CN106314527B - 电动转向装置的控制装置 - Google Patents

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Abstract

电动转向装置的控制装置包括设定马达转矩的设定单元、检测马达转角的角度检测单元、对马达转角进行滤波处理并输出用于抑制车身侧构件的共振和轮胎转动导致的振动的振动抑制用增益的滤波处理单元、利用振动抑制用增益来补正马达转矩以抑制共振和振动的补正单元。滤波处理单元包含：第一滤波器，具有截止角频率固定地设定为车身侧构件的共振频率且在截止角频率下增益为指定大小且相位超前90°的频率特性；第二滤波器，具有截止角频率按照与车速对应地变化的轮胎转动频率被可变地设定且在截止角频率下增益为指定大小且相位超前90°的频率特性；增益加法器，将两滤波器的增益相加所得值作为振动抑制用增益而输出到补正单元。由此抑制共振和振动。

Description

电动转向装置的控制装置
技术领域
本发明涉及电动转向装置的控制装置，所述电动转向装置搭载在汽车等车辆中。
背景技术
电动转向装置搭载在各种车辆中。电动转向装置具有对转向操纵装置赋予助力转矩的马达、检测驾驶员的转向操纵转矩的转矩传感器、检测车速的车速传感器、控制单元(ECU：Electronic Control Unit)。ECU根据由转矩传感器所测出的转向操纵转矩和由车速传感器所测出的车速来设定马达应输出的转矩(马达转矩)。ECU控制施加给马达的电流(即，助力控制)，以实现所设定的马达转矩。
以往的ECU除进行上述的助力控制之外还并行地进行抑制因干扰(例如共振)所引起的振动的振动抑制控制。振动抑制控制的结果使传递到驾驶员的手上的振动被降低。而且，振动抑制控制能够防止上述的振动带来的转矩被助力控制增大的情况。
日本专利第5383818号公报(以下称作专利文献)公开了振动抑制控制的例。所述专利文献的振动抑制控制中利用了助力图谱、振动抽出滤波器、电流可变增益图谱、转速可变增益图谱。助力图谱根据驾驶员的转向操纵转矩来输出辅助转矩电流(施加于马达的电流)。振动抽出滤波器对马达的转速进行滤波处理。振动抽出滤波器降低低频侧的增益并输出振动成分信号。电流可变增益图谱根据马达中流动的电流来算出电流可变增益。转速可变增益图谱根据马达的转速来算出转速可变增益。所述专利文献的振动抑制控制中根据振动成分信号、电流可变增益及转速可变增益来算出振动抑制电流。所述专利文献的振动抑制控制中利用所算出的振动抑制电流来补正辅助转矩电流。
摆振(轮胎摆振)作为在车辆的行驶中发生的振动为人所知。摆振是因车轮平衡不良所引起的振动。例如，摆振因轮胎交换或车轮平衡的变更而引起。在不恰当的车轮平衡的情况下，当车辆以100至120km/h(轮胎的转动频率为大概10Hz)的速度在高速公路行驶时，有时会发生摆振。其结果，转向盘会抖颤地振动。
发生摆振的情况下，在被前副车架支撑的悬架装置内部发生因轮胎的转动引起的振动。因轮胎的转动而发生的振动通过包含拉杆、齿轮齿条机构及转向轴等的转向操纵装置而被传递到转向盘。
悬架装置由各种各样构件构成。这些构件各自的固有振动频率相异。摆振有时会导致在这些构件中的某些构件与轮胎的转动频率之间的共振。最终，共振被传递到转向盘。发生摆振的情况下，有时还会出现多个构件共振的情况，因此，难以从悬架装置中分辨出发生共振的构件(即，摆振的产生原因)。
摆振是从悬架装置的多个共振构件通过转向操纵装置复合地被传递到驾驶员的手上的振动。因此，轮胎的转动频率上升到某一频率时(即，车速上升到某一速度时)便会发生摆振。
发生摆振时的轮胎的转动频率(摆振发生频率：例如10Hz)取决于个体差或修理经历等，每台车辆互不相同。而且，摆振发生频率还会受到每台车辆的悬架装置的经时变化等因素的影响。因此，摆振发生频率会经时地变化。由于摆振发生频率基于各种各样的因素而变动，因此，预测发生摆振的车速是困难的。驾驶员要知道摆振发生频率，必需进行事先的调查。
除摆振之外，因盘式制动器的制动盘的变形引起的振动也会基于轮胎的转动而发生。
当支撑悬架装置的车身侧构件(例如上述的前副车架)的固有振动频率在摆振发生频率的范围内(例如7至14Hz)且轮胎的转动频率上升至摆振发生频率时，副车架在轮胎的转动频率共振。由于副车架是大型的构件，因而具有较大的重量。因此，副车架的共振是应该由振动抑制控制予以抑制的干扰。
由于副车架的固有振动频率的经时变化小，因此，副车架共振时的轮胎的转动频率(副车架的共振频率)在每台车辆中即使经历了时间但也是比较固定的。作为这样的车身侧构件的共振，例如可举与副车架连结的纵梁或与纵梁连结的横梁的共振等例。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够抑制车身侧构件的共振和因轮胎的转动而引起的振动的电动转向装置的控制装置。
本发明所涉及的电动转向装置的控制装置包括：马达，对转向操纵装置赋予助力转矩；转矩检测单元，检测驾驶员的转向操纵转矩；设定单元，根据由所述转矩检测单元所测出的所述转向操纵转矩来设定所述马达应输出的马达转矩；角度检测单元，检测所述马达的转角；滤波处理单元，对由所述角度检测单元所测出的所述马达的转角进行滤波处理，输出用于抑制车身侧构件的共振和因轮胎的转动而发生的振动的振动抑制用增益；补正单元，利用从所述滤波处理单元输出的所述振动抑制用增益来补正由所述设定单元所设定的所述马达转矩，以抑制所述车身侧构件的所述共振和因所述轮胎的所述转动而发生的所述振动；其中，所述滤波处理单元包含：第一滤波器，具有如下的频率特性：截止角频率被固定地设定为所述车身侧构件的共振频率，在所述截止角频率的情况下，增益为指定的大小且相位超前90°；第二滤波器，具有如下的频率特性：截止角频率按照与车速对应地变化的轮胎转动频率被可变地设定，在所述截止角频率的情况下，增益为指定的大小且相位超前90°；增益加法器，将所述第一滤波器的所述增益与所述第二滤波器的所述增益相加所得的值作为所述振动抑制用增益而输出到所述补正单元侧；以及加权调整器，在所述增益加法器将所述第一滤波器的所述增益和所述第二滤波器的所述增益相加之前，对所述第一滤波器的所述增益和所述第二滤波器的所述增益分别进行加权，(a)在包含所述截止角频率的第一频带中，所述第一滤波器使相位超前90°地输出超过1的大小的第一增益，(b)在比所述第一频带更高频侧的第二频带中，所述第一滤波器使相位不超前地输出比上述第一增益更接近1的第二增益，(c)在比所述第一频带更低频侧的第三频带中，所述第一滤波器使相位超前地输出比1小的第三增益，所述加权调整器以如下方式决定对于所述第一滤波器的所述增益及所述第二滤波器的所述增益各自的加权系数：在进行了加权处理后的两滤波器的增益的总和相对于截止角频率ωc的相位的90°的偏移量小于未进行加权处理的两滤波器的增益的总和相对于截止角频率ωc的相位的90°的偏移量。
根据上述电动转向装置的控制装置，能够抑制副车架等车身侧构件的共振和因轮胎的转动而引起的振动。
上述电动转向装置的控制装置的目的、特征及优点，通过以下的详细的说明及附图图示更为明了。
附图说明
图1是第一实施方式的电动转向装置的整体结构图。
图2是图1所示的电动转向装置的方块图。
图3是表示图2所示的电动转向装置的助力图谱的图形。
图4是表示图2所示的电动转向装置的滤波器的频率特性的伯德图。
图5是截止角频率被固定地设定为副车架共振频率时的共振抽出滤波器的伯德图。
图6是表示轮胎转动频率与转向盘的周方向的加速度之间的关系的图形。
图7是截止角频率按照与车速对应地变化的轮胎转动频率可变地被设定时的摆振抽出滤波器的伯德图。
图8是表示图2所示的电动转向装置的增益调整器的工作的图形。
图9是表示图2所示的电动转向装置的第一加权调整器所利用的加权系数α的图形。
图10是表示图2所示的电动转向装置的第二加权调整器所利用的加权系数β的图形。
图11是表示图2所示的电动转向装置的增益加法器将从第一加权调整器输入的振动抑制用增益与从第二加权调整器输入的振动抑制用增益进行加权加法计算时的伯德图。
图12是表示图2所示的电动转向装置的增益加法器将从第一加权调整器输入的振动抑制用增益与从第二加权调整器输入的振动抑制用增益进行单纯加法计算时的伯德图。
图13是表示图11所示的加权加法计算下的相对于副车架共振频率的相位的90°偏移的偏移量的概念图。
图14是表示图12所示的单纯加法计算下的相对于副车架共振频率的相位的90°偏移的偏移量的概念图。
图15是表示副车架共振及摆振的发生状况的图形(第二实施方式)。
具体实施方式
〈第一实施方式〉
本发明者等开发了一种抑制副车架等车身侧构件的共振和因轮胎的转动而发生的振动(例如摆振)的控制技术。在第一实施方式中，说明该控制技术的例。
图1表示了作为车身侧构件的副车架8。车身侧构件不仅意味着副车架8，而且也可意味着与副车架连结的纵梁或与纵梁连结的横梁。本实施方式的原理并不限定于作为车身侧构件而被应用的特定的部位。
图2所示的电动转向装置的控制装置能够抑制副车架8的共振和因轮胎的转动而引起的振动(例如摆振)。图2所示的共振抽出滤波器39对表示马达20的转角的信号进行滤波处理，并输出用于抑制副车架8的共振的振动抑制用增益(称作“共振抑制用增益”)。图2所示的摆振抽出滤波器35对表示马达20的转角的信号进行滤波处理，并输出用于抑制摆振的振动抑制用增益(称作“摆振抑制用增益”)。图2所示的滤波器39、35具有如下频率特性：在截止角频率下，增益为最大值且相位超前90°。滤波器39的截止角频率被固定地设定为副车架8的共振频率。滤波器35的截止角频率按照与车速对应地变化的轮胎的转动频率被可变地设定。图2所示的增益加法器40对从滤波器39、35输出的增益进行加法计算。由加法计算所得的值作为振动抑制用增益而从增益加法器40输出到补正器33侧。补正器33利用所输出的振动抑制用增益来补正由助力图谱32所设定的马达转矩。
车辆(未图示)具备转向操纵装置。如图1所示，转向操纵装置通过转向盘1、转向轴2、中间轴4、齿轮齿条机构5、拉杆6来对前轮7进行转向操纵(参照图1)。转向盘1由驾驶员握持。转向轴2从转向盘1向下方延伸。当驾驶员使转向盘1转动时，转向轴2上产生转向操纵转矩。万向接头4a安装在中间轴4的上端，以使转向轴2的下端与中间轴4的上端连结。万向接头4b安装在中间轴4的下端，以使齿轮齿条机构5与中间轴4的下端连结。
车辆还具备管柱助力型的电动转向装置。该电动转向装置对上述的转向操纵装置赋予助力转矩。电动转向装置包含马达20、转矩传感器10、车速传感器11、ECU30。马达20经由减速齿轮3而与转向轴2结合。转矩传感器10检测随着转向盘1的转动而在转向轴2上产生的转向操纵转矩。车速传感器11检测车速。本实施方式中，检测单元由转矩传感器10所例示。检测单元也可以被替代而采用能够检测转向操纵转矩的其他的装置。本实施方式的原理并不限定于作为检测单元而被采用的特定的检测装置。
图1的符号8表示让发动机(未图示)装配的前副车架(车辆前部的最下部的车架)。符号9表示被前副车架8支撑的前轮7的悬架装置。本实施方式中，车身侧构件由前副车架8所例示。
ECU30是由CPU、ROM、RAM等各种各样的电子元件构成的微处理器。ECU30根据由转矩传感器10测出的转向操纵转矩和由车速传感器11测出的车速来设定马达20应输出的马达转矩。ECU30控制施加于马达20的电流(助力控制)，以实现所设定的马达转矩。ECU30包含共振抽出滤波器39、摆振抽出滤波器35、增益加法器40、助力图谱32及补正器33。
电动转向装置的控制装置不仅进行上述的助力控制而且还并行地进行抑制车身侧构件(例如副车架8)的共振和因轮胎的转动而发生的振动(例如摆振或盘式制动器的制动盘的变形引起的振动)的振动抑制控制。电动转向装置的控制装置包括检测马达20的转角的马达角度传感器12。本实施方式中，副车架8的共振频率为10Hz(参照图5)。不过，共振频率也可以为其他数值。本实施方式的原理并不限定于共振频率的特定的值。本实施方式中，角度检测单元由马达角度传感器12所例示。角度检测单元也可以被替代而采用以能够检测马达的转角的方式被设计的其他的装置。本实施方式的原理并不限定于作为角度检测单元而被采用的特定的装置。
图2是电动转向装置的方块图。图3是表示图2所示的电动转向装置的助力图谱32的图形。图4是表示图2所示的电动转向装置的滤波器35、39的频率特性的伯德图。图4作为伯德图来表示增益线图和相位线图。参照图1至图4来说明电动转向装置的振动抑制控制。
如图2所示，驾驶员的转向操纵转矩由转矩传感器10测出。表示所测出的转向操纵转矩的信号被输入到低通滤波器31。低通滤波器31从所输入的转向操纵转矩的信号抽出包含驾驶员的转向操纵成分的频率(4至6Hz左右)的低频侧的转向操纵成分信号。所抽出的转向操纵成分信号从低通滤波器31被输入到助力图谱32。
如图3所示，助力图谱32表示所输入的转向操纵转矩与所输出的马达转矩的输入输出特性。输入输出特性按每一车速而被预先生成。例如，转向操纵转矩可被定义于横轴。此情况下，马达转矩被定义于纵轴。图3表示与10km/h、30km/h、80km/h及150km/h的车速对应的输入输出特性。由车速传感器11(参照图1)测出的车速被输入到助力图谱32。转向操纵转矩越大及或车速越低则被设定越大的马达转矩。本实施方式中，设定单元由助力图谱32所例示。有关设定马达20应输出的马达转矩的方法，可利用现有的各种各样的设定技术。因此，设定单元并不限定于用于设定马达转矩的特定的程序或电路。
表示由助力图谱32所设定的马达转矩的信号被补正器33补正。表示由助力图谱32所设定的马达转矩的信号被输入到补正器33。
如图2所示，ECU30包含振动抑制转矩生成部36。表示由振动抑制转矩生成部36生成的振动抑制转矩的信号被加到表示由助力图谱32设定的马达转矩的信号(即，补正处理)。表示由补正器33补正的马达转矩的信号被输入到电流控制部34。电流控制部34将实现所输入的马达转矩的电流施加于马达20。其结果，马达转矩被减速齿轮3增大，并且被赋予转向轴2(即，助力控制)。本实施方式中，补正单元由补正器33所例示。用于获得振动抑制效果的现有的各种各样的补正技术可应用于补正单元。因此，本实施方式的原理并不限定于作为补正单元而被采用的特定的元件。
有关与助力控制并行地进行的振动抑制控制，马达20的转角由马达角度传感器12测出。表示马达20的转角的信号之后从马达角度传感器12输入到两个滤波器35、39。作为各个滤波器35、39可采用公知的二阶高通滤波器。
图4表示滤波器35、39的频率特性。如图4所示，滤波器35、39能够在比驾驶员的转向操纵成分的频率(4至6Hz)更高频侧抽出包含截止角频率(图4表示10Hz的截止角频率)的频带(图4表示7至30Hz的频带)的输入。此情况下，滤波器35、39之后将超过1的大小的第一增益乘以所抽出的输入，使相位超前，输出抽出结果。例如，增益的值可在截止角频率(10Hz)为峰值(图4将“10”的值作为峰值表示)。此情况下，滤波器35、39将“10”的值的第一增益乘以所抽出的输入，使相位超前90°，输出抽出结果。
滤波器35、39能够抽出比上述的频带(7至30Hz)更高频侧的频带(例如30至100Hz，参照图4)的输入。此情况下，滤波器35、39将大致“1”的大小的第二增益乘以所抽出的输入，使相位几乎不超前地输出抽出结果。
滤波器35、39能够抽出比上述的频带(7至30Hz)更低频侧的频带(例如1至7Hz，参照图4)的输入。滤波器35、39将比“1”更小的第三增益乘以所抽出的输入，使相位超前，输出抽出结果。
滤波器35、39的频率特性由以下的式(1)(传递函数式(二阶高通滤波器的传递函数式))近似地实现。
G(s)＝s2/(s2+2ζωcs+ωc 2) (1)
其中，s表示拉普拉斯算符，ζ表示衰减常数，ωc表示截止角频率。
作为二阶高通滤波器而被设计的滤波器35、39的频率特性通过所述传递函数式而被变更。其结果，上述的频带(1至7Hz、7至30Hz、30至100Hz)分别容易地被设定为各种范围。例如，各种各样的值能够代入到作为上述的式(1)的参数的其中之一的截止角频率ωc。
图5是共振抽出滤波器39的伯德图。共振抽出滤波器39的截止角频率ωc被固定地设定为副车架8的共振频率(例如10Hz)。本实施方式中，第一滤波器由共振抽出滤波器39所例示。
图5所示的第一频带在图4所示的伯德图中意味着输出有第一增益的频带(7至30Hz)。图5所示的第二频带在图4的伯德图中意味着输出有第二增益的频带(30至100Hz)。图5所示的第三频带在图4的伯德图中意味着输出有第三增益的频带(1至7Hz)。
如图2所示，共振抽出滤波器39的抽出结果与增益之积(参照符号A)经由第一加权调整器38a作为振动抑制用增益而被输入到增益加法器40。有关第一加权调整器38a的工作在后面叙述。
图6是表示与车速对应的轮胎转动频率和与振动的程度(振动度)对应的转向盘1的周方向的加速度之间的关系的图形。参照图6来说明摆振(轮胎摆振)的发生。
轮胎转动频率f(Hz)依照以下的式(2)(变换式)，根据车速V(km/h)及轮胎半径(动半径)R(m)而求得。例如，V＝110，R＝0.485时，f＝10。
f＝V/(3.6×2×π×R) (2)
如图2所示，ECU30包含使车速变换为轮胎的转动频率的频率变换部37。频率变换部37根据由车速传感器11测出的车速，算出轮胎转动频率f。轮胎转动频率f从频率变换部37输出到共振抽出滤波器39(参照图5)和摆振抽出滤波器35(参照图7)。
摆振是因车轮平衡的不良而引起的振动。例如，因轮胎的转动引起的振动有时会引起转向操纵装置或其周边的某些构件的共振。摆振是作为这些构件的共振的结果而产生的转向盘1抖颤地振动的现象。在发生摆振的情况下，以轮胎的转动作为起振力而在被副车架8支撑的悬架装置9的内部发生的振动通过包含拉杆6、齿轮齿条机构5、中间轴4及转向轴2等的转向操纵装置而被传递到转向盘1。摆振在轮胎转动频率上升到共振点(摆振发生频率(＝摆振发生时的轮胎转动频率))时发生。摆振发生频率取决于个体差或修理经历等，因此，每台车辆互不相同。由于摆振发生频率还取决于车辆的悬架装置9的经时变化等，因此，摆振发生频率还会经时地变化。
图7是摆振抽出滤波器35的伯德图。摆振抽出滤波器35的截止角频率ωc按照与车速对应地变化的轮胎转动频率f被可变地设定。本实施方式中，第二滤波器由摆振抽出滤波器35所例示。
参照图4来说明的伯德图表示10Hz的截止角频率。另一方面，摆振抽出滤波器35的截止角频率ωc被可变地设定为多个轮胎转动频率(图中的例子为7、8、9、10、11、12、13、14Hz)(参照图7)。参照图4来说明的频率特性的截止角频率ωc可变更，能够符合各种各样的轮胎转动频率。与图4有所不同的是，图7的增益线图的纵轴没有以对数来表示(频率特性的波形在图4和图7中相同)。
在图4的伯德图中，截止角频率ωc被设定为10Hz。在图7的伯德图中，截止角频率ωc被设定为7、8、9、10、11、12、13、14Hz。频率变换部37使现在的车速V(km/h)依照上述的变换式变换为轮胎转动频率f(Hz)。轮胎转动频率f(Hz)从频率变换部37输出到摆振抽出滤波器35。增益调整器35a(参照图2)将所得到的值(现在的轮胎转动频率f)代入上述的传递函数式的截止角频率ωc。其结果，现在的车速下发生的摆振基于根据振动抑制用增益(参照图7的增益线图)的振动抑制转矩而得以抑制。
根据上述的控制技术，与现在的车速V(km/h)对应的轮胎转动频率f(Hz)被设定为截止角频率ωc。因此，所发生的摆振被有效地抑制，不需要进行与难以预测的摆振发生频率相关的事先的调查。即，上述的控制技术能够良好地对应于取决于因车辆的不同而不同的个体差或修理经历等的摆振发生频率或经时地变化的摆振发生频率。
如图2所示，摆振抽出滤波器35的抽出结果与增益之积(参照符号C)经由增益调整器35a和第二加权调整器38b而作为振动抑制用增益被输入到增益加法器40。有关第二加权调整器38b的工作在后面叙述。
ECU30包含第一加权调整器38a和第二加权调整器38b。第一加权调整器38a设置在从共振抽出滤波器39往增益加法器40的信号路径上。第二加权调整器38b设置在从摆振抽出滤波器35往增益加法器40的信号路径上。增益调整器35a设置在第二加权调整器38b的跟前。
图8是表示增益调整器35a的工作的图形。如上所述，增益调整器35a将现在的轮胎转动频率f代入传递函数式的截止角频率ωc。而且，增益调整器35a根据轮胎转动频率f从图8的图形中读取最终增益调整系数。增益调整器35a将所读取的系数再乘以、摆振抽出滤波器35的抽出结果与增益之积。
图8中，当轮胎转动频率为0Hz以上且小于6.7Hz时，最终增益调整系数为“零”。此情况下，“零”值的振动抑制用增益(参照图2的符号D)从增益调整器35a输入到第二加权调整器38b。“零”值的振动抑制用增益的输入与、摆振抽出滤波器35的抽出结果与增益之积(参照图2的符号C)无关。
当轮胎转动频率为10Hz以上时，最终增益调整系数为“2”。此情况下，摆振抽出滤波器35的抽出结果与增益之积的两倍的值的振动抑制用增益从增益调整器35a输入到第二加权调整器38b。
当轮胎转动频率为6.7Hz以上且小于10Hz时，最终增益调整系数随着轮胎转动频率的增大而增大。此情况下，随着轮胎转动频率的增大而增大的振动抑制用增益从增益调整器35a输入到第二加权调整器38b。
图7的截止角频率设定为10、11、12、13、14Hz时，增益的峰值便为“20”。图7的截止角频率设定为7、8、9Hz时，增益的峰值随着截止角频率减小而比“20”更小。
图9是第一加权调整器38a所使用的第一加权系数α的图形。图10是第二加权调整器38b所使用的第二加权系数β的图形。参照图2、图9及图10来说明第一加权调整器38a的工作及第二加权调整器38b的工作。
第一加权调整器38a按照频率从图9的图形中读取第一加权系数α。第一加权调整器38a将所读取的系数α再乘以共振抽出滤波器39的抽出结果与增益之积。第二加权调整器38b按照频率从图10的图形中读取第二加权系数β。第二加权调整器38b将所读取的系数β再乘以从增益调整器35a输入的振动抑制用增益。
如图9所示，若频率为小于5Hz的值及大于12Hz的值，则第一加权系数α的值为“1”。此情况下，与从共振抽出滤波器39输入第一加权调整器38a的共振抽出滤波器39的抽出结果和增益之积(参照图2的符号A)相同的值的振动抑制用增益(即，共振抑制用增益(参照图2的符号B))从第一加权调整器38a输入到增益加法器40。
若频率为5Hz以上10Hz以下，则第一加权系数α随着频率增大而比1更小。此情况下，随着频率增大而比共振抽出滤波器39的抽出结果与增益之积更小的值的共振抑制用增益从第一加权调整器38a输入到增益加法器40。
若频率为大于10Hz且12Hz以下，则第一加权系数α随着频率增大而比最小值0.35更大。此情况下，随着频率增大而值增大的共振抑制用增益从第一加权调整器38a输入到增益加法器40。
图5的频率为10Hz时，增益的峰值比“10”更小。即，第一加权系数α的最小值为“0.35”，因此，增益的峰值便为“3.5”。
如图10所示，若频率为小于5Hz的值及大于13Hz的值，则第二加权系数β的值为“1”。此情况下，与从增益调整器35a输入第二加权调整器38b的振动抑制用增益(参照图2的符号D)相同的值的振动抑制用增益(即，摆振抑制用增益(参照图2的符号E))从第二加权调整器38b输入到增益加法器40。
若频率为5Hz以上10Hz以下，则第二加权系数β随着频率增大而比1更小。此情况下，随着频率增大而比从增益调整器35a输入第二加权调整器38b的振动抑制用增益更小的值的摆振抑制用增益从第二加权调整器38b输入到增益加法器40。
若频率为比10Hz大且13Hz以下，则第二加权系数β随着频率增大而比最小值0.7更大。此情况下，随着频率增大而值增大的摆振抑制用增益从第二加权调整器38b输入到增益加法器40。
若图7的截止角频率设定为10Hz，则增益的峰值比“20”(基于增益调整器35a进行的图8的工作后的值)更小。即，第二加权系数β的最小值为“0.7”，因此，增益的峰值便为14。
如图2所示，增益加法器40将从第一加权调整器38a输入的来自共振抽出滤波器39的振动抑制用增益(即，共振抑制用增益)与从第二加权调整器38b输入的来自摆振抽出滤波器35的振动抑制用增益(即，摆振抑制用增益)相加。增益加法器40将相加所得的值作为振动抑制用增益而输出到振动抑制转矩生成部36。
本实施方式中，滤波处理单元由摆振抽出滤波器35、增益调整器35a、第一加权调整器38a、第二加权调整器38b、共振抽出滤波器39及增益加法器40的群组所例示。摆振抽出滤波器35、增益调整器35a、第一加权调整器38a、第二加权调整器38b、共振抽出滤波器39及增益加法器40分别构成滤波处理单元。
图11是在增益加法器40的加权加法计算处理下所得到的伯德图。增益加法器40对从第一加权调整器38a输入的共振抑制用增益和从第二加权调整器38b输入的摆振抑制用增益进行加权加法计算。加权系数α、β如图9及图10所示那样按照频率而变化。
有关图11的伯德图，图5所示的共振抽出滤波器39的频率特性的截止角频率ωc被固定地设定为副车架的共振频率(＝10Hz)。图5所示的共振抽出滤波器39的频率特性(参照图2的符号A)与图9所示的第一加权系数α乘法计算。其结果，得到由图2的符号B所示的共振抑制用增益。
图7的摆振抽出滤波器35的频率特性的截止角频率ωc以符合与车速对应地变化的轮胎转动频率(例如7Hz)的方式被可变地设定。摆振抽出滤波器35的频率特性(参照图2的符号C)与图8的最终增益调整系数乘法计算。摆振抽出滤波器35的频率特性与最终增益调整系数之积进一步与图10的第二加权系数β乘法计算。其结果，得到由图2的符号E所示的摆振抑制用增益。
图11的波形a从共振抑制用增益与摆振抑制用增益的加法计算(加权加法计算)所获得。其他的波形b、c、d、e、g、h、i与8、9、10、11、12、13、14Hz的轮胎转动频率分别对应。用于获得波形b、c、d、e、g、h、i的其他的运算条件与用于获得波形a的运算条件相同。
有关图11所示的增益线图的波形d，共振抽出滤波器39的截止角频率ωc及摆振抽出滤波器35的截止角频率ωc均为10Hz。其他的波形a、b、c、e、g、h、i具有来自副车架8的共振频率的峰值和来自轮胎转动频率的峰值。
图11所示的增益相位线图的波形a、b、c、e、g、h、i具有来自副车架8的共振频率的峰值的相位和来自轮胎转动频率的峰值的相位。这些峰值的相位相对于90°偏移。
图13是表示图11所示的加权加法计算下的相对于副车架的共振频率的相位的90°偏移的偏移量的概念图。有关图13所示的数据，副车架的共振频率为10Hz。图13表示相对于90°偏移的波形a、b、c、d、e、g、h、i的相位的偏移量。
有关波形d，共振抽出滤波器39的截止角频率ωc及摆振抽出滤波器35的截止角频率ωc均为10Hz。如图13所示，波形d的相位相对于90°未偏移。
有关波形a、b、c、e、g、h、i，共振抽出滤波器39的截止角频率ωc与摆振抽出滤波器35的截止角频率ωc彼此不同。相对于90°偏移的相位的偏移量随着共振抽出滤波器39的截止角频率ωc与摆振抽出滤波器35的截止角频率ωc之间的差越小而越大(波形a<波形b<波形c，波形e>波形g>波形h>波形i)。有关轮胎转动频率，相对于90°偏移的波形a、b、c、d、e、g、h、i的相位的偏移量与图13所示的数据同样。
图12表示改善前的比较例的伯德图。有关改善前的数据，增益加法器40对从第一加权调整器38a输入的共振抑制用增益与从第二加权调整器38b输入的摆振抑制用增益进行单纯加法计算。即，加权系数α、β不论频率如何而始终为“1”。
有关图12所示的波形j，共振抽出滤波器39的频率特性的截止角频率ωc被固定地设定为副车架的共振频率10Hz(参照图5)。如图2的符号A所示那样，“1”的系数被乘以共振抽出滤波器39的频率特性，得到由图2的符号B所示的共振抑制用增益。
图7所示的摆振抽出滤波器35的频率特性的截止角频率ωc以符合与车速对应地变化的轮胎转动频率7Hz的方式被可变地设定。如图2的符号C所示那样，摆振抽出滤波器35的频率特性(参照图2的符号C)被乘以最终增益调整系数(参照图8)。“1”的系数被乘以摆振抽出滤波器35的频率特性与最终增益调整系数之积，得到摆振抑制用增益(参照图2的符号E)。
波形j通过将从针对共振抽出滤波器39的频率特性的上述的乘法计算处理中得到的共振抑制用增益与从针对摆振抽出滤波器35的频率特性的上述的乘法计算处理中得到的共振抑制用增益进行单纯加法计算而获得。有关其他的波形k、l、m、n、p、q、r，轮胎转动频率被可变地设定为8、9、10、11、12、13、14Hz。除了此点，波形k、l、m、n、p、q、r在与波形j同样的运算处理下获得。
有关增益线图的波形j，共振抽出滤波器39的截止角频率ωc及摆振抽出滤波器35的截止角频率ωc均为10Hz。其他的波形k、l、m、n、p、q、r具有来自副车架8的共振频率的峰值和来自轮胎转动频率的峰值。
有关图10所示的数据，第一加权系数α在10Hz为“0.35”，第二加权系数β为“0.7”。因此，图11所示的波形d的峰值增益为大约“10”。有关图11所示的数据，加权系数α、β与频率无关地始终为“1”。因此，图12所示的波形m的峰值增益为“20”。
有关相位线图中的波形j、k、l、n、p、q、r，来自副车架8的共振频率的峰值的相位及来自轮胎转动频率的峰值的相位均相对于90°偏移。
图14是表示图12所示的单纯加法计算下的相对于副车架的共振频率的相位的90°偏移的偏移量的概念图。有关图14所示的数据，副车架的共振频率为10Hz。图14表示相对于90°偏移的波形j、k、l、m、n、p、q、r的相位的偏移量。
有关波形m，共振抽出滤波器39的截止角频率ωc及摆振抽出滤波器35的截止角频率ωc均为10Hz。如图14所示，波形m的相位相对于90°未偏移。
有关波形j、k、l、n、p、q、r，共振抽出滤波器39的截止角频率ωc与摆振抽出滤波器35的截止角频率ωc彼此不同。相对于90°偏移的相位的偏移量随着共振抽出滤波器39的截止角频率ωc与摆振抽出滤波器35的截止角频率ωc之差越小而越大(波形j<波形k<波形l，波形n>波形p>波形q>波形r)。有关轮胎转动频率，相对于90°偏移的波形j、k、l、m、n、p、q、r的相位的偏移量与图13所示的数据同样。
有关10Hz的副车架的共振频率，图14的单纯加法计算下的相对于90°偏移的相位的偏移量大于图13的加权加法计算下的相对于90°偏移的相位的偏移量。大的相位的偏移量对后述的粘性赋予控制而言并不理想。加权加法计算有助于粘性赋予控制的改善。
如图2所示，振动抑制转矩生成部36根据所输入的振动抑制用增益而生成表示振动抑制转矩的信号。振动抑制转矩随着振动抑制用增益的增大而被生成为更大的值。当振动抑制用增益为“零”时，振动抑制转矩为“零”。振动抑制用增益在截止角频率ωc成为峰值(最大值)。此时，振动抑制转矩也成为峰值。
表示由振动抑制转矩生成部36生成的振动抑制转矩的信号被输入到补正器33。如上所述，补正器33将由所输入的信号来表示的振动抑制转矩加上由助力图谱32设定的马达转矩。即，表示振动抑制转矩的信号被用于马达转矩的补正。补正器33利用从摆振抽出滤波器35及增益调整器35a输出的摆振抑制用增益和从共振抽出滤波器39输出的共振抑制用增益，补正由助力图谱32设定的马达转矩，抑制车身侧构件(例如副车架8)的共振和因轮胎的转动而引起的振动(例如摆振)。
振动抑制用增益越小，则振动抑制转矩生成部36生成的信号所表示的振动抑制转矩为越小的值。此情况下，对马达转矩的补正量轻微。当振动抑制用增益为“零”时，振动抑制转矩为“零”。此情况下，马达转矩完全不被补正。此期间，支援驾驶员的转向操纵的助力控制不受振动抑制控制的影响而恰当地进行。因此，助力转矩能够反应良好地追随驾驶员的转向操纵转矩，驾驶员能够获得良好的转向操纵感觉。
振动抑制用增益越大，侧振动抑制转矩生成部36生成的振动抑制转矩为越大的值。马达转矩被大幅度补正，以抑制副车架的共振及或摆振。由于振动抑制转矩在截止角频率ωc(＝副车架共振频率＝摆振发生频率)成为峰值(最大值)，因此，马达转矩被大幅度补正。
在振动抑制用增益的相位不被超前而输出振动抑制用增益时，补正器33不错开相位地补正马达转矩。其结果，所谓的刚性被赋予控制系。周期相对较短的振动基于所赋予的刚性而被有效地抑制。
在振动抑制用增益的相位超前的情况下，振动抑制用增益被输出时(本实施方式中，振动抑制用增益的相位超前90°)，补正器33在错开指定的相位(本实施方式中，错开90°的相位)的情况下，补正马达转矩。其结果，所谓的粘性被赋予控制系。周期相对较长的振动基于所赋予的粘性而被有效地抑制(粘性赋予控制)。
摆振抽出滤波器35的截止角频率ωc被恰当地变更，符合各种各样的摆振发生频率。其结果，电动转向装置的控制装置能够有效地抑制轮胎摆振。电动转向装置的控制装置执行如下的粘性赋予控制：在摆振发生频率使从增益调整器35a输出的振动抑制用增益的相位超前90°，以赋予粘性。
共振抽出滤波器39的截止角频率ωc固定地符合于副车架的共振频率。其结果，电动转向装置的控制装置能够抑制副车架的共振。电动转向装置的控制装置执行如下的粘性赋予控制：在副车架共振频率使从共振抽出滤波器39输出的振动抑制用增益的相位超前90°，以赋予粘性。
以下，说明本实施方式的电动转向装置的控制装置的作用。
(1)本实施方式的电动转向装置的控制装置包括：马达20，用于对转向操纵装置赋予助力转矩；转矩传感器10，检测驾驶员的转向操纵转矩；助力图谱32，根据由转矩传感器10所测出的转向操纵转矩来设定马达20应输出的马达转矩。控制装置还包括：马达角度传感器12，检测马达20的转角；滤波处理单元39、35，对由马达角度传感器12所测出的马达20的转角进行滤波处理，输出用于抑制副车架8的共振的振动抑制用增益(即，共振抑制用增益)和用于抑制因轮胎的转动而发生的振动(例如摆振)的振动抑制用增益(即，摆振抑制用增益)；补正器33，利用从滤波处理单元39、35输出的振动抑制用增益来补正由助力图谱32所设定的马达转矩，以抑制副车架8的共振及摆振。
滤波处理单元39、35包括共振抽出滤波器39和摆振抽出滤波器35。共振抽出滤波器39具有如下频率特性：截止角频率ωc被固定地设定为副车架8的共振频率，在截止角频率ωc增益为峰值(最大值)且相位超前90°。摆振抽出滤波器35具有如下频率特性：截止角频率ωc以符合与车速对应地变化的轮胎转动频率的方式被可变地设定，在截止角频率ωc增益为峰值(最大值)且相位超前90°。
控制装置还包括增益加法器40。增益加法器40将共振抽出滤波器39的增益与摆振抽出滤波器35的增益相加所得的值作为振动抑制用增益而输出到补正器33侧。
根据该结构，共振抽出滤波器39的增益与摆振抽出滤波器35的增益相加。相加所得的值被输出到补正器33侧。
有关共振抽出滤波器39，截止角频率ωc固定为副车架8的共振频率。因此，副车架8的共振基于根据振动抑制用增益来进行的转矩补正而被稳定地抑制。
有关摆振抽出滤波器35，截止角频率ωc按照轮胎转动频率而被变更。因此，所发生的摆振基于根据振动抑制用增益来进行的转矩补正而被抑制。控制装置能够对应于每台车辆互不相同的摆振频率而有效地抑制摆振。而且，控制装置还能够对应于因悬架装置9的经时变化等而经时地变化的摆振频率而有效地抑制摆振。即，控制装置即使在与摆振发生频率相关的车辆的个体差及摆振发生频率的经时变化存在的情况下也能够有效地抑制摆振。此外，控制装置无需进行与摆振发生频率相关的事先调查，能够简便地抑制摆振。
振动抑制用增益(共振抑制用增益、摆振抑制用增益)的相位被超前90°，因此，补正器33在错开90°相位的情况下，补正马达转矩。其结果，被赋予粘性(粘性赋予控制)。副车架8的共振及摆振基于该粘性而被有效地抑制。
(2)本实施方式的电动转向装置的控制装置还包括第一加权调整器38a及第二加权调整器38b。第一加权调整器38a及第二加权调整器38b在增益加法器40将共振抽出滤波器39的增益与摆振抽出滤波器35的增益相加之前，对共振抽出滤波器39的增益及摆振抽出滤波器35的增益分别进行加权。
根据该结构，共振抽出滤波器39的增益及摆振抽出滤波器35的增益被加权。在加权后的增益被相加后的条件下的相对于截止角频率ωc的相位的90°而偏移的偏移量相比于在不进行加权处理而增益被相加后的条件下的相对于截止角频率ωc的相位的90°而偏移的偏移量更小。因此，粘性赋予控制被恰当地执行。其结果，副车架8的共振及摆振基于该粘性而被有效地抑制。
〈第二实施方式〉
本发明人等确认到采用基于在第一实施方式中所说明的控制原理而工作的控制装置所获得的上述的粘性赋予控制的效果。在第二实施方式中，说明粘性赋予控制的效果。
图15是表示从本发明人等进行的实验中获得的实验数据的图形。图形中的“改善前”这一术语表示在无粘性赋予控制的情况下获得的实验数据。图形中的“改善后”这一术语表示在粘性赋予控制下所获得的实验数据。图形中的“实验例1”这一术语表示使用轻的轮胎。图形中的“实验例2”这一术语表示使用重的轮胎。
如图15所示，与转向盘的周方向的加速度相关的“改善后”的实验数据在“实验例1”及“实验例2”中，在所实验的轮胎转动频率的整体范围均比“改善前”的实验数据更低。这表明粘性赋予控制(使振动抑制用增益的相位超前90°的控制)降低了传递给转向盘的副车架的共振及摆振。而且，图15所示的实验数据表明粘性赋予控制对于轻的轮胎及重的轮胎双方均有效。
上述实施方式中，电动转向装置为管柱助力型。但也可以取代该方案，上述实施方式的控制原理也可以应用于其他型式的电动转向装置。
上述实施方式中，助力图谱输出马达转矩。但也可以取代该方案，助力图谱也可以输出施加于马达的电流的值。
如图2所示，ECU30包含低通滤波器31、助力图谱32、补正器33、电流控制部34、摆振抽出滤波器35、增益调整器35a、振动抑制转矩生成部36、频率变换部37、第一加权调整器38a、第二加权调整器38b、共振抽出滤波器39及增益加法器40。但也可以取代该方案，而将这些要素中的至少一部分组装到ECU30以外的装置。
上述实施方式中，补正器33补正马达转矩。但也可以取代该方案，而将现有的各种各样的补正技术应用于马达转矩的补正。因此，上述实施方式的原理并不限定于针对马达转矩的特定的补正方法。
上述实施方式中，振动抑制转矩生成部36生成振动抑制转矩。但也可以取代该方案，而将现有的各种各样的生成技术应用于振动抑制转矩的生成。因此，上述实施方式的原理并不限定于用于生成振动抑制转矩的特定的方法。
以上利用各种各样的数值说明了上述实施方式。然而，使用这些数值的目的仅是为了使说明更明确。因此，上述的说明中所使用的数值对于上述实施方式的原理并没有任何的限定。
上述的粘性赋予控制在副车架的共振频率及摆振发生频率使振动抑制用增益的相位超前90°，并输出振动抑制用增益。但也可以取代该方案，而在粘性赋予控制中，在包含副车架的共振频率及摆振发生频率的指定的频带(接近于副车架的共振频率及摆振发生频率且处于指定的范围内的区域)使振动抑制用增益的相位超前大致90°(接近于90°且处于指定的范围内的度数)，并输出振动抑制用增益。
上述实施方式中所说明的电动转向装置的控制装置主要包括以下的特征。
上述实施方式所涉及的电动转向装置的控制装置包括：马达，对转向操纵装置赋予助力转矩；转矩检测单元，检测驾驶员的转向操纵转矩；设定单元，根据由所述转矩检测单元所测出的所述转向操纵转矩来设定所述马达应输出的马达转矩；角度检测单元，检测所述马达的转角；滤波处理单元，对由所述角度检测单元所测出的所述马达的转角进行滤波处理，输出用于抑制车身侧构件的共振和因轮胎的转动而发生的振动的振动抑制用增益；补正单元，利用从所述滤波处理单元输出的所述振动抑制用增益来补正由所述设定单元所设定的所述马达转矩，以抑制所述车身侧构件的所述共振和因所述轮胎的所述转动而发生的所述振动；其中，所述滤波处理单元包含：第一滤波器，具有如下的频率特性：截止角频率被固定地设定为所述车身侧构件的共振频率，在所述截止角频率的情况下，增益为指定的大小且相位超前90°；第二滤波器，具有如下的频率特性：截止角频率按照与车速对应地变化的轮胎转动频率被可变地设定，在所述截止角频率的情况下，增益为指定的大小且相位超前90°；增益加法器，将所述第一滤波器的所述增益与所述第二滤波器的所述增益相加所得的值作为所述振动抑制用增益而输出到所述补正单元侧。
根据上述结构，增益加法器将第一滤波器的增益与第二滤波器的增益相加所得的值输出到补正单元侧。
此情况下，由于第一滤波器的截止角频率固定为车身侧构件的共振频率，因此，车身侧构件的共振基于根据振动抑制用增益来进行的转矩补正而被稳定地抑制。
另一方面，第二滤波器的截止角频率按照轮胎转动频率而被变更，因此，因轮胎的转动而发生的振动基于根据振动抑制用增益来进行的转矩补正而被恰当地抑制。虽然因轮胎的转动而引起的振动的频率有时会基于车辆的不同而不同，但控制装置能够恰当地抑制因轮胎的转动而引起的振动。虽然因轮胎的转动而发生的振动有时会基于车身侧构件的经时变化而经时地变化，但控制装置能够恰当地抑制因轮胎的转动而引起的振动。因此，控制装置能够几乎不受车辆的个体差或经时变化的影响地抑制因轮胎的转动而引起的振动。控制装置无需进行与因轮胎的转动而引起的振动相关的事先调查便能够简便地抑制因轮胎的转动而引起的振动。
第一滤波器及第二滤波器的频率特性使相位超前90°，因此，马达转矩在错开90°的相位的情况下被补正单元补正。基于错开90°的相位的情况下的马达转矩的补正的结果，被赋予粘性(粘性赋予控制)，基于所赋予的粘性，车身侧构件的共振及因轮胎的转动而引起的振动被有效地抑制。
上述结构中较为理想的是，所述滤波处理单元还包含：加权调整器，在所述增益加法器将所述第一滤波器的所述增益和所述第二滤波器的所述增益相加之前，对所述第一滤波器的所述增益和所述第二滤波器的所述增益分别进行加权。
根据上述结构，加权调整器对第一滤波器及第二滤波器的增益进行加权，因此，第一滤波器及第二滤波器的增益的相加后的截止角频率下的相对于90°的相位而偏移的偏移量比不具备加权调整器的控制装置更小。由于粘性赋予控制被有效地执行，因此，车身侧构件的共振及因轮胎的转动而引起的振动基于该粘性而被有效地抑制。
产业上的可利用性
上述实施方式的原理在各种各样的车辆的设计中均可以被利用。

Claims (2)

1.一种电动转向装置的控制装置，其特征在于包括：
马达，对转向操纵装置赋予助力转矩；
转矩检测单元，检测驾驶员的转向操纵转矩；
设定单元，根据由所述转矩检测单元所测出的所述转向操纵转矩来设定所述马达应输出的马达转矩；
角度检测单元，检测所述马达的转角；
滤波处理单元，对由所述角度检测单元所测出的所述马达的转角进行滤波处理，输出用于抑制车身侧构件的共振和因轮胎的转动而发生的振动的振动抑制用增益；
补正单元，利用从所述滤波处理单元输出的所述振动抑制用增益来补正由所述设定单元所设定的所述马达转矩，以抑制所述车身侧构件的所述共振和因所述轮胎的所述转动而发生的所述振动；其中，
所述滤波处理单元包含：
第一滤波器，具有如下的频率特性：截止角频率被固定地设定为所述车身侧构件的共振频率，在所述截止角频率的情况下，增益为指定的大小且相位超前90°；
第二滤波器，具有如下的频率特性：截止角频率按照与车速对应地变化的轮胎转动频率被可变地设定，在所述截止角频率的情况下，增益为指定的大小且相位超前90°；
增益加法器，将所述第一滤波器的所述增益与所述第二滤波器的所述增益相加所得的值作为所述振动抑制用增益而输出到所述补正单元侧；以及
加权调整器，在所述增益加法器将所述第一滤波器的所述增益和所述第二滤波器的所述增益相加之前，对所述第一滤波器的所述增益和所述第二滤波器的所述增益分别进行加权，
(a)在包含所述截止角频率的第一频带中，所述第一滤波器使相位超前90°地输出超过1的大小的第一增益，
(b)在比所述第一频带更高频侧的第二频带中，所述第一滤波器使相位不超前地输出比上述第一增益更接近1的第二增益，
(c)在比所述第一频带更低频侧的第三频带中，所述第一滤波器使相位超前地输出比1小的第三增益，
所述加权调整器以如下方式决定对于所述第一滤波器的所述增益及所述第二滤波器的所述增益各自的加权系数：在进行了加权处理后的两滤波器的增益的总和相对于截止角频率ωc 的相位的90°的偏移量小于未进行加权处理的两滤波器的增益的总和相对于截止角频率ωc的相位的90°的偏移量。
2.根据权利要求1所述的电动转向装置的控制装置，其特征在于，
所述第一滤波器及所述第二滤波器具有由下述的传递函数式表示的频率特性，
传递函数式：s2/(s2+2ζωcs+ωc2)，
其中，s表示拉普拉斯算符，ζ表示衰减常数，ωc表示截止角频率。
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