CN105517877A - 电动助力转向装置的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动助力转向装置的控制装置。该电动助力转向装置的控制装置在路缘石碰撞等冲击发生的时候，即使产生了来自外部的大的输入(外力)，也不会给平常的时候的转向带来影响，并且，可以适度地抑制仅在冲击发生的时候传给驾驶员的冲击传达。本发明的电动助力转向装置的控制装置基于从基于发生在转向轴上的转向扭矩运算出的电流指令值1和向转向机构施加转向辅助力的电动机的电流检测值运算出的电流指令值2，对电动机进行控制。该电动助力转向装置的控制装置具备SAT估计单元和反馈单元，其中，该SAT估计单元输入电动机角速度、电动机角加速度、电流指令值1和转向扭矩，进行自对准扭矩(SAT)的估计或基于传感器的测定；该反馈单元对SAT估计值进行处理并输出SAT补偿值。反馈单元由BPF、死区单元、转向扭矩感应增益单元和车速感应增益单元构成，将从反馈单元输出的SAT补偿值和电流指令值1相加后作为电流指令值2。

Description

电动助力转向装置的控制装置
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向装置的控制装置，其将电动机产生的转向辅助力赋予给汽车或车辆的转向系统。本发明尤其涉及一种电动助力转向装置的控制装置。该电动助力转向装置的控制装置适度地抑制在路缘石碰撞等冲击发生的时候从转向盘传给驾驶员的冲击的传达，并提高转向感觉。
背景技术
利用电动机的旋转力对汽车或车辆的转向装置施加转向辅助力的电动助力转向装置，将电动机的驱动力经由减速装置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。为了准确产生辅助扭矩(转向辅助扭矩)，现有的电动助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外加电压，以便使电流指令值与电动机电流检测值之间的差变小，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(Duty)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上设有用于检测转向盘1的转向扭矩Tr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Tr和由车速传感器12检测出的车速Vel，进行成为辅助(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(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)等处获得。
在这样的电动助力转向装置中，例如日本特开平8-290778号公报(专利文献1)所公开的那样，现有技术通过控制单元100内的鲁棒稳定化补偿单元来同时设计系统的稳定性和路面信息及干扰信息的灵敏度特性。但是，在这样的现有的控制装置中，因为转向中立点附近的转向时的反力较小，由于摩擦的影响，所以很难把路面信息正确地传递给驾驶员。另外，在现有的电动助力转向装置中，很难把转向角与转向力之间的迟滞特性设定为与液压式助力转向系统相同的特性。
作为解决这样的问题的装置，例如有本申请人的日本专利第4715212号公报(专利文献2)所公开的电动助力转向装置的控制装置。
在专利文献2所公开的控制装置中，如图2所示，通过电动机驱动单元21来驱动辅助用的电动机20，通过用两点虚线表示的控制单元100来控制电动机驱动单元21，来自扭矩传感器的转向扭矩Tr和来自车速传感器的车速Vel被输入到控制单元100。电动机端子间电压Vm和电动机电流值i被测定，各个测定值被输入到控制单元100。
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Tr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、自对准扭矩(SAT)估计单元117和反馈单元118来构成，还具备加法单元116A、116B和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和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Tr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和SAT估计单元117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和SAT估计单元117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Tr运算出辅助扭矩量。横摆率收敛性控制单元113输入转向扭矩Tr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估计单元117输入转向扭矩Tr、作为辅助量运算单元111的输出与微分控制单元112的输出在加法单元116A相加后得到的信号的电流指令值Iref1、由电动机角速度运算单元123运算出的电动机角速度ω和来自电动机角加速度运算单元124的电动机角加速度*ω，估计SAT。反馈单元118对估计出的SAT估计值*SAT进行信号处理后，将其作为SAT补偿值*SATc输出。通过将SAT补偿值*SATc与来自鲁棒稳定化补偿单元114的电流指令值Iref3相加并补偿，以便将合适的路面信息作为反力赋予给转向盘。
另外，作为，作为辅助量运算单元111的输出与微分控制单元112的输出相加后得到的加法结果的电流指令值Iref1，与横摆率收敛性控制单元113的输出，在加法单元116B相加后得到的加法结果的电流指令值Iref2，被输入到鲁棒稳定化补偿单元114中。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，其将被包含在检测扭矩中的，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。通过作为鲁棒稳定化补偿单元114的输出的电流指令值Iref3与来自反馈单元118的SAT补偿值*SATc在加法单元116C中相加，可得到电流指令值Iref4，该电流指令值Iref4能够将路面信息作为反力传递给转向盘。
还有，电动机角速度运算单元123基于电动机端子间电压Vm和电动机电流值i运算出电动机角速度ω，运算出的电动机角速度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和SAT估计单元117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运算出电动机角加速度*ω，运算出的电动机角加速度*ω被输入到电动机特性补偿单元125中。电流指令值Iref4与电动机特性补偿单元125的输出Ic在加法单元126A相加后得到的加法结果被作为电流指令值Iref5输入到由比例微分补偿单元等构成的补偿单元121中。在补偿单元121中对电流指令值Iref5进行补偿后得到的电流指令值Iref6与干扰估计单元122的输出在加法单元126B相加后得到的加法结果被作为电流指令值Iref7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为日本特开平8-310417号公报所公开的装置，其基于电流指令值Iref7和电动机电流检测值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。
另外，SAT估计单元117输入转向扭矩Tr、电动机角速度ω、电动机角加速度*ω和电流指令值Iref1(辅助量运算结果)，通过公知的方法来估计SAT。反馈单元118对SAT估计值*SAT进行处理后将其作为SAT补偿值*SATc，SAT补偿值*SATc被输入到加法单元116C中。反馈单元118例如具有图3所示的结构。如图3所示，反馈单元118由输入SAT估计值*SAT并输出高频成分的车速感应型的高通滤波器118-1和与增益G相乘的车速感应型的增益单元118-2构成。
此外，在图3中，J表示惯性，Fr表示摩擦(静摩擦)，Tm表示辅助扭矩。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-290778号公报
专利文献2：日本专利第4715212号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在专利文献2的装置中，通过使作为反力估计值的SAT估计值*SAT通过高通滤波器118-1来抽出不想传递给驾驶员的反力成分，并将其与电流指令值相加以便进行补偿。因此，可以消除不想传递给驾驶员的反力成分。因为如果直接与SAT估计值*SAT相加的话，不能良好地减少，所以与增益G相乘后进行相加。
就这样，在专利文献2的装置中，通过估计SAT，经过反馈单元，与车速感应增益相乘后作为补偿值，来积极消除想抑制的干扰。然而，尽管在路缘石碰撞时、在中砾石路(栗石路)上行驶时等情况下，存在不想传递给驾驶员的不舒服的冲击，但在专利文献2的装置中，对此没有实施对策。因此，在因冲击发生而产生了大的SAT的情况下，SAT被直接传达给驾驶员，可能会损害转向感觉。
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电动助力转向装置的控制装置，其在路缘石碰撞等冲击发生的时候，即使产生了来自外部的大的输入(外力)，也不会给平常的时候的转向带来影响，并且，可以适度地抑制仅在冲击发生的时候传给驾驶员的冲击传达。
解决技术问题的手段
本发明涉及一种电动助力转向装置的控制装置，其基于从基于发生在转向轴上的转向扭矩运算出的电流指令值1和向转向机构施加转向辅助力的电动机的电流检测值运算出的电流指令值2，对所述电动机进行控制，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具备SAT估计单元和反馈单元，所述SAT估计单元输入电动机角速度、电动机角加速度、所述电流指令值1和所述转向扭矩，进行自对准扭矩(SAT)的估计或基于传感器的测定；所述反馈单元对所述SAT估计值进行处理并输出SAT补偿值，所述反馈单元由BPF、死区单元、转向扭矩感应增益单元和车速感应增益单元构成，将从所述反馈单元输出的所述SAT补偿值和所述电流指令值1相加后作为所述电流指令值2。
本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地实现，即：所述死区单元具有带有偏移的阈值的特性；或，所述转向扭矩感应增益单元的增益，当所述转向扭矩小于规定的扭矩1的时候，为一定值1；当所述转向扭矩等于或大于所述规定的扭矩1的时候，逐渐地下降到一定值2(＜所述一定值1)；当所述转向扭矩等于或大于规定的扭矩2(＞所述规定的扭矩1)的时候，为所述一定值2；或，所述车速感应增益单元的增益，当所述车速小于规定的速度的时候，为一定值；当所述车速等于或大于所述规定的速度的时候，逐渐地下降；或，在所述反馈单元的最后一级设有限制器，所述SAT补偿值的上下限值被限制。
发明的效果
在本发明的电动助力转向装置的控制装置中，设有进行自对准扭矩(SAT)的估计或基于传感器的测定的SAT估计单元，并且，通过使由该SAT估计单元估计出的SAT估计值(包括SAT测定值)通过由抽出想补偿的频率带的BPF、具有带有偏移的阈值(オフセット付きの閾値)的特性的死区单元、转向扭矩感应增益单元和车速感应增益单元构成的反馈单元来求出SAT补偿值，然后，将求出的SAT补偿值与电流指令值相加以便进行补偿。因此，在路缘石碰撞等冲击发生的时候，即使产生了来自外部的大的输入(外力)，也不会给平常的时候的转向带来影响，并且，可以适度地抑制仅在冲击发生的时候传给驾驶员的冲击传达(衝撃伝達)。
还有，在本发明中，通过将限制器设置在反馈单元的最后一级(最終段)，所以可以适度地限制SAT补偿值的上下限值。
附图说明
图1是表示一般的电动助力转向装置的结构例的结构图。
图2是表示控制单元(ECU)的结构例的结构框图。
图3是表示反馈单元的结构例的结构框图。
图4是表示本发明的实施方式的一个示例的结构框图。
图5是表示死区单元的特性的一个示例的特性图。
图6是表示在本发明中使用的转向扭矩感应增益的一个示例的特性图。
图7是表示在本发明中使用的车速感应增益的一个示例的特性图。
图8是用于说明本发明的效果的特性图。
具体实施方式
在本发明中，通过在SAT估计值的反馈路径(反馈单元)中插入具有带有偏移的阈值的死区，以便缓和仅在路缘石碰撞时、在中砾石路上行驶时等冲击发生的时候发生的，不想传递给驾驶员的不舒服的冲击。因为在路缘石碰撞等冲击发生的时候会产生来自外部的大的外力(SAT)，所以通过根据该外力(SAT)的大小来进行补偿，不会给平常的时候的转向带来影响，并且，可以适度地抑制仅在冲击发生的时候传给驾驶员的冲击传达。
另外，在本发明中，针对由用于进行SAT的估计(或基于传感器的测定)的SAT估计单元估计出的SAT估计值，仅抽出想补偿的频率带，以便有效地进行控制。关于频率带的抽出，使用带通滤波器(BPF)或低通滤波器(LPF)和高通滤波器(HPF)的组合。
下面，参照与图3相对应的图4来说明本发明的实施方式。
如图4所示，本发明的SAT估计单元117的结构与现有的SAT估计单元的结构相同，SAT估计单元117输出SAT估计值*SAT，尽管在反馈单元对SAT估计值*SAT进行处理，但本发明的反馈单元的结构与现有的反馈单元的结构(图3)不同。
即，本发明的反馈单元，如图4所示，由带通滤波器(BPF)150、死区单元151、转向扭矩感应增益单元152、车速感应增益单元153和限制器154构成，其中，BPF150从SAT估计值*SAT抽出想补偿的频率带；死区单元151具有由带有偏移的阈值的特性构成的死区(可以调谐(チューニング可能))；转向扭矩感应增益单元152与随着转向扭矩Th而变化的增益Tg相乘；车速感应增益单元153与随着车速Vel而变化的增益Vg相乘；限制器154限制被输出的SAT补偿值SATr的上下限值。
BPF150抽出想补偿的频率带的频率成分(例如，1～20Hz)并将其输出，由二次滤波器(2次フィルタ)、四次滤波器(4次フィルタ)等构成。例如，BPF150是这样一种BPF，即，由一次低通滤波器(一次LPF)和一次高通滤波器(一次HPF)的组合来构成的BPF。为了除去高频的噪声成分，将一次LPF的截止频率设为20Hz；为了提高驾驶员的转向感觉，将一次HPF的截止频率设为1Hz。
尽管死区单元151具有如图5所示的死区(阈值)±a，但可以任意设定死区，正的阈值和负的阈值也可以为不同的值，也可以任意设定表示增益的特性NS的倾斜。在从BPF150输出的SAT估计值SAT1为某个范围内(在图5中为±a)的情况下，死区单元151认为冲击小所以输出“0”。另一方面，在SAT估计值SAT1为该某个范围外的情况下，死区单元151认为发生了冲击所以输出一个沿死区设定值0方向移动了偏移的值，也就是说，死区单元151输出用于补偿电流的SAT估计值SAT2。通过设置这样的死区，可以极力抑制路缘石碰撞等冲击给转向感觉带来的影响。
如图6所示，转向扭矩感应增益单元152具有这样一种增益特性，即，当转向扭矩Th小于规定的值1(在图6的示例中为1.0Nm)的时候，转向扭矩感应增益单元152的增益为一定增益Tg＝1.0；当转向扭矩Th变成等于或大于该规定的值1的时候，转向扭矩感应增益单元152的增益随着转向扭矩Th的增加而线性地下降；当转向扭矩Th变成规定的值2(在图6的示例中为2.0Nm)的时候，转向扭矩感应增益单元152的增益成为一定增益(例如，Tg＝0.4)。还有，转向扭矩感应增益单元152将增益Tg与SAT估计值SAT2相乘，并输出SAT估计值SAT3(＝Tg·SAT2)。在图6的示例中，尽管增益Tg在规定的值1至规定的值2的范围内线性地下降，增益Tg也可以在规定的值1至规定的值2的范围内非线性地下降。
另外，如图7所示，车速感应增益单元153具有这样一种增益特性，即，当车速Vel小于规定的值(在图7的示例中为40km/h)的时候，车速感应增益单元153的增益为一定增益Vg＝1.0；当车速Vel变成等于或大于该规定的值的时候，车速感应增益单元153的增益随着车速Vel的增加而线性地下降；当车速Vel为规定的车速(在图7的示例中为80km/h)的时候，车速感应增益单元153的增益成为增益＝0。还有，车速感应增益单元153将增益Vg与SAT估计值SAT3相乘，并输出SAT估计值SATg(＝Vg·SAT3)。在图7的示例中，尽管增益Vg在等于或大于规定的值的范围内线性地下降，增益Vg也可以在等于或大于规定的值的范围内非线性地下降。
在这样的结构中，与前述相同，SAT估计单元117输入转向扭矩Tr、电动机角速度ω、电动机角加速度*ω和电流指令值(在加法单元116A得到的加法结果)，估计SAT。该被估计出的SAT估计值*SAT被输入到反馈单元118，在反馈单元118中被进行处理。在反馈单元118中被进行处理后得到的SAT补偿值SATr与电流指令值(Iref3)相加并被补偿。
在反馈单元118中，首先，SAT估计值*SAT被输入到用于抽出想补偿的频率带的带通滤波器(BPF)150中，然后，被抽出的频率带的SAT值SAT1被输入到具有规定的死区的死区单元151。通过通过死区单元151，在SAT估计值SAT1为某个范围内(在图5的示例中为±a)的情况下，死区单元151认为冲击小所以输出“0”，另一方面，在SAT估计值SAT1为该某个范围外的情况下，死区单元151认为发生了冲击所以输出用于补偿电流的SAT估计值SAT2。
转向扭矩感应增益单元152将与转向扭矩Tr对应的增益Tg与SAT估计值SAT2相乘；车速感应增益单元153将与车速Vel对应的增益Vg与作为在转向扭矩感应增益单元152得到的乘法结果的SAT估计值SAT3相乘，然后，输出作为在车速感应增益单元153得到的乘法结果的SAT补偿值SATg。
SAT补偿值SATg在限制器154中被限制了上下限值后，被作为SAT补偿值SATr输出，然后，与电流指令值(Iref3)相加后成为新的电流指令值(Iref4)。因此，可以适度地抑制来自路面的冲击发生时给转向感觉带来的影响。
图8是表示本发明的效果的特性图，其表示了在添加了干扰扭矩的情况下的转向扭矩的时间响应。从图8可以看出，通过本发明的控制，抑制了转向扭矩的发生。
此外，尽管在上述的实施方式中，通过BPF来抽出想补偿的频率带，在本发明中，也可以使用LPF和HPF的组合来抽出想补偿的频率带。还有，尽管在上述的实施方式中，将BPF配置在死区单元的前级，在本发明中，也可以将BPF或LPF和HPF的组合配置在死区单元的后级。另外，在本发明中，也可以将LPF或HPF配置在死区单元的前级，并且，将HPF或LPF配置在死区单元的后级。还有，尽管在上述的实施方式中，通过SAT估计单元117来估计出SAT，在本发明中，也可以通过基于传感器的测定来求出SAT。
附图标记说明
1转向盘(方向盘)
3减速齿轮
10扭矩传感器
12车速传感器
20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
111辅助量运算单元
112微分控制单元
113横摆率收敛性控制单元
114鲁棒稳定化补偿单元
117SAT估计单元
118反馈单元
120电动机系统控制单元
121补偿单元
122干扰估计单元
123电动机角速度运算单元
124电动机角加速度运算单元
125电动机特性补偿单元
150带通滤波器(BPF)
151死区单元
152转向扭矩感应增益单元(Tg)
153车速感应增益单元(Vg)
154限制器

Claims (5)

1.一种电动助力转向装置的控制装置，其基于从基于发生在转向轴上的转向扭矩运算出的电流指令值1和向转向机构施加转向辅助力的电动机的电流检测值运算出的电流指令值2，对所述电动机进行控制，其特征在于：
具备SAT估计单元和反馈单元，
所述SAT估计单元输入电动机角速度、电动机角加速度、所述电流指令值1和所述转向扭矩，进行自对准扭矩(SAT)的估计或基于传感器的测定；
所述反馈单元对所述SAT估计值进行处理并输出SAT补偿值，
所述反馈单元由BPF、死区单元、转向扭矩感应增益单元和车速感应增益单元构成，
将从所述反馈单元输出的所述SAT补偿值和所述电流指令值1相加后作为所述电流指令值2。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：所述死区单元具有带有偏移的阈值的特性。
3.根据权利要求1或者2所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：所述转向扭矩感应增益单元的增益，当所述转向扭矩小于规定的扭矩1的时候，为一定值1；当所述转向扭矩等于或大于所述规定的扭矩1的时候，逐渐地下降到一定值2(＜所述一定值1)；当所述转向扭矩等于或大于规定的扭矩2(＞所述规定的扭矩1)的时候，为所述一定值2。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：所述车速感应增益单元的增益，当所述车速小于规定的速度的时候，为一定值；当所述车速等于或大于所述规定的速度的时候，逐渐地下降。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的电动助力转向装置的控制装置，其特征在于：在所述反馈单元的最后一级设有限制器，所述SAT补偿值的上下限值被限制。
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