既维持控制系统的输出基准中所希望的电动机控制特性，又不失去控制系统的稳定性。
在这样的电动助力转向装置中，近年出现了具有停车辅助功能(parkingassist)，切换自动转向模式和手动转向模式的车辆。在这样的装备了停车辅助功能的车辆中，基于来自摄相机(图像)、距离传感器等的数据设定目标转向角，进行追随目标转向角的自动控制。
在具有现有周知的自动转向模式(停车辅助模式)功能和手动转向模式功能的电动助力转向装置中，通过基于预先存储好的车辆的移动距离和转舵角(転舵角)的关系控制传动器(电动机)，来自动进行倒车停车和纵队停车。
然后，当驾驶员在自动转向模式中操纵了转向盘时，在被判断基于驾驶员的转向盘操作产生的转向扭矩超过了预先设定的规定的值的情况下，现有的装置中止自动转向控制。但是，如果仅通过将扭矩传感器的输出与规定的值进行比较来进行判断的话，由于扭矩传感器的杂音，或者由于例如在轮胎踏到了小石子的时候或在进行基于电动机的自动转向的时候发生的转向盘的惯性扭矩，扭矩传感器的输出有时会暂时超过规定的值，每当扭矩传感器的输出暂时超过规定的值时，会发生自动转向控制被中止的问题。为了回避这样的不利，如果将规定的值设定得偏高的话，就会不但造成自动转向模式和手动转向模式互相干涉，给驾驶员带来一种不协调的感觉，而且也有可能即使当驾驶员在自动转向控制中操纵了转向盘，自动转向控制变得不会被立即中止。
作为解决这样的问题的自动转向装置，例如有日本专利第3845188号公报(专利文献1)所公开的装置。专利文献1所公开的车辆的自动转向装置具备移动轨迹设定手段、传动器(电动机)、转向扭矩检测手段(扭矩传感器)及传动器控制手段，其中，移动轨迹设定手段存储或计算出到目标位置的车辆的移动轨迹；传动器(电动机)让车轮转向；转向扭矩检测手段(扭矩传感器)检测出驾驶员施加在转向盘上的转向扭矩；传动器控制手段基于移动轨迹设定手段设定的移动轨迹对传动器的驱动进行控制，并且，在持续规定的时间以上检测出大于或等于预先设定的规定的值的转向扭矩时，中止基于移动轨迹的传动器的控制。另外，专利文献1的车辆的自动转向装置设定复数种类的规定的值，针对各个规定的值变更规定的时间。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3845188号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，在专利文献1所公开的装置中，如果经过了与驾驶员的转向扭矩对应的规定的时间的话，自动转向控制会被中止。而且，存在设定复数种类的规定的值并针对各个规定的值变更规定的时间的麻烦和运算负荷大的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的在于提供一种高性能电动助力转向装置，其在具有自动转向模式功能和手动转向模式功能的车辆中，以来自扭矩传感器的转向扭矩来检知出驾驶员在自动转向模式中转动了转向盘，当与发生扭矩(発生トルク)的大小对应的容量(积分值)变得大于或等于规定的值时切换到手动转向模式，尤其在转向扭矩或电动机状态信息(电动机角速度(旋转速度)、电动机角加速度或者电动机离心加速度)大的时候迅速切换到手动转向模式，所以不会给驾驶员带来一种不协调的感觉。
解决技术问题的手段
本发明涉及一种电动助力转向装置，其基于转向扭矩和车速计算第一电动机电流指令值，基于所述第一电动机电流指令值驱动电动机对转向系统进行辅助控制，并具有切换自动转向模式和手动转向模式的功能，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具备转向角控制单元、扭矩积分判定单元及切换单元，所述转向角控制单元计算出第二电动机电流指令值以便使实际转向角靠近目标转向角；所述扭矩积分判定单元通过对所述转向扭矩进行积分并与规定的阈值比较来输出转向扭矩判定信号；所述切换单元输入所述第一电动机电流指令值和所述第二电动机电流指令值，根据切换信号或所述转向扭矩判定信号被切换，所述扭矩积分判定单元具备扭矩值比较单元、扭矩感应式增益单元、积分运算单元及切换判定单元，所述扭矩值比较单元将所述转向扭矩的绝对值与扭矩阈值进行比较，输出规定的信号；所述扭矩感应式增益单元输入所述规定的信号，输出与所述转向扭矩对应的积分输入值；所述积分运算单元对来自所述扭矩感应式增益单元的所述积分输入值进行积分；所述切换判定单元将来自所述积分运算单元的积分值与积分阈值进行比较，输出所述转向扭矩判定信号，根据所述自动转向模式和所述手动转向模式的切换指令或所述转向扭矩判定信号所述切换单元被切换。
另外，本发明涉及一种电动助力转向装置，其基于转向扭矩和车速计算第一电动机电流指令值，基于所述第一电动机电流指令值驱动电动机对转向系统进行辅助控制，并具有切换自动转向模式和手动转向模式的功能，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具备转向角控制单元、扭矩积分判定单元及切换单元，所述转向角控制单元计算出第二电动机电流指令值以便使实际转向角靠近目标转向角；所述扭矩积分判定单元通过对所述转向扭矩进行积分并与规定的阈值比较来输出转向扭矩判定信号；所述切换单元输入所述第一电动机电流指令值和所述第二电动机电流指令值，根据切换信号或所述转向扭矩判定信号被切换，所述扭矩积分判定单元具备扭矩值比较单元、电动机状态信息感应式增益单元、积分运算单元及切换判定单元，所述扭矩值比较单元将所述转向扭矩的绝对值与扭矩阈值进行比较，输出规定的信号；所述电动机状态信息感应式增益单元输入所述规定的信号，输出与电动机状态信息(电动机角速度、电动机角加速度或者电动机离心加速度)对应的积分输入值；所述积分运算单元对来自所述电动机状态信息感应式增益单元的所述积分输入值进行积分；所述切换判定单元将来自所述积分运算单元的积分值与积分阈值进行比较，输出所述转向扭矩判定信号，根据所述自动转向模式和所述手动转向模式的切换指令或所述转向扭矩判定信号所述切换单元被切换。
通过所述电动机状态信息感应式增益单元为电动机角速度感应式增益单元、电动机角加速度感应式增益单元或电动机离心加速度感应式增益单元也可以实现本发明的上述目的。
发明的效果
根据本发明的电动助力转向装置，在具有自动转向模式(停车辅助模式)和手动转向模式的车辆中，因为当转向扭矩变得大于或等于规定的扭矩阈值时对转向扭矩进行积分，并且，随着转向扭矩或电动机状态信息(电动机角速度、电动机角加速度或者电动机离心加速度)变大以大的增益进行积分，然后通过将积分值的大小与规定的积分阈值进行比较来进行模式的切换控制，所以转向扭矩越大的话，然后电动机状态信息越大的话，可以短缩切换判定所需要的时间。
因为不是根据时间的经过而是以转向扭矩的积分值来进行切换控制的判断，所以尤其在自动转向模式中切换到手动转向模式时，也不会给驾驶员带来一种不协调的感觉。
另外，因为没有必要有多个转向扭矩的阈值和多个判定时间的设定值，所以具有结构简单并可减轻运算负荷的优点。
附图说明
图1是表示电动助力转向装置的概要的结构图。
图2是表示现有的电动助力转向装置的控制系统的结构例的结构框图。
图3是表示本发明的结构例(第一实施例)的结构框图。
图4是表示扭矩积分判定单元的结构例的结构框图。
图5是表示转向扭矩感应式增益单元的特性例(线性、非线性)的图。
图6是表示本发明的动作例(第一实施例)的流程图。
图7是表示扭矩积分判定单元的动作例的流程图。
图8是表示转向扭矩和积分的动作例的时序图。
图9是用来说明本发明的效果的特性图。
图10是表示本发明的结构例(第二实施例)的结构框图。
图11是表示扭矩积分判定单元的结构例的结构框图。
图12是表示电动机角速度感应式增益单元的特性例(线性、非线性)的图。
图13是表示本发明的动作例(第三实施例)的流程图。
图14是表示扭矩积分判定单元的结构例的结构框图。
图15是表示电动机角加速度感应式增益单元的特性例(线性、非线性)的图。
图16是表示本发明的动作例(第四实施例)的流程图。
图17是表示扭矩积分判定单元的结构例的结构框图。
图18是表示电动机离心加速度感应式增益单元的特性例(线性、非线性)的图。
具体实施方式
在本发明中，在具有自动转向模式功能和手动转向模式功能的车辆的电动助力转向装置中，因为以来自扭矩传感器的转向扭矩来检知出驾驶员在自动转向模式中转动了转向盘，并且当与发生扭矩的大小对应的容量(积分值)变得大于或等于规定的值时切换到手动转向模式，所以无论在任何情况下都不会给驾驶员带来一种不协调的感觉。
因为不是根据时间的经过而是以转向扭矩的积分值来进行模式切换控制的判断，所以无论在任何情况下都不会给驾驶员带来一种不协调的感觉。另外，在本发明中，转向扭矩越大的话，然后电动机状态信息(电动机角速度、电动机角加速度或者电动机离心加速度)越大的话，不但可以短缩切换判定所需要的时间，而且可以实施确实的模式切换控制。
下面，参照各图来详细说明本发明的实施方式。
图3表示本发明的结构例。如图3所示，用于检测电动机旋转角θs的旋转传感器(如分解器等)151被连接到电动机150，经过车辆侧ECU130和EPS(电动助力转向装置)侧ECU140驱动控制电动机150。
车辆侧ECU130具备切换指令单元131和目标转向角生成单元132，其中，切换指令单元131基于表示驾驶员的意思的按钮、开关等输出自动转向模式或手动转向模式的切换指令SW；目标转向角生成单元132基于来自摄相机(图像)、距离传感器等的信号生成目标转向角θt。另外，由被设置在柱轴上的转向角传感器152检测出的实际转向角θr和来自车速传感器153的车速Vel经过车辆侧ECU130被输入到EPS侧ECU140内的转向角控制单元200中。由转向角传感器152检测出的实际转向角θr也可是基于柱轴(也包括中间轴、齿轮轴)、齿轮齿条(ラックアンドピニオン)的齿条的位移、车轮速度等的转向角估计值。还有，车速Vel也能够从CAN等处获得。
切换指令单元131基于识别进入自动转向模式的信号，例如基于被设置在仪表板或转向盘周围的表示驾驶员的意思的按钮或开关，或基于被设置在变速杆上的基于停车模式等的车辆状态信号，输出切换指令SW。然后，切换指令SW被输入到EPS侧ECU140内的切换单元142中。另外，目标转向角生成单元132基于来自摄相机(图像)、距离传感器等的数据用公知的方法生成目标转向角θt，被生成了的目标转向角θt被输入到EPS侧ECU140内的转向角控制单元200中。
EPS侧ECU140具备扭矩控制单元141、转向角控制单元200、切换单元142、电流控制/驱动单元143、电动机角速度运算单元144及扭矩积分判定单元300，其中，扭矩控制单元141输出基于来自扭矩传感器154的转向扭矩Th和电动机角速度ω计算出的电动机电流指令值Itref；转向角控制单元200基于目标转向角θt、实际转向角θr、车速Vel、转向扭矩Th及电动机角速度ω计算用于转向角自动控制的电动机电流指令值Imref并输出；切换单元142根据来自切换指令单元131的切换指令SW或转向扭矩判定信号TD来切换电动机电流指令值Itref和电动机电流指令值Imref并输出电动机电流指令值Iref；电流控制/驱动单元143基于来自切换单元142的电动机电流指令值Iref(Itref或Imref)驱动控制电动机150；电动机角速度运算单元144基于来自旋转传感器151的电动机旋转角θs计算电动机角速度ω；扭矩积分判定单元300基于转向扭矩Th输出转向扭矩判定信号TD。
切换单元142根据来自车辆侧ECU130内的切换指令单元131的切换指令SW或来自扭矩积分判定单元300的转向扭矩判定信号TD来切换基于扭矩控制单元141的扭矩控制模式(手动转向模式)和基于转向角控制单元200的自动转向模式，在手动转向模式时，输出作为电动机电流指令值Iref的电动机电流指令值Itref，在自动转向模式时，输出作为电动机电流指令值Iref的电动机电流指令值Imref。另外，电流控制/驱动单元143由PI电流控制单元、PWM控制单元、逆变器等构成。
扭矩积分判定单元300具有图4所示的结构。如图4所示，扭矩积分判定单元300具备LPF(低通滤波器)301、绝对值单元302、扭矩值比较单元303、限制器304、扭矩感应式增益单元305、积分运算单元306及切换判定单元307，其中，LPF301用于除去转向扭矩Th的杂音；绝对值单元302求出被从LPF301输出的转向扭矩Tha的绝对值；扭矩值比较单元303将转向扭矩Tha的绝对值与规定的扭矩阈值Tth进行比较，输出输出信号Ct或过去值初始化信号Pi；限制器304限制输出信号Ct的上下限值，以便不输入过大的信号；扭矩感应式增益单元305输入来自限制器304的限制器输出值Cta，与感应转向扭矩Th的绝对值|Tha|的增益相乘，输出积分输入值Ctb；积分运算单元306对积分输入值Ctb进行积分；切换判定单元307将在积分运算单元306被积分的积分输出值Iout与规定的积分阈值Sth进行比较，输出转向扭矩判定信号TD。
在轮胎碰到侧石和路牙石等的情况下，当转向扭矩Th因转向盘的惯性扭矩暂时超过规定的值的时候，或，当转向扭矩Th没有达到规定的值的时候，为了回避自动转向控制切换了或自动转向控制变得很难切换，设置除去转向扭矩Th的杂音的LPF301。扭矩值比较单元303将转向扭矩Tha的绝对值|Tha|与扭矩阈值Tth进行比较，当绝对值|Tha|大于或等于扭矩阈值Tth时，实施积分动作，当绝对值|Tha|小于扭矩阈值Tth时，对积分值进行初始化使其为零。即，扭矩值比较单元303进行下述动作。
(表1)
当|Tha|≧Tth时，输出信号Ct＝|Tha|
当|Tha|<Tth时，输出信号Ct＝0，输出过去值初始化信号Pi
当过去值初始化信号Pi被从扭矩值比较单元303输出时，积分运算单元306内的过去值保持单元(Z-1)被初始化为零。另外，扭矩感应式增益单元305由可变增益单元305-1和乘法单元305-2构成，其中，可变增益单元305-1随着转向扭矩Th的绝对值|Tha|变大，使增益K上升到1.0以上；乘法单元305-2将来自可变增益单元305-1的增益K与限制器输出值相乘，输出积分输入值Ctb。例如，可变增益单元305-1具有图5(A)所示的线性变化特性、图5(B)所示的非线性变化特性。通过可变增益单元305-1具有这样的特性，转向扭矩Th(绝对值|Tha|)越大的话，积分的效果也就越大。切换判定单元307将积分输出值Iout与积分阈值Sth进行比较，当积分输出值Iout大于或等于积分阈值Sth时切换条件成立，从自动转向模式切换到手动转向模式；当积分输出值Iout小于积分阈值Sth时切换条件不成立，继续自动转向模式。即，切换判定单元307进行下述动作。
(表2)
当Iout≧Sth时，切换条件成立
当Iout<Sth时，切换条件不成立
通过设置绝对值单元302，可以仅用值的大小来判定。因此，可以通过用单一的扭矩阈值Tth比较大小来判定。还有，作为结构，也可以将绝对值单元302和扭矩值比较单元303组合起来，通过扭矩值比较单元303的内部处理来判定绝对值。在设定扭矩阈值Tth为正负复数个的情况下，不需要绝对值单元，也可以在进行积分运算之后，求出绝对值。
在这样的构成中，参照图6的流程图来说明本发明的全体的动作例。
当转向系统的动作开始时，实施基于扭矩控制单元141的扭矩控制(手动转向模式)(步骤S1)，电流控制/驱动单元143基于电动机电流指令值Itref来驱动电动机150(步骤S2)。重复上述动作直至切换指令SW被从切换指令单元131输出(步骤S3)。
当变成自动转向模式，切换指令SW被从切换指令单元131输出时，目标转向角θt被从目标转向角生成单元132输入到转向角控制单元200(步骤S4)，实际转向角θr被从转向角传感器152输入到转向角控制单元200(步骤S5)，转向扭矩Th被从扭矩传感器154输入到转向角控制单元200(步骤S6)，车速Vel被从车速传感器153输入到转向角控制单元200(步骤S7)，电动机角速度ω被从电动机角速度运算单元144输入到转向角控制单元200(步骤S8)，转向角控制单元200生成电动机电流指令值Imref(步骤S100)。还有，目标转向角θt、实际转向角θr、转向扭矩Th及电动机角速度ω的输入的顺序为任意。
然后，基于来自切换指令单元131的切换指令SW，切换单元142被切换到自动转向模式(步骤S10)，电流控制/驱动单元143基于来自转向角控制单元200的电动机电流指令值Imref来驱动电动机150(步骤S11)。
在这样的自动转向模式中，扭矩积分判定单元300对转向扭矩Th实施扭矩积分动作(步骤S200)，判定被积分后的扭矩积分值(积分输出值Iout)是否变得大于或等于规定的阈值(步骤S200A)。在扭矩积分值大于或等于阈值的情况下，转向扭矩判定信号TD被从扭矩积分判定单元300输出，切换单元142被切换，返回上述步骤S1，变成手动转向模式。在扭矩积分值小于阈值的情况下，返回上述步骤S3，重复上述动作(自动转向模式)。
接下来，参照图7的流程图来详细说明扭矩积分判定单元300的动作(图6中的步骤S200和步骤S200A)。
读取已经被输入(步骤S6)的转向扭矩Th(步骤S201)，由LPF301进行杂音除去(步骤S202)，绝对值单元302求出来自LPF301的转向扭矩Tha的绝对值|Tha|(步骤S203)。扭矩阈值Tth被事先输入到扭矩值比较单元303，扭矩值比较单元303判定绝对值|Tha|是否大于或等于扭矩阈值Tth(步骤S204)，当绝对值|Tha|大于或等于扭矩阈值Tth时，把绝对值|Tha|当作输出信号Ct，输出信号Ct在限制器304被限制了最大值，扭矩感应式增益单元305根据转向扭矩Th的绝对值|Tha|将增益(K)与限制器输出值Cta相乘(步骤S205)。即，限制器输出值Cta被输入到可变增益单元305-1和乘法单元305-2中，可变增益单元305-1根据绝对值|Tha|基于例如图5(A)或图5(B)所示的特性来输出增益K(1.0以上)。增益K在乘法单元305-2与限制器输出值Cta相乘，乘法单元305-2的乘法结果被作为积分输入值Ctb输出。
在扭矩感应式增益单元305限制器输出值Cta与增益相乘后得到的积分输入值Ctb被输入到积分运算单元306，积分运算单元306对积分输入值Ctb进行积分动作(步骤S206)。还有，当绝对值|Tha|小于扭矩阈值Tth时，使输出信号Ct为零，不进行积分动作，并且，输出过去值初始化信号Pi，对积分运算单元306进行初始化(步骤S207)。通过重置积分运算单元306内的过去值保持单元(Z-1)为零来进行初始化。
来自积分运算单元306的积分输出值Iout被输入到切换判定单元307，切换判定单元307判定积分输出值Iout是否大于或等于积分阈值Sth(步骤S208)。当积分输出值Iout大于或等于积分阈值Sth时，切换条件成立(步骤S210)，基于转向扭矩判定信号TD切换切换单元142(步骤S211)，从自动转向模式切换到手动转向模式(步骤S212)。还有，当积分输出值Iout小于积分阈值Sth时，切换条件不成立，不进行切换(步骤S213)。
图8用积分动作的关连来表示针对扭矩阈值Tth的转向扭矩Th(Tha)的时间变化例(实线表示特性A，虚线表示特性B)。首先说明特性A。从开始到时刻t1，由于转向扭矩Th小于扭矩阈值Tth，所以不进行积分。从时刻t1到时刻t2，尽管由于转向扭矩Th大于或等于扭矩阈值Tth所以进行积分，但由于积分值小于积分阈值Sth，所以切换条件不成立。然后，从时刻t2到时刻t3，由于转向扭矩Th小于扭矩阈值Tth所以不进行积分，时刻t3以后，由于转向扭矩Th大于或等于扭矩阈值Tth所以进行积分。在时刻t4，积分值变得大于或等于规定的值(积分阈值Sth)，表示切换条件成立的样子。也就是说，尽管图8的斜线部分变成积分领域(面积)，表示在时刻t2积分值小于积分阈值Sth，切换条件不成立，在时刻t4积分值变得大于或等于积分阈值Sth，切换条件成立的例子。
在本发明中插入了具有随着转向扭矩Th(绝对值|Tha|)变大积分输入值Ctb也变大的特性的扭矩感应式增益单元305。因此，对于图8的实线特性A来说，在转向扭矩Th大的领域，像虚线特性B那样，转向扭矩被强调而变大，由此积分值也全面变大，达到积分阈值Sth的时间变短。例如在时刻t4积分值变成积分阈值Sth的特性，会在比时刻t4早的时刻t40达到积分阈值Sth，切换条件成立，针对大的转向扭矩Th发挥更大的效果。
图9表示转向扭矩Th的转向模式#1～#3和判定时间D1～D3的关系，扭矩阈值Tth被赋予。然后，对于转向模式#1～#3来说，转向扭矩Th达到扭矩阈值Tth的定时都是相同的，在转向扭矩Th达到扭矩阈值Tth之后转向扭矩Th都变得大于扭矩阈值Tth，一达到扭矩阈值Tth就开始进行积分运算。从图9可知，转向扭矩Th越大的话，判定时间越短。这是因为转向扭矩Th越大的话，积分的变化率变大，早早到达积分阈值Sth。
另外，当切换单元142进行转向模式的切换时，也可以利用渐变增益(フェードゲイン)逐渐地变化。还有，尽管在上述说明中，转向扭矩Th的绝对值|Tha|被输入到扭矩感应式增益单元305中，也可以用转向扭矩Th的输入来改变增益。
图10表示本发明的结构例(第二实施例)，与图3对应。如图10所示，除了扭矩积分判定单元300A之外，图10的第二实施例和图3的第一实施例完全相同。扭矩积分判定单元300A基于转向扭矩Th和作为电动机状态信息的电动机角速度(旋转速度)ω输出转向扭矩判定信号TD。
扭矩积分判定单元300A具有图11所示的结构。如图11所示，尽管扭矩积分判定单元300A的结构和上述图4的结构大致相同，扭矩感应式增益单元305变成感应电动机角速度ω的电动机角速度感应式增益单元305A。电动机角速度感应式增益单元305A由可变增益单元305-1A和乘法单元305-2A构成，其中，可变增益单元305-1A随着电动机角速度ω变大，使增益K上升到1.0以上；乘法单元305-2A将来自可变增益单元305-1A的增益K与限制器输出值相乘，输出积分输入值Ctb。例如，可变增益单元305-1A具有图12(A)所示的线性变化特性、图12(B)所示的非线性变化特性。通过可变增益单元305-1A具有这样的特性，电动机角速度ω越大的话，积分的效果也就越大。切换判定单元307与第一实施例同样，将积分输出值Iout与积分阈值Sth进行比较，当积分输出值Iout大于或等于积分阈值Sth时切换条件成立，从自动转向模式切换到手动转向模式；当积分输出值Iout小于积分阈值Sth时切换条件不成立，继续自动转向模式。
在这样的构成中，尽管第二实施例的动作和第一实施例的动作相同，只有扭矩积分判定单元300A内的电动机角速度感应式增益单元305A的动作不同。即，电动机角速度感应式增益单元305A根据电动机角速度ω将增益(K)与限制器输出值Cta相乘。限制器输出值Cta被输入到可变增益单元305-1A和乘法单元305-2A中，可变增益单元305-1A根据电动机角速度ω基于例如图12(A)或图12(B)所示的特性来输出增益K(1.0以上)。增益K在乘法单元305-2A与限制器输出值Cta相乘，乘法单元305-2A的乘法结果被作为积分输入值Ctb输出。因此，可以缩短电动机角速度ω大的时候，也就是说电动机的高速旋转时的判定时间。
图13表示本发明的结构例(第三实施例)，与图3对应。如图13所示，除了扭矩积分判定单元300B和电动机角加速度运算单元145之外，图13的第三实施例和图3的第一实施例完全相同。扭矩积分判定单元300B基于转向扭矩Th和作为电动机状态信息的电动机角加速度α输出转向扭矩判定信号TD。
扭矩积分判定单元300B具有图14所示的结构。如图14所示，尽管扭矩积分判定单元300B的结构和上述图11的结构大致相同，电动机角速度感应式增益单元305A变成感应电动机角加速度α的电动机角加速度感应式增益单元305B。电动机角加速度感应式增益单元305B由可变增益单元305-1B和乘法单元305-2B构成，其中，可变增益单元305-1B随着来自电动机角加速度运算单元145的电动机角加速度α变大，使增益K上升到1.0以上；乘法单元305-2B将来自可变增益单元305-1B的增益K与限制器输出值相乘，输出积分输入值Ctb。例如，可变增益单元305-1B具有图15(A)所示的线性变化特性、图15(B)所示的非线性变化特性。通过可变增益单元305-1B具有这样的特性，电动机角加速度α越大的话，积分的效果也就越大。切换判定单元307与第一实施例和第二实施例同样，将积分输出值Iout与积分阈值Sth进行比较，当积分输出值Iout大于或等于积分阈值Sth时切换条件成立，从自动转向模式切换到手动转向模式；当积分输出值Iout小于积分阈值Sth时切换条件不成立，继续自动转向模式。
在这样的构成中，尽管第三实施例的动作和第一实施例及第二实施例的动作相同，只有由电动机角加速度运算单元145进行的电动机角加速度α的运算和扭矩积分判定单元300B内的电动机角加速度感应式增益单元305B的动作不同。即，电动机角加速度运算单元145基于电动机角速度ω计算电动机角加速度α并将其输入到电动机角加速度感应式增益单元305B中。还有，电动机角加速度感应式增益单元305B根据电动机角加速度α将增益(K)与限制器输出值Cta相乘。限制器输出值Cta被输入到可变增益单元305-1B和乘法单元305-2B中，可变增益单元305-1B根据电动机角加速度α基于例如图15(A)或图15(B)所示的特性来输出增益K(1.0以上)。增益K在乘法单元305-2B与限制器输出值Cta相乘，乘法单元305-2B的乘法结果被作为积分输入值Ctb输出。因此，可以缩短电动机角加速度α大的时候，也就是说电动机的高速旋转时的判定时间。
图16表示本发明的结构例(第四实施例)，与图3对应。如图16所示，除了扭矩积分判定单元300C和电动机离心加速度运算单元146之外，图16的第四实施例和图3的第一实施例完全相同。扭矩积分判定单元300C基于转向扭矩Th和作为电动机状态信息的电动机离心加速度ω2输出转向扭矩判定信号TD。
扭矩积分判定单元300C具有图17所示的结构。如图17所示，尽管扭矩积分判定单元300C的结构和上述图11及图14的结构大致相同，扭矩积分判定单元300C具备感应电动机离心加速度ω2的电动机离心加速度感应式增益单元305C。电动机离心加速度感应式增益单元305C由可变增益单元305-1C和乘法单元305-2C构成，其中，可变增益单元305-1C随着来自电动机离心加速度运算单元146的电动机离心加速度ω2变大，使增益K上升到1.0以上；乘法单元305-2C将来自可变增益单元305-1C的增益K与限制器输出值相乘，输出积分输入值Ctb。例如，可变增益单元305-1C具有图18(A)所示的线性变化特性、图18(B)所示的非线性变化特性。通过可变增益单元305-1C具有这样的特性，电动机离心加速度ω2越大的话，积分的效果也就越大。切换判定单元307与第一实施例～第三实施例同样，将积分输出值Iout与积分阈值Sth进行比较，当积分输出值Iout大于或等于积分阈值Sth时切换条件成立，从自动转向模式切换到手动转向模式；当积分输出值Iout小于积分阈值Sth时切换条件不成立，继续自动转向模式。
在这样的构成中，尽管第四实施例的动作和第一实施例～第三实施例的动作相同，只有由电动机离心加速度运算单元146进行的电动机离心加速度ω2的运算和扭矩积分判定单元300C内的电动机离心加速度感应式增益单元305C的动作不同。即，电动机离心加速度运算单元146基于电动机角速度ω计算电动机离心加速度ω2并将其输入到电动机离心加速度感应式增益单元305C中。还有，电动机离心加速度感应式增益单元305C根据电动机离心加速度ω2将增益(K)与限制器输出值Cta相乘。限制器输出值Cta被输入到可变增益单元305-1C和乘法单元305-2C中，可变增益单元305-1C根据电动机离心加速度ω2基于例如图18(A)或图18(B)所示的特性来输出增益K(1.0以上)。增益K在乘法单元305-2C与限制器输出值Cta相乘，乘法单元305-2C的乘法结果被作为积分输入值Ctb输出。因此，可以缩短电动机离心加速度ω2大的时候，也就是说电动机的高速旋转时的判定时间。
另外，当切换单元142进行转向模式的切换时，也可以利用渐变增益逐渐地变化。
附图标记说明
1 转向盘(方向盘)
2 柱轴(转向轴)
10、154 扭矩传感器
12、153 车速传感器
13 电池
20、150 电动机
21 电动机驱动单元
100 控制单元(ECU)
110 扭矩系统控制单元
120 电动机系统控制单元
151 旋转传感器
152 转向角传感器
130 车辆侧ECU
131 切换指令单元
132 目标转向角生成单元
140 EPS侧ECU
141 扭矩控制单元
142 切换单元
143 电流控制/驱动单元
144 电动机角速度运算单元
145 电动机角加速度运算单元
146 电动机离心加速度运算单元
300 扭矩积分判定单元
303 扭矩值比较单元
305 扭矩感应式增益单元
306 积分运算单元
307 切换判定单元

Claims (10)

1.一种电动助力转向装置，其基于转向扭矩和车速计算第一电动机电流指令值，基于所述第一电动机电流指令值驱动电动机对转向系统进行辅助控制，并具有切换自动转向模式和手动转向模式的功能，其特征在于：
具备转向角控制单元、扭矩积分判定单元及切换单元，
所述转向角控制单元计算出第二电动机电流指令值以便使实际转向角靠近目标转向角；
所述扭矩积分判定单元通过对所述转向扭矩进行积分并与规定的阈值比较来输出转向扭矩判定信号；
所述切换单元输入所述第一电动机电流指令值和所述第二电动机电流指令值，根据切换信号或所述转向扭矩判定信号被切换，
所述扭矩积分判定单元具备扭矩值比较单元、扭矩感应式增益单元、积分运算单元及切换判定单元，
所述扭矩值比较单元将所述转向扭矩的绝对值与扭矩阈值进行比较，输出规定的信号；
所述扭矩感应式增益单元输入所述规定的信号，输出与所述转向扭矩对应的积分输入值；
所述积分运算单元对来自所述扭矩感应式增益单元的所述积分输入值进行积分；
所述切换判定单元将来自所述积分运算单元的积分值与积分阈值进行比较，输出所述转向扭矩判定信号，
根据所述自动转向模式和所述手动转向模式的切换指令或所述转向扭矩判定信号所述切换单元被切换，
所述扭矩值比较单元具备在所述绝对值大于或等于所述扭矩阈值时输出所述绝对值，在所述绝对值小于所述扭矩阈值时使输出为零并输出对所述积分运算单元进行初始化的过去值初始化信号的功能，
所述扭矩感应式增益单元随着所述转向扭矩变大输出线性或非线性地变大的所述积分输入值，
所述切换判定单元具备在所述积分值大于或等于所述积分阈值时输出所述转向扭矩判定信号，在所述积分值小于所述积分阈值时不输出所述转向扭矩判定信号的功能，
在所述自动转向模式中，当所述绝对值大于或等于所述扭矩阈值，并且所述积分值变成大于或等于所述积分阈值时，根据所述转向扭矩判定信号切换所述切换单元到所述手动转向模式。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述扭矩积分判定单元在所述扭矩值比较单元的前段具备低通滤波器。
3.一种电动助力转向装置，其基于转向扭矩和车速计算第一电动机电流指令值，基于所述第一电动机电流指令值驱动电动机对转向系统进行辅助控制，并具有切换自动转向模式和手动转向模式的功能，其特征在于：
具备转向角控制单元、扭矩积分判定单元及切换单元，
所述转向角控制单元计算出第二电动机电流指令值以便使实际转向角靠近目标转向角；
所述扭矩积分判定单元通过对所述转向扭矩进行积分并与规定的阈值比较来输出转向扭矩判定信号；
所述切换单元输入所述第一电动机电流指令值和所述第二电动机电流指令值，根据切换信号或所述转向扭矩判定信号被切换，
所述扭矩积分判定单元具备扭矩值比较单元、电动机状态信息感应式增益单元、积分运算单元及切换判定单元，
所述扭矩值比较单元将所述转向扭矩的绝对值与扭矩阈值进行比较，输出规定的信号；
所述电动机状态信息感应式增益单元输入所述规定的信号，输出与电动机状态信息对应的积分输入值；
所述积分运算单元对来自所述电动机状态信息感应式增益单元的所述积分输入值进行积分；
所述切换判定单元将来自所述积分运算单元的积分值与积分阈值进行比较，输出所述转向扭矩判定信号，
根据所述自动转向模式和所述手动转向模式的切换指令或所述转向扭矩判定信号所述切换单元被切换，
所述扭矩值比较单元具备在所述绝对值大于或等于所述扭矩阈值时输出所述绝对值，在所述绝对值小于所述扭矩阈值时使输出为零并输出对所述积分运算单元进行初始化的过去值初始化信号的功能，
所述电动机状态信息感应式增益单元随着所述电动机状态信息变大输出线性或非线性地变大的所述积分输入值，
所述切换判定单元具备在所述积分值大于或等于所述积分阈值时输出所述转向扭矩判定信号，在所述积分值小于所述积分阈值时不输出所述转向扭矩判定信号的功能，
在所述自动转向模式中，当所述绝对值大于或等于所述扭矩阈值，并且所述积分值变成大于或等于所述积分阈值时，根据所述转向扭矩判定信号切换所述切换单元到所述手动转向模式。
4.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述电动机状态信息为电动机角速度，所述电动机状态信息感应式增益单元为电动机角速度感应式增益单元。
5.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述电动机状态信息为电动机角加速度，所述电动机状态信息感应式增益单元为电动机角加速度感应式增益单元。
6.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述电动机状态信息为电动机离心加速度，所述电动机状态信息感应式增益单元为电动机离心加速度感应式增益单元。
7.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述扭矩积分判定单元在所述扭矩值比较单元的前段具备低通滤波器。
8.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述扭矩积分判定单元在所述扭矩值比较单元的前段具备低通滤波器。
9.根据权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述扭矩积分判定单元在所述扭矩值比较单元的前段具备低通滤波器。
10.根据权利要求6所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述扭矩积分判定单元在所述扭矩值比较单元的前段具备低通滤波器。
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