CN105980239A - 电动动力转向装置 - Google Patents

Abstract

一种为了实现能够使方向盘流畅地向中立位置回正的回正控制而根据基于检测转向转矩的转矩传感器(12)的检测结果运算出的辅助指令值来驱动电动马达(10)的电动动力转向装置，该电动动力转向装置具备：基本回正指令值运算部(20)，其基于方向盘的转向角来运算使方向盘向中立位置回正的方向的基本回正指令值；回正指令值运算部(24)，其使用第一校正增益校正基本回正指令值，来运算回正指令值；以及反向回正指令值运算部(41)，其基于电动马达(10)的角加速度来运算使方向盘不向中立位置回正的方向的反向回正指令值，其中，基于回正指令值和反向回正指令值来运算校正回正指令值，将校正回正指令值与辅助指令值相加来驱动电动马达(10)。

Description

电动动力转向装置

技术领域

本发明涉及一种电动动力转向装置。

背景技术

作为以往的电动动力转向装置，存在一种利用转向辅助用的电动马达来进行方向盘的回正控制的装置。

JP2007-320383A公开了以下电动动力转向装置：在同时满足转向转矩为能够判断为松开方向盘的状态的小的转矩阈值以下的条件和转矩变化率为规定的转矩变化率阈值以下的条件这两个条件时执行方向盘回正控制，由此不会给没有流畅地进行方向盘回正的驾驶员带来不自然感。

发明内容

在进行方向盘的回正控制的电动动力转向装置中，在车辆行驶时从使方向盘偏转后的状态将转向转矩释放的情况下，利用想要恢复为直行状态的自校准转矩和回正控制下的想要恢复的力使作为扭杆的上方侧的方向盘向中立位置回正的速度变快。由此，方向盘由于其惯性而超越作为扭杆的下侧的车轮侧，扭杆向与刚刚释放转向转矩之后相反的方向扭转。

在方向盘向中立位置回正的过程中，当扭杆向与刚刚释放转向转矩之后相反的方向扭转时，扭杆通过其弹性力再向相反方向、也就是说，与刚刚释放转向转矩之后相同的方向扭转。这样，在方向盘向中立位置回正的过程中，当扭杆向与刚刚释放转向转矩之后相反的方向扭转时，扭杆反复进行扭转。当扭杆反复进行扭转时，电动马达所输出的辅助力不稳定，因此方向盘不流畅地向中立位置回正。

本发明的目的在于实现能够使方向盘流畅地向中立位置回正的回正控制。

根据本发明的某个方式，一种电动动力转向装置，根据基于检测从方向盘输入的转向转矩的转矩传感器的检测结果运算出的辅助指令值来驱动电动马达，该电动动力转向装置具备：基本回正指令值运算部，其基于所述方向盘的转向角来运算使所述方向盘向中立位置回正的方向的基本回正指令值；第一校正增益运算部，其基于搭载所述电动动力转向装置的车辆的车速来运算用于校正所述基本回正指令值的第一校正增益；回正指令值运算部，其使用所述第一校正增益校正所述基本回正指令值，来运算回正指令值；以及反向回正指令值运算部，其基于所述电动马达的角加速度来运算使所述方向盘不向中立位置回正的方向的反向回正指令值，其中，基于所述回正指令值和所述反向回正指令值来运算校正回正指令值，将该校正回正指令值和所述辅助指令值相加来驱动所述电动马达。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的电动动力转向装置的结构图。

图2是本发明的实施方式所涉及的电动动力转向装置的控制框图。

图3是用于运算基本回正电流的基本回正电流运算用对应图。

图4是用于运算第一校正增益的第一校正对应图。

图5是用于运算反向回正电流的反向回正电流运算用对应图。

图6是本发明的实施方式的变形例所涉及的电动动力转向装置的控制框图。

图7是用于运算第二校正增益的第二校正对应图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

首先，参照图1来说明本发明的实施方式所涉及的电动动力转向装置100的整体结构。

电动动力转向装置100具备：输入轴7，其随着驾驶员对方向盘1进行的操作而旋转；输出轴3，其下端与齿条轴5连结；以及扭杆4，其将输入轴7和输出轴3连结。电动动力转向装置100通过使与设置在输出轴3的下端的小齿轮3a齿合的齿条轴5沿轴向移动来使车轮6转轮。由输入轴7和输出轴3构成转向轴2。

电动动力转向装置100还具备：电动马达10，其是用于辅助驾驶员对方向盘1的转向的动力源；减速机11，其使电动马达10的旋转减速地传递到转向轴2；转矩传感器12，其检测从方向盘1输入的转向转矩；以及控制器13，其基于转矩传感器12的检测结果来控制电动马达10的驱动。

电动马达10设置有用于检测马达的旋转角的角度检测器17。角度检测器17的检测结果被输出到控制器13。

减速机11包括与电动马达10的输出轴连结的蜗杆轴11a、以及与输出轴3连结且与蜗杆轴11a齿合的蜗轮11b。电动马达10所输出的转矩被从蜗杆轴11a传递到蜗轮11b，作为辅助转矩而被赋予到输出轴3。

转矩传感器12基于输入轴7与输出轴3的相对旋转来检测向扭杆4赋予的转向转矩。转矩传感器12将与检测出的转向转矩对应的电压信号输出到控制器13。控制器13基于来自转矩传感器12的电压信号来运算电动马达10所输出的转矩，并且对电动马达10的驱动进行控制以产生该转矩。这样，电动动力转向装置100基于检测从方向盘1输入的转向转矩的转矩传感器12的检测结果来驱动电动马达10，并辅助驾驶员对方向盘1的转向。

转向轴2设置有作为用于检测方向盘1的转向角(绝对转向角)的转向角检测器的转向角传感器15。转向角传感器15的检测结果被输出到控制器13。在方向盘1为中立位置的情况下，转向角传感器15输出零度来作为转向角。另外，在方向盘1从中立位置向右偏转方向转向的情况下，与方向盘1的旋转相应地输出符号为+的转向角，另一方面，在方向盘1从中立位置向左偏转方向转向的情况下，与方向盘1的旋转相应地输出符号为-的转向角。

向控制器13输入作为用于检测车速的车速检测器的车速传感器16的检测结果。

控制器13具备：CPU，其对电动马达10的动作进行控制；ROM，其存储CPU的处理动作所需的控制程序、设定值等；以及RAM，其暂时存储由转矩传感器12、角度检测器17、转向角传感器15以及车速传感器16等各种传感器检测出的信息。

在车辆行驶时，想要恢复为直行状态的自校准转矩对车轮6发生作用。在高速行驶时该自校准转矩大，与此相对，在低速行驶时该自校准转矩小。在自校准转矩小的低速域内，由于蜗杆轴11a和蜗轮11b等转向系统的齿轮的摩擦而导致方向盘1向中立位置的回正性劣化。因而，在低速行驶时，有时即使从使方向盘1偏转后的状态释放、方向盘1也不完全回正到中立位置。因此，在电动动力转向装置100中，进行即使在低速域内也使方向盘1向中立位置的回正性提高的回正控制。

接着，参照图2～图6来对由控制器13进行的电动马达10的控制进行说明。

如图2所示，控制器13具有基本电流运算部19，该基本电流运算部19基于转矩传感器12的检测结果来运算用于辅助驾驶员对方向盘1的转向的辅助基本电流(辅助指令值)。

控制器13还具有：基本回正电流运算部(基本回正指令值运算部)20，其运算使方向盘1向中立位置回正的方向的基本回正电流(基本回正指令值)；第一校正增益运算部21，其运算用于校正基本回正电流的第一校正增益；以及作为回正指令值运算部的乘法器24，其将基本回正电流和第一校正增益相乘来运算回正电流(回正指令值)。

控制器13还具有：马达角加速度运算部40，其根据由角度检测器17检测出的旋转角来运算电动马达10的角加速度；以及反向回正电流运算部(反向回正指令值运算部)41，其运算使方向盘1不向中立位置回正的方向的反向回正电流。

控制器13还具有加法器46，该加法器46将由乘法器24运算出的回正电流和由反向回正电流运算部41运算出的反向回正电流相加来运算校正回正电流(校正回正指令值)，其中，校正回正电流通过加法器25与辅助基本电流相加。

在加法器25中，除了辅助基本电流和校正回正电流被相加以外，用于补偿齿轮的摩擦等的各种补偿电流也被相加，所得到的值作为对电动马达10的驱动进行控制的控制电流而被输出到电动马达10。

如上所述，使用通过将校正回正电流和辅助基本电流相加而得到的控制电流来控制电动马达10，其中，该校正回正电流是使方向盘1向中立位置回正的方向的回正电流和使方向盘1不向中立位置回正的方向的反向回正电流相加而得到的，该辅助基本电流用于辅助驾驶员对方向盘1的转向。

以下对回正控制进行说明。

首先，参照图2～图4来详细说明回正电流的运算方法。

基本回正电流运算部20基于转向角传感器15的检测结果来运算使方向盘1向中立位置回正的方向的基本回正电流。具体地说，参照图3所示的基本回正电流运算用对应图来运算与从转向角传感器15输入的转向角对应的基本回正电流。基本回正电流是作为回正控制的基本的电流。

图3所示的基本回正电流运算用对应图是规定了转向角与基本回正电流之间的关系的对应图，横轴是转向角，纵轴是基本回正电流。横轴的+侧表示从中立位置向右偏转侧的转向角，-侧表示从中立位置向左偏转侧的转向角。另外，纵轴的+侧表示对方向盘1进行右旋转的方向进行辅助的基本回正电流，-侧表示对方向盘1进行左旋转的方向进行辅助的基本回正电流。关于基本回正电流运算用对应图的特性，由图3可知，在转向角为右偏转侧的情况下，基本回正电流为对方向盘1进行左旋转的方向进行辅助的值，在转向角为左偏转侧的情况下，基本回正电流为对方向盘1进行右旋转的方向进行辅助的值。这样，基本回正电流为使方向盘1向中立位置回正的方向的电流。

详细说明图3所示的基本回正电流运算用对应图。在方向盘1的中立位置附近，设定为基本回正电流为零的不灵敏区。这是为了防止由转向角传感器15的检测误差引起的干扰的产生。当转向角的绝对值大于不灵敏区时，基本回正电流的绝对值以规定的斜率增大。通过调整该斜率，能够改变方向盘1向中立位置回正时的驾驶员所感觉到的回正感。将斜率设定得越大，回正感越大。在转向角的绝对值为规定值a°以上的范围内，基本回正电流被设定为零。其原因在于，基本回正电流是以在方向盘1偏转时使驾驶员的转向力增大的方式发挥作用，因此基本回正电流只在中立位置附近发挥作用，在使方向盘1大幅偏转时使基本回正电流不发挥作用。另外，是为了抑制使方向盘1大幅偏转地回正时的急速的回正。

第一校正增益运算部21基于车速传感器16的检测结果来运算用于校正基本回正电流的第一校正增益。具体地说，参照图4所示的第一校正对应图来运算与从车速传感器16输入的车速对应的第一校正增益。自校准转矩与车速相应地变化，因此使用与车速相应地变化的第一校正增益来校正基本回正电流。

图4所示的第一校正对应图是规定了车速与第一校正增益之间的关系的对应图，横轴是车速，纵轴是第一校正增益。第一校正增益在整个车速域内被设定为1.0以下。也就是说，第一校正增益为使基本回正电流减小的值。在高速行驶时自校准转矩大，在低速行驶时自校准转矩小，因此，如图4所示，在车速为b km/h～c km/h的低速域内第一校正增益被设定为1.0，在车速为ckm/h以上的中高速域内，车速越大，则第一校正增益被设定为越小的值，在车速为规定速度d km/h以上时第一校正增益被设定为零。另外，在车速为bkm/h以下的微低速域内，车速越小，则第一校正增益被设定为越小的值。这样，以使第一校正增益以规定的斜率减小的方式进行设定是为了减轻在成为停車状态且第一校正增益为零时产生的转向的不自然感。

在通过乘法器24将由基本回正电流运算部20运算出的基本回正电流和由第一校正增益运算部21运算出的第一校正增益相乘之后，通过低通滤波器31和上下限值限制器32进行处理，作为回正电流而输出到加法器46。

如上所述，关于通过使用第一校正增益对使方向盘1向中立位置回正的方向的基本回正电流进行校正而得到的回正电流，在低速域内被设定为大的值，在中高速域内，车速越大则被设定为越小的值。

接着，参照图2和图5来详细说明反向回正电流的运算方法。

反向回正电流运算部41基于由马达角加速度运算部40运算出的马达角加速度来运算使方向盘1不向中立位置回正的方向的反向回正电流。具体地说，参照图5所示的反向回正电流运算用对应图来运算与从马达角加速度运算部40输入的马达角加速度对应的反向回正电流。

图5所示的反向回正电流运算用对应图是规定了电动马达10的角加速度与反向回正电流之间的关系的对应图，横轴是电动马达10的角加速度，纵轴是反向回正电流。横轴的+侧表示方向盘1向右(顺时针)旋转时的电动马达10的角加速度，-侧表示方向盘1向左(逆时针)旋转时的电动马达10的角加速度。另外，纵轴的+侧表示使方向盘1向右旋转的方向的反向回正电流，-侧表示使方向盘1向左旋转的方向的反向回正电流。关于反向回正电流运算用对应图的特性，由图5可知，在方向盘1向右旋转时，反向回正电流为使方向盘1向左旋转的方向的值，在方向盘1向左旋转时，反向回正电流为使方向盘1向右旋转的方向的值。这样，反向回正电流为使方向盘1不向中立位置回正的方向的电流。

详细说明图5所示的反向回正电流运算用对应图。当电动马达10的角加速度的绝对值变大时，反向回正电流的绝对值以规定的斜率增大。也就是说，被设定为电动马达10的角加速度的绝对值越大则反向回正电流的绝对值越大。但是，电动马达10的角加速度的绝对值为规定值e rev/s2以上时，反向回正电流被设定为固定的值。这是由于当反向回正电流的值过大时回正控制变得不稳定。此外，也可以在电动马达10的角加速度的符号发生变化的区域设定不灵敏区。通过设定不灵敏区，能够防止由电动马达10的角加速度的误差引起的干扰的产生。

期望的是，在利用反向回正电流运算部41参照反向回正电流运算用对应图来运算反向回正电流时，使用马达角加速度的移动平均值。通过使用移动平均值使向反向回正电流运算部41输入的马达角加速度的值成为平滑的值，因此实现更加稳定的控制。

由反向回正电流运算部41运算出的反向回正电流被低通滤波器44和上下限值限制器45进行处理并输出到加法器46。在加法器46中，将从乘法器24输出的回正电流和从反向回正电流运算部41输出的反向回正电流相加来运算校正回正电流。从加法器46输出的校正回正电流通过加法器25与辅助基本电流相加。

以下，对本实施方式的作用效果进行说明。

在低速行驶时，有时即使从使方向盘1偏转后的状态释放、方向盘1也不完全回正到中立位置。因此，对辅助基本电流加上回正电流。根据用于校正基本回正电流的第一校正增益的特性，回正电流在低速域内被设定为大的值。由此，改善低速行驶时的方向盘1向中立位置的回正性。

但是，作为将低速行驶时的回正电流设定为大的值的结果，在低速行驶时从使方向盘1偏转后的状态释放的情况下，在刚刚释放转向转矩之后，想要恢复为直行状态的自校准转矩和回正控制下的马达辅助转矩叠加地作用于作为扭杆4的下方侧的输出轴3侧(车轮6侧)。另一方面，关于作为扭杆4的上方侧的输入轴7侧(方向盘1侧)，有时由于从方向盘1到输入轴7的摩擦和方向盘惯性发生作用而迟于扭杆4的下方侧地开始向中立位置回正。但是，在延迟地开始回正之后，由于方向盘1的慣性而向扭杆4的上方侧的中立位置回正的速度加速，扭杆4的上方侧超越扭杆4的下方侧。当方向盘1侧超越车轮6侧时，扭杆4向与刚刚释放转向转矩之后相反的方向扭转，由基本电流运算部19运算方向盘1向中立位置回正的方向的辅助基本电流。由此，回正电流与辅助基本电流叠加从而马达辅助转矩变大，方向盘1向中立位置回正的速度进一步加速。

当扭杆4扭转某个固定值以上时，扭杆4利用其弹性力向相反方向、也就是说，与刚刚释放转向转矩之后相同的方向扭转，由基本电流运算部19运算使方向盘1不向中立位置回正的方向的辅助基本电流。由此，减去回正电流，因此马达辅助转矩变小，方向盘1向中立位置回正的速度减速。这样，在从使方向盘1偏转后的状态释放的情况下，在回正控制下的回正力强时方向盘1的惯性力大，因此扭杆4被促进扭转并反复进行反方向和正方向的扭转。并且，根据该扭转来运算促进扭杆4扭转的方向的辅助基本电流，因此方向盘1的回正速度增减，方向盘1不流畅地向中立位置回正。

但是，在本实施方式中，作为回正电流，使用利用基于马达角加速度运算的使方向盘1不向中立位置回正的方向的反向回正电流进行校正而得到的校正回正电流。反向回正电流被设定为电动马达10的角加速度的绝对值越大则反向回正电流的绝对值越大。也就是说，反向回正电流对回正电流进行校正以抑制电动马达10的角加速度。

因而，在低速行驶时刚刚从使方向盘1偏转后的状态释放之后的电动马达10的角加速度变大时，对电动马达10进行控制以抑制马达角加速度的变化。由此，防止延迟地向中立位置开始回正的方向盘1侧由于惯性而超越车轮6侧，因此防止扭杆4反复进行向反方向的扭转。因而，向电动马达10输出的控制电流稳定，方向盘1流畅地向中立位置回正。

以下，对上述实施方式的变形例进行说明。

也可以如图6所示，对控制器13设置运算用于校正反向回正电流的第二校正增益的第二校正增益运算部42。

第二校正增益运算部42基于车速传感器16的检测结果来运算用于校正反向回正电流的第二校正增益。具体地说，参照图7所示的第二校正对应图来运算与从车速传感器16输入的车速对应的第二校正增益。第二校正对应图与图4所示的第一校正对应图相同，因此省略说明。

由反向回正电流运算部41运算出的反向回正电流和由第二校正增益运算部42运算出的第二校正增益通过乘法器43相乘后被输出到加法器46。

反向回正电流在由于自校准转矩和回正电流的作用而使电动马达10的角加速度的变化变大时是必要的，特别是在低速域内是必要的。通过使用第二校正增益来校正反向回正电流，能够只在低速域内使反向回正电流发挥作用，并且在微低速域或中高速域内不使反向回正电流发挥作用从而能够防止转向感觉体验劣化。

以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式只不过示出了本发明的应用例的一部分，并非旨在将本发明的保护范围限定于上述实施方式的具体结构。

本申请基于2014年2月4日向日本专利局申请的特愿2014-019418要求优先权，通过参照将该申请的全部内容纳入到本说明书中。

Claims (5)

1.一种电动动力转向装置，根据基于检测从方向盘输入的转向转矩的转矩传感器的检测结果运算出的辅助指令值来驱动电动马达，

该电动动力转向装置具备：

基本回正指令值运算部，其基于所述方向盘的转向角来运算使所述方向盘向中立位置回正的方向的基本回正指令值；

第一校正增益运算部，其基于搭载所述电动动力转向装置的车辆的车速来运算用于校正所述基本回正指令值的第一校正增益；

回正指令值运算部，其使用所述第一校正增益校正所述基本回正指令值，来运算回正指令值；以及

反向回正指令值运算部，其基于所述电动马达的角加速度来运算使所述方向盘不向中立位置回正的方向的反向回正指令值，

其中，基于所述回正指令值和所述反向回正指令值来运算校正回正指令值，将该校正回正指令值和所述辅助指令值相加来驱动所述电动马达。

2.根据权利要求1所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述反向回正指令值运算部中存储有对应图，该对应图规定了所述电动马达的角加速度与所述反向回正指令值之间的关系，

所述对应图被设定为以下特性：在所述方向盘向右旋转时，所述基本反向回正指令值为使所述方向盘向左旋转的方向的值，另一方面，在所述方向盘向左旋转时，所述基本反向回正指令值为使所述方向盘向右旋转的方向的值。

3.根据权利要求2所述的电动动力转向装置，其特征在于，

所述对应图被设定为所述电动马达的角加速度的绝对值越大则所述反向回正指令值的绝对值越大。

4.根据权利要求1所述的电动动力转向装置，其特征在于，

还具备第二校正增益运算部，该第二校正增益运算部基于搭载所述电动动力转向装置的车辆的车速来运算用于校正所述反向回正指令值的第二校正增益。

5.根据权利要求4所述的电动动力转向装置，其特征在于，

在低速域内，所述第二校正增益被设定为固定值1.0，在中高速域内，车速越大则所述第二校正增益被设定得越小。