CN106458254B - 电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种电动助力转向装置。该电动助力转向装置通过运算出回正控制电流并补偿电流指令值，以便在返回到直线状态的行驶状态中可以使转向盘积极地返回到中立点。具备用于根据转向角、车速和电动机角速度/Gr的比值运算出回正控制电流并以通过从电流指令值中减去回正控制电流而得到的补偿电流指令值来驱动电动机的转向盘回正控制单元，该转向盘回正控制单元由基本回正控制电流运算单元、目标转向速度运算单元、回正控制增益运算单元、限制器和补正单元构成，其中，该基本回正控制电流运算单元运算出基本回正控制电流；该目标转向速度运算单元运算出目标转向速度；该回正控制增益运算单元求出目标转向速度与电动机角速度/Gr的比值之间的偏差并对其进行符号处理，同时，根据P控制运算、I控制运算和D控制运算中的至少两个控制运算来运算出回正控制增益；该限制器限制回正控制增益的最大值；该补正单元根据限制器的输出增益对基本回正控制电流进行补正并输出回正控制电流。

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，其基于转向扭矩和车速运算出电流指令值，基于电流指令值来驱动电动机，通过电动机的驱动控制来对转向系统进行辅助控制。本发明尤其涉及一种电动助力转向装置，其通过根据与转向角相对应的回正控制电流来补偿电流指令值，以便在返回到直线状态的行驶状态中可以使转向盘(方向盘)积极地返回到中立点。
背景技术
利用电动机的旋转力对车辆的转向装置进行辅助控制的电动助力转向装置，将电动机的驱动力经由减速装置(减速比＝Gr)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。为了准确地产生辅助扭矩(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一般通过调整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(转向轴或方向盘轴)2经过减速齿轮3(减速比＝Gr)、万向节4a和4b、齿轮齿条机构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上设有用于检测出转向盘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对用于控制电动助力转向装置的控制单元(ECU)30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30。此外，在柱轴2上设有用于检测出转向角的转向角传感器15，由转向角传感器15检测出的转向角θ被输入到控制单元30中。控制单元30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，进行作为辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，根据通过对运算出的电流指令值实施补偿等而得到的电压控制值E，来控制供给电动机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。
控制单元30主要由CPU(也包含MPU或MCU等)构成，该CPU内部由程序执行的一般功能，如图2所示。
参照图2来说明控制单元30的功能和动作。如图2所示，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被输入到用于运算出电流指令值Iref1的电流指令值运算单元31中。电流指令值运算单元31基于被输入进来的转向扭矩Tr和车速Vel使用辅助图(アシストマップ)等运算出作为供给电动机20的电流的控制目标值的电流指令值Iref1。电流指令值运算单元31也可以具备相位补偿单元、中心响应性改善单元、鲁棒稳定化补偿单元等，其中，相位补偿单元提高转向系统的稳定性；中心响应性改善单元确保在辅助特性死区上的稳定性并进行静摩擦的补偿；鲁棒稳定化补偿单元除去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，并对阻碍控制系统的响应性和稳定性的共振频率的相位偏移进行补偿。
电流指令值Iref1经过加法单元32A被输入到电流限制单元33中；被限制了最大电流的电流指令值Iref3被输入到减法单元32B中；减法单元32B运算出电流指令值Iref3与被反馈回来的电动机电流值Im之间的偏差Iref4(＝Iref3-Im)；该偏差Iref4被输入到用于进行转向动作的特性改善的作为电流控制单元的PI控制单元35中。在PI控制单元35中被进行了特性改善的电压控制值E被输入到PWM控制单元36中，再经过作为驱动单元的逆变器37来对电动机20进行PWM驱动。电动机电流检测器38检测出电动机20的电流值Im，检测出的电流值Im被反馈到减法单元32B中。逆变器37作为驱动元件使用场效应晶体管(FET)，由FET的电桥电路构成。此外，电流限制单元33不是必须的。
另外，加法单元32A对来自补偿单元34的补偿信号CM进行加法运算，通过补偿信号CM的加法运算来进行转向系统的特性补偿，以便改善收敛性和惯性特性等。补偿单元34先在加法单元344将自对准扭矩(SAT)343与惯性342相加，然后，在加法单元345再将在加法单元344得到的加法结果与收敛性341相加，最后，将在加法单元345得到的加法结果作为补偿信号CM。
在这样的电动助力转向装置中，因为用于传送辅助力的减速齿轮和齿轮齿条机构的摩擦，所以动作会受到阻碍，尽管为想返回到直线状态的行驶状态，但转向盘返回不到中立点，从而有时车辆很难变成直线状态。
作为用于控制转向盘回正时的辅助特性的现有技术，有在日本专利第4872298号公报(专利文献1)中所公开的转向盘回正控制技术。专利文献1所公开的控制结构基于转向角、车速和转向扭矩计算出目标转向速度，根据实际电动机角速度/Gr的比值与目标转向速度之间的偏差计算出补偿电流。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4872298号公报
专利文献2：日本特开2007-99053号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在转向盘回正控制中，一般而言，基于转向角计算出的目标转向速度被设定为转向角越大目标转向速度就越大。但是，例如，在回旋驾驶中，驾驶员想要在转向角大的领域进行实际电动机角速度/Gr的比值小的转向。此时，因为目标转向速度与实际电动机角速度/Gr的比值之间的偏差变大，所以存在回正控制的输出也变大的倾向，从而驾驶员会感觉到转向盘回正感强的车辆特性。还有，因为在快速打转向盘时(切り増し操舵時)是根据偏差来输出补偿电流的，所以补偿输出也随着电动机角速度/Gr的比值而变化。因此，尽管驾驶员会感觉到伪粘性摩擦(擬似的な粘性摩擦)，但并不一定需要在快速打转向盘时根据转向盘回正控制来获得粘性摩擦感。
在专利文献1的转向盘回正控制中，尽管通过根据驾驶员的转向扭矩来降低目标转向速度以便回避上述问题，但在进行突然转向等情况下，因为有时转向扭矩的大小会一时发生变化，所以在那样的情况下，由于发生补偿量的突然变化，因此存在会感觉到转向不协调感的问题。
另外，尽管日本特开2007-99053号公报(专利文献2)也公开了转向盘回正控制技术，但由于在回正控制中没有使用目标转向速度与实际电动机角速度/Gr的比值之间的偏差，因此存在不能控制转向速度的问题。
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电动助力转向装置，其通过运算出与转向角和电动机角速度/Gr的比值相对应的回正控制电流并补偿电流指令值，以便在返回到直线状态的行驶状态中可以使转向盘积极地返回到中立点。
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运算出电流指令值，基于所述电流指令值来驱动电动机，通过所述电动机的驱动控制来对转向系统进行辅助控制，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具备转向盘回正控制单元，其根据转向角、所述车速和电动机角速度/Gr的比值运算出回正控制电流并以通过从所述电流指令值中减去所述回正控制电流而得到的补偿电流指令值来驱动所述电动机，所述转向盘回正控制单元由基本回正控制电流运算单元、目标转向速度运算单元、回正控制增益运算单元、限制器和补正单元构成，所述基本回正控制电流运算单元基于转向角和所述车速运算出基本回正控制电流；所述目标转向速度运算单元基于所述转向角和所述车速运算出目标转向速度；所述回正控制增益运算单元求出所述目标转向速度与所述电动机角速度/Gr的比值之间的偏差并对其进行符号处理，同时，根据P控制运算、I控制运算和D控制运算中的至少两个控制运算来运算出回正控制增益；所述限制器限制所述回正控制增益的最大值；所述补正单元根据所述限制器的输出增益对所述基本回正控制电流进行补正并输出所述回正控制电流。
本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地实现，即：所述回正控制增益运算单元由减法单元、反相单元、符号单元、乘法单元和控制运算单元构成，所述减法单元求出所述目标转向速度与所述电动机角速度/Gr的比值之间的偏差；所述反相单元使所述偏差反相；所述符号单元求出所述转向角的正或负的符号；所述乘法单元将所述符号与来自所述反相单元的反相偏差相乘；所述控制运算单元通过对所述乘法单元的输出进行P控制运算和I控制运算后并将其相加来输出所述回正控制增益；或，所述回正控制增益运算单元由减法单元、反相单元、符号单元、控制运算单元和乘法单元构成，所述减法单元求出所述目标转向速度与所述电动机角速度/Gr的比值之间的偏差；所述反相单元使所述偏差反相；所述符号单元求出所述转向角的正或负的符号；所述控制运算单元通过对所述反相单元的输出进行P控制运算和I控制运算后并将其相加来输出所述回正控制增益；所述乘法单元将所述符号与所述回正控制增益相乘；或，所述回正控制增益运算单元由减法单元、反相单元、符号单元、控制运算单元和乘法单元构成，所述减法单元求出所述目标转向速度与所述电动机角速度/Gr的比值之间的偏差；所述反相单元使所述偏差反相；所述符号单元求出所述转向角的正或负的符号；所述控制运算单元通过对所述反相单元的输出进行P控制运算、I控制运算和D控制运算后并将其相加来输出所述回正控制增益；所述乘法单元将所述符号与所述回正控制增益相乘；或，所述回正控制增益运算单元由减法单元、第1反相单元、符号单元、第2反相单元、控制运算单元和乘法单元构成，所述减法单元求出所述目标转向速度与所述转向速度之间的偏差；所述第1反相单元使所述偏差反相；所述符号单元求出所述转向角的正或负的符号；所述第2反相单元使所述转向速度反相；所述控制运算单元通过对所述第1反相单元的输出进行P控制运算和I控制运算，对所述第2反相单元的输出进行D控制运算，从所述I控制运算的输出中减去所述D控制运算的输出，然后将所述P控制运算的输出与该减法结果相加，以便输出所述回正控制增益；所述乘法单元将所述符号与所述回正控制增益相乘；或，所述回正控制增益运算单元由减法单元、第1反相单元、符号单元、第2反相单元、控制运算单元和乘法单元构成，所述减法单元求出所述目标转向速度与所述电动机角速度/Gr的比值之间的偏差；所述第1反相单元使所述偏差反相；所述符号单元求出所述转向角的正或负的符号；所述第2反相单元使所述转向速度反相；所述控制运算单元通过对所述第1反相单元的输出进行I控制运算，对所述第2反相单元的输出进行P控制运算和D控制运算，从所述I控制运算的输出中减去所述P控制运算和所述D控制运算的加法结果，以便输出所述回正控制增益；所述乘法单元将所述符号与所述回正控制增益相乘；或，所述回正控制增益运算单元由减法单元、第1反相单元、符号单元、第1乘法单元、第2反相单元、第2乘法单元和控制运算单元构成，所述减法单元求出所述目标转向速度与所述电动机角速度/Gr的比值之间的偏差；所述第1反相单元使所述偏差反相；所述符号单元求出所述转向角的正或负的符号；所述第1乘法单元将所述符号与来自所述第1反相单元的反相偏差相乘；所述第2反相单元使所述转向速度反相；所述第2乘法单元将所述正负符号与来自所述第2反相单元的反相转向速度相乘；所述控制运算单元通过对所述第1乘法单元的输出进行I控制运算，对所述第2乘法单元的输出进行P控制运算，从所述I控制运算的输出中减去所述P控制运算的输出，以便输出所述回正控制增益；或，所述回正控制增益运算单元由减法单元、第1反相单元、符号单元、第2反相单元、控制运算单元和乘法单元构成，所述减法单元求出所述目标转向速度与所述电动机角速度/Gr的比值之间的偏差；所述第1反相单元使所述偏差反相；所述符号单元求出所述转向角的正或负的符号；所述第2反相单元使所述转向速度反相；所述控制运算单元通过对所述第1反相单元的输出进行I控制运算，对所述第2反相单元的输出进行P控制运算，从所述I控制运算的输出中减去所述P控制运算的输出，以便输出所述回正控制增益；所述乘法单元将所述符号与所述回正控制增益相乘；或，所述最大值为“1.0”，所述补正单元为乘法单元；或，所述基本回正控制电流运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述基本回正控制电流在正和负方向逐渐变大，当所述绝对值超过规定值时，所述基本回正控制电流逐渐变小的点对称的抛物线状特性；或，所述目标转向速度运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述目标转向速度在负和正方向逐渐变大的点对称特性。
发明的效果
根据本发明的电动助力转向装置，通过基于目标转向速度与实际电动机角速度/Gr的比值之间的偏差并使用P控制运算(比例控制运算)、I控制运算(积分控制运算)和D控制运算(微分控制运算)中的至少两个控制运算的运算来运算出转向盘回正控制的增益，通过根据该增益补正与转向角相对应的基本回正控制电流(通过将与转向角相对应的基本回正控制电流与该增益相乘)，以便运算出补偿电流。因为变成了与转向角相对应的基本回正控制电流，即使在目标转向速度与实际电动机角速度/Gr的比值之间的偏差大的情况下，如果基本回正控制电流的绝对值小的话，则最终的回正控制电流的绝对值也变小，所以可以设定适度的回正控制电流。此外，因为回正控制电流根据目标转向速度与实际电动机角速度/Gr的比值之间的偏差而增减，所以可以执行追随了目标转向速度的平稳的转向盘回正控制。
另外，尽管在快速打转向盘时，回正控制的增益因积分增益而被积蓄起来，但在本发明中，通过限制回正控制增益的值(最大值＝1.0)，可以进行只有到基本回正控制电流为止的输出的设定。因此，在快速打转向盘时，与转向角相对应的回正控制电流被输出，从而可以不给驾驶员带来与速度相对应的抵抗力的粘性感(抵抗力の粘性感)，但却可以给驾驶员带来与角度相对应的抵抗力的反力感(抵抗力の反力感)。
附图说明
图1是表示一般的电动助力转向装置的概要的结构图。
图2是表示控制单元(ECU)的一个示例的结构框图。
图3是表示本发明的电动助力转向装置的结构例的结构框图。
图4是表示转向盘回正控制单元的结构例的结构框图。
图5是表示基本回正控制电流运算单元的特性例的特性图。
图6是表示目标转向速度运算单元的特性例的特性图。
图7是表示符号单元的特性例的特性图。
图8是表示限制器的特性例的特性图。
图9是表示本发明的动作例的流程图。
图10是表示转向盘回正控制单元的其他的结构例的结构框图。
图11是表示转向盘回正控制单元的其他的结构例的结构框图。
图12是表示转向盘回正控制单元的其他的结构例的结构框图。
图13是表示转向盘回正控制单元的其他的结构例的结构框图。
具体实施方式
本发明是基于转向扭矩和车速运算出电流指令值，基于电流指令值来驱动电动机，通过电动机的驱动控制来对转向系统进行辅助控制的电动助力转向装置。本发明通过基于目标转向速度与实际电动机角速度/Gr的比值之间的偏差并使用PI控制运算(比例积分控制运算)等控制运算来运算出回正控制增益，通过根据该回正控制增益补正与转向角(车速)相对应的基本回正控制电流(通过将与转向角(车速)相对应的基本回正控制电流与该回正控制增益相乘)，以便运算出用于电流指令值补偿的回正控制电流。因为变成了与转向角相对应的基本回正控制电流，即使在目标转向速度与实际电动机角速度/Gr的比值之间的偏差大的情况下，如果基本回正控制电流的绝对值小的话，则最终的回正控制电流的绝对值也变小，所以可以设定适度的回正控制电流。此外，因为回正控制电流的大小根据目标转向速度与实际电动机角速度/Gr的比值之间的偏差而增减，所以可以执行追随了目标转向速度的平稳的转向盘回正控制。
另外，尽管在快速打转向盘时，回正控制增益的值因积分增益而被积蓄起来，但通过将回正控制增益的最大值限制在“1.0”，可以进行只有到基本回正控制电流为止的输出的设定。因此，在快速打转向盘时，与转向角相对应的回正控制电流被输出，从而可以不给驾驶员带来与速度相对应的抵抗力的粘性感，但却可以给驾驶员带来与转向角相对应的抵抗力的反力感。
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
与图2相对应的图3是表示本发明的电动助力转向装置的结构例的结构框图。如图3所示，本发明设有转向盘回正控制单元100、转向速度运算单元180和减法单元181，其中，转向盘回正控制单元100输入转向角θ、电动机角速度/Gr的比值和车速Vel，运算出回正控制电流Irc并将其输出；转向速度运算单元180基于转向角θ运算出转向速度ω(对转向角θ进行微分来求出转向速度ω)；减法单元181从电流指令值Iref2中减去(补正)回正控制电流Irc并输出补偿电流指令值Iref3a。
转向盘回正控制单元100具有如图4所示的结构。如图4所示，转向角θ被输入到基本回正控制电流运算单元101和目标转向速度运算单元102中，车速Vel也被输入到基本回正控制电流运算单元101和目标转向速度运算单元102中，基本回正控制电流运算单元101和目标转向速度运算单元102都具有车速感应的特性。如图5所示，基本回正控制电流运算单元101的特性为随着转向角θ从0开始变大(变小)，基本回正控制电流在正方向(负方向)变大，当转向角θ超过正或负的规定值时，基本回正控制电流逐渐变小的抛物线状的点对称特性。也就是说，基本回正控制电流运算单元101的特性为随着转向角θ的绝对值从0开始变大，基本回正控制电流在正和负方向逐渐变大，当绝对值超过规定值时，基本回正控制电流逐渐变小的点对称的抛物线状特性。还有，如图6所示，目标转向速度运算单元102的特性为随着转向角θ从0开始变大(变小)，目标转向速度在负方向(正方向)变大的点对称特性。也就是说，目标转向速度运算单元102的特性为随着转向角θ的绝对值从0开始变大，目标转向速度在负和正方向逐渐变大的点对称特性。
由基本回正控制电流运算单元101运算出的基本回正控制电流Ibr被输入到作为补正单元的乘法单元107中，由目标转向速度运算单元102运算出的目标转向速度ωt被加法输入到减法单元104中。转向速度ω被作为实际电动机角速度/Gr的比值减法输入到减法单元104中，由减法单元104求出的目标转向速度ωt与电动机角速度/Gr的比值ω之间的偏差ωe被输入到反相单元105中，反相后的偏差“-ωe”被输入到乘法单元106中。
另外，转向角θ被输入到符号单元103中，符号单元103输出如图7所示的在转向角θ的正侧的话则为「+1」在负侧的话则为「-1」的符号SN。符号SN被输入到乘法单元106中，与反相后的偏差“-ωe”相乘。在乘法单元106中通过相乘得到的转向速度ωc(＝SN·(-ωe))被输入到作为控制运算单元的PI控制运算单元110中。此外，回正控制增益运算单元由符号单元103、减法单元104、反相单元105、乘法单元106和PI控制运算单元110构成。
PI控制运算单元110由比例(P)运算单元111、积分(I)运算单元112、积分增益单元113和加法单元114构成，其中，比例运算单元111对转向速度ωc进行比例控制运算；积分运算单元112对转向速度ωc进行积分运算；积分增益单元113将积分增益I与积分运算单元112的输出相乘；加法单元114将比例运算单元111的输出和积分增益单元113的输出相加，并输出回正控制增益Gc。PI控制运算单元110对转向速度ωc进行控制运算后，输出回正控制增益Gc。
具有如图8所示的特性的限制器108将在PI控制运算单元110中通过控制运算而得到的回正控制增益Gc的最大输出值限制在“1.0”，最大输出值被限制在“1.0”的回正控制增益Gc被输入到乘法单元107中。乘法单元107将基本回正控制电流Ibr与回正控制增益Gc相乘，并输出作为乘法结果的回正控制电流Irc。回正控制电流Irc被减法输入到减法单元181中。减法单元181生成从电流指令值Iref2中减去回正控制电流Irc而得到的补偿电流指令值Iref3a。
在这样的结构中，参照图9的流程图来说明其动作例。
首先，从转向角传感器15输入并读取转向角θ，从车速传感器12输入并读取车速Vel(步骤S1)，转向速度运算单元180基于转向角θ运算出转向速度ω(对转向角θ进行微分来求出转向速度ω)(步骤S2)。另外，也可以从CAN输入转向角θ和车速Vel。
基本回正控制电流运算单元101基于转向角θ和车速Vel运算出基本回正控制电流Ibr，并将其输入到乘法单元107中(步骤S3)。还有，目标转向速度运算单元102基于转向角θ和车速Vel运算出目标转向速度ωt(步骤S4)，减法单元104运算出转向速度(实际电动机角速度/Gr的比值)ω与目标转向速度ωt之间的偏差ωe(步骤S5)，反相单元105使偏差ωe反相，并将反相后的偏差“-ωe”输入到乘法单元106中(步骤S6)。
还有，符号单元103计算出有关转向角θ的符号(步骤S7)，乘法单元106将符号SN与偏差“-ωe”相乘(步骤S8)，被赋予了符号的偏差ωc被输入到PI控制运算单元110中。PI控制运算单元110进行由比例运算单元111进行的比例控制运算和由积分运算单元112以及积分增益单元113进行的积分控制运算，在加法单元114进行比例控制运算和积分控制运算的加法，从加法单元114输出回正控制增益Gc(步骤S9)。回正控制增益Gc在限制器108中最大值被限制在“1.0”然后被输入到乘法单元107中，乘法单元107根据回正控制增益Gc补正基本回正控制电流Ibr(将基本回正控制电流Ibr与回正控制增益Gc相乘)，并输出回正控制电流Irc(步骤S10)。回正控制电流Irc被减法输入到减法单元181中，减法单元181生成从电流指令值Iref2中减去回正控制电流Irc而得到的被补偿的电流指令值Iref3a(步骤S11)，以后，实行与前述同样的转向控制。
如上所述，在本发明中，根据转向角θ和车速Vel运算出基本回正控制电流Ibr，因此，可以在SAT(自对准扭矩)小并且转向盘回正不好的车辆状态时增大回正控制电流Irc，在SAT大并且转向盘回正的车辆状态时减小回正控制电流Irc。还有，在不需要转向盘回正控制的例如打死转向盘(据え切り)等的车速范围内，不实行转向盘回正控制。
因为目标转向速度ωt是转向盘回正转向时(ハンドル戻し操舵時)的目标速度，所以如图6所示，被定义成转向角θ为正，目标转向速度ωt为负。通过使偏差ωe的符号反相并与转向角θ的符号SN相乘，在转向角θ和转向速度ω一致的情况下，当转向盘以比目标转向速度ωt快的转向速度回正的时候，赋予符号后的偏差ωc为正，当转向盘以比目标转向速度ωt慢的转向速度回正的时候，赋予符号后的偏差ωc为负。当赋予符号后的偏差ωc被输入到PI控制运算单元110中，并且PI控制运算单元110求出了回正控制增益Gc的时候，转向速度ω越比目标转向速度ωt快，回正控制增益Gc在负的方向就越大；转向速度ω越比目标转向速度ωt慢，回正控制增益Gc在正的方向就越大。通过将回正控制增益Gc与基本回正控制电流Ibr相乘来进行补正，以便求出回正控制电流Irc。回正控制电流Irc根据偏差ωe而增减(回正控制电流Irc的大小根据偏差ωe而发生变化)，在比目标转向速度ωt慢的转向的时候，增大用于使转向盘返回到中心(中立点)的回正辅助扭矩，在比目标转向速度ωt慢的情况下，减小辅助扭矩，或，作为用于使速度变慢的制动扭矩(ブレーキトルク)输出。
在本发明中，因为PI控制运算单元110从偏差ωe求出回正控制增益Gc，并使回正控制电流Irc的大小发生变化，因为进行控制以便转向盘以目标转向速度ωt回正，所以可以实现平稳的转向盘回正。另外，回正控制增益Gc在限制器108中被限制了最大值之后与基本回正控制电流Ibr相乘，将限制器108的上限值设为1倍。在快速打转向盘并且转向角θ为正的情况下，转向速度ω为正。此时，目标转向速度ωt为负，因为从负的目标转向速度ωt中减去正的转向速度ω，所以偏差ωe一定为负。因为赋予符号后的偏差被反相之后与转向角θ的符号SN相乘，所以为正。因此，PI控制运算单元110的积分值在正方向被积蓄起来。通过将限制器108设置在PI控制运算的后级，回正控制增益Gc保持在上限值(＝1.0)。因此，基本回正控制电流Ibr被直接作为回正控制电流Irc输出。从而，在快速打转向盘时，回正控制电流Irc被作为与转向角θ和车速Vel相对应的补偿量输出，因为转向速度ω与补偿量没有关联，所以不会让驾驶员感觉到粘性感，但可以让驾驶员感觉到伪路面反力(擬似的な路面反力)。
此外，在图4中，尽管乘法单元106将偏差“-ωe”与符号SN相乘后将其输入到PI控制运算单元110中，如图4的虚线所示，在本发明中，也可以将乘法单元109设置在PI控制运算单元110的输出单元(出力部)，并且，也可以将偏差“-ωe”直接输入到PI控制运算单元110中，乘法单元109将来自PI控制运算单元110的回正控制增益Gc与符号SN相乘后，并将其输入到限制器108中。
与图4相对应的图10～图13表示转向盘回正控制单元100的回正控制增益运算单元的其他的结构例。下面，对各个实施方式进行说明。
图10的实施方式为这样的实施方式，即，在图4的PI控制运算单元110的结构中附加了微分(D)控制运算并将其作为PID控制运算单元120，删除乘法单元106，作为乘法单元106的替代，将与符号SN相乘的乘法单元109设置在PID控制运算单元120的输出单元。也就是说，作为D控制运算，设置用于对转向速度ωc进行微分运算的微分(D)运算单元121和用于将微分增益D与微分运算单元121的输出相乘的微分增益单元122，加法单元123将微分增益单元122的输出、比例运算单元111的输出以及积分增益单元113的输出相加起来后，再输出回正控制增益Gc。然后，乘法单元109将回正控制增益Gc与符号SN相乘后，并将其输入到限制器108中。
在本实施方式中，回正控制增益运算单元由符号单元103、减法单元104、反相单元105、乘法单元109和PID控制运算单元120构成。
在本实施方式中，因为微分(D)控制可以根据偏差的变化量来改变控制增益，所以在偏差的变化量大的情况下，回正控制增益变大。从而，通过追加微分(D)控制，可以改善对目标转向速度的控制速应性。
图11的实施方式为在PI控制运算中附加了D先行型控制运算并将其作为PI-D控制运算单元的实施方式，作为控制运算单元，其具备PI控制运算单元110和D控制运算单元130，将乘法单元109设置在PI控制运算单元110的输出单元。还有，设有使转向速度ω反相的反相单元105A，D控制运算单元130内的微分运算单元131对反相后的转向速度-ω进行微分运算，然后，微分增益单元132将微分增益D与微分运算单元131的输出相乘，在微分增益单元132中得到的结果被减法输入到PI控制运算单元110内的减法单元115中。积分运算的结果被加法输入到减法单元115中。加法单元114将在减法单元115中得到的差与比例运算的结果相加后，输出回正控制增益Gc。回正控制增益Gc在乘法单元109与符号SN相乘后，被输入到限制器108中。
在本实施方式中，回正控制增益运算单元由符号单元103、减法单元104、反相单元105以及105A、乘法单元109、PID控制运算单元110和D控制运算单元130构成。
本实施方式的微分先行型PID控制通过不将偏差作为微分(D)控制的输入信号而是将转向速度作为微分(D)控制的输入信号，即使在目标转向速度突然发生变化的情况下，也可以防止微分(D)控制的输出发生变动和回正控制增益突然发生变化，同时，因为使微分(D)控制在由外部干扰造成的转向速度变化中起到作用，还可以实现平稳的转向盘回正控制。
图12的实施方式为在I控制运算中附加了PD先行型控制运算并将其作为I-PD控制运算单元的实施方式，作为控制运算单元，其具备I控制运算单元140和PD控制运算单元150。还有，和图11的实施方式一样，图12的实施方式设有反相单元105A。图12的实施方式在PD控制运算单元150内的比例运算单元154中对反相后的转向速度-ω进行P控制运算，同时，在微分运算单元152中对反相后的转向速度-ω进行微分运算后，在微分增益单元153中将微分增益D与微分运算单元152的输出相乘，然后，在加法单元155中将比例运算结果与微分运算结果相加。加法单元155的加法结果被减法输入到I控制运算单元140内的减法单元143中。另外，I控制运算单元140内的积分运算单元141对来自反相单元105的转向速度-ωe进行积分运算，然后，积分增益单元142将积分增益I与积分运算单元141的输出相乘，在积分增益单元142中得到的结果被加法输入到减法单元143中。减法单元143从I控制运算单元140的积分运算结果中减去PD控制运算单元150的结果后，输出回正控制增益Gc。回正控制增益Gc在乘法单元109与符号SN相乘后，被输入到限制器108中。
在本实施方式中，回正控制增益运算单元由符号单元103、减法单元104、反相单元105以及105A、乘法单元109、I控制运算单元140和PD控制运算单元150构成。
本实施方式的比例微分先行型PID控制通过不将偏差作为微分(D)控制的输入信号而是将转向速度作为微分(D)控制的输入信号，即使在目标转向速度突然发生变化的情况下，也可以防止比例(P)控制和微分(D)控制的各个输出发生变动和回正控制增益突然发生变化，同时，因为使比例(P)控制和微分(D)控制在由外部干扰造成的转向速度变化中起到作用，还可以实现平稳的转向盘回正控制。
图13的实施方式为在I控制运算中附加了P先行型控制运算并将其作为I-P控制运算单元的实施方式，作为控制运算单元，其具备I控制运算单元140和P控制运算单元160。和图11的实施方式一样，图13的实施方式设有反相单元105A和乘法单元106A。在图13的实施方式中，P控制运算单元160内的比例运算单元161对乘法单元106A的乘法结果进行比例运算，在比例运算单元161中得到的结果被减法输入到I控制运算单元140内的减法单元143中。还有，I控制运算单元140内的积分运算单元141对转向速度ωc进行积分运算,然后，积分增益单元142将积分增益I与积分运算单元141的输出相乘，在积分增益单元142中得到的结果被加法输入到减法单元143中。减法单元143从I控制运算单元140的积分运算结果中减去PD控制运算单元150的结果后，输出回正控制增益Gc。
此外，在图13中，尽管乘法单元106将偏差“-ωe”与符号SN相乘后将其输入到I控制运算单元140中，同时，乘法单元106A将转向速度“-ω”与符号SN相乘后将其输入到P控制运算单元160中，如图13的虚线所示，在本发明中，也可以将乘法单元109设置在I控制运算单元140的输出单元，并且，也可以将偏差“-ωe”直接输入到I控制运算单元140中，还可以将转向速度“-ω”直接输入到P控制运算单元160中，乘法单元109将来自I控制运算单元140的回正控制增益Gc与符号SN相乘后，并将其输入到限制器108中。
在本实施方式中，回正控制增益运算单元由符号单元103、减法单元104、反相单元105以及105A、乘法单元106以及106A(或109)、I控制运算单元140和P控制运算单元160构成。
因为在本实施方式的比例先行型PI控制中没有微分(D)控制，所以可以简化控制逻辑(制御ロジック)，同时，本实施方式的比例先行型PI控制通过不将偏差作为比例(P)控制的输入信号而是将转向速度作为比例(P)控制的输入信号，即使在目标转向速度突然发生变化的情况下，也可以防止比例(P)控制的输出发生变动和回正控制增益突然发生变化，同时，因为使比例(P)控制在由外部干扰造成的转向速度变化中起到作用，还可以实现平稳的转向盘回正控制。
附图标记说明
1 转向盘(方向盘)
2 柱轴(转向轴、方向盘轴)
3 减速齿轮
10 扭矩传感器
11 点火开关
12 车速传感器
13 电池
15 转向角传感器
20 电动机
30 控制单元(ECU)
100 转向盘回正控制单元
101 基本回正控制电流运算单元
102 目标转向速度运算单元
103 符号单元
105、105A 反相单元
108 限制器
110 PI控制运算单元
120 PID控制运算单元
130 D控制运算单元
140 I控制运算单元
150 PD控制运算单元
160 P控制运算单元
180 转向速度运算单元

Claims (22)

1.一种电动助力转向装置，其基于转向扭矩和车速运算出电流指令值，基于所述电流指令值来驱动电动机，通过所述电动机的驱动控制来对转向系统进行辅助控制，其特征在于：
具备转向盘回正控制单元，其根据转向角、所述车速和电动机角速度/Gr的比值运算出回正控制电流并以通过从所述电流指令值中减去所述回正控制电流而得到的补偿电流指令值来驱动所述电动机，
所述转向盘回正控制单元由基本回正控制电流运算单元、目标转向速度运算单元、回正控制增益运算单元、限制器和补正单元构成，
所述基本回正控制电流运算单元基于转向角和所述车速运算出基本回正控制电流；
所述目标转向速度运算单元基于所述转向角和所述车速运算出目标转向速度；
所述回正控制增益运算单元求出所述目标转向速度与所述电动机角速度/Gr的比值之间的偏差并对其进行符号处理，同时，根据P控制运算、I控制运算和D控制运算中的至少两个控制运算来运算出回正控制增益；
所述限制器限制所述回正控制增益的最大值；
所述补正单元根据所述限制器的输出增益对所述基本回正控制电流进行补正并输出所述回正控制电流。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述回正控制增益运算单元由减法单元、反相单元、符号单元、乘法单元和控制运算单元构成，
所述减法单元求出所述目标转向速度与所述电动机角速度/Gr的比值之间的偏差；
所述反相单元使所述偏差反相；
所述符号单元求出所述转向角的正或负的符号；
所述乘法单元将所述符号与来自所述反相单元的反相偏差相乘；
所述控制运算单元通过对所述乘法单元的输出进行P控制运算和I控制运算后并将其相加来输出所述回正控制增益。
3.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述回正控制增益运算单元由减法单元、反相单元、符号单元、控制运算单元和乘法单元构成，
所述减法单元求出所述目标转向速度与所述电动机角速度/Gr的比值之间的偏差；
所述反相单元使所述偏差反相；
所述符号单元求出所述转向角的正或负的符号；
所述控制运算单元通过对所述反相单元的输出进行P控制运算和I控制运算后并将其相加来输出所述回正控制增益；
所述乘法单元将所述符号与所述回正控制增益相乘。
4.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述回正控制增益运算单元由减法单元、反相单元、符号单元、控制运算单元和乘法单元构成，
所述减法单元求出所述目标转向速度与所述电动机角速度/Gr的比值之间的偏差；
所述反相单元使所述偏差反相；
所述符号单元求出所述转向角的正或负的符号；
所述控制运算单元通过对所述反相单元的输出进行P控制运算、I控制运算和D控制运算后并将其相加来输出所述回正控制增益；
所述乘法单元将所述符号与所述回正控制增益相乘。
5.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述回正控制增益运算单元由减法单元、第1反相单元、符号单元、第2反相单元、控制运算单元和乘法单元构成，
所述减法单元求出所述目标转向速度与所述转向速度之间的偏差；
所述第1反相单元使所述偏差反相；
所述符号单元求出所述转向角的正或负的符号；
所述第2反相单元使所述转向速度反相；
所述控制运算单元通过对所述第1反相单元的输出进行P控制运算和I控制运算，对所述第2反相单元的输出进行D控制运算，从所述I控制运算的输出中减去所述D控制运算的输出，然后将所述P控制运算的输出与该减法结果相加，以便输出所述回正控制增益；
所述乘法单元将所述符号与所述回正控制增益相乘。
6.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述回正控制增益运算单元由减法单元、第1反相单元、符号单元、第2反相单元、控制运算单元和乘法单元构成，
所述减法单元求出所述目标转向速度与所述电动机角速度/Gr的比值之间的偏差；
所述第1反相单元使所述偏差反相；
所述符号单元求出所述转向角的正或负的符号；
所述第2反相单元使所述转向速度反相；
所述控制运算单元通过对所述第1反相单元的输出进行I控制运算，对所述第2反相单元的输出进行P控制运算和D控制运算，从所述I控制运算的输出中减去所述P控制运算和所述D控制运算的加法结果，以便输出所述回正控制增益；
所述乘法单元将所述符号与所述回正控制增益相乘。
7.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述回正控制增益运算单元由减法单元、第1反相单元、符号单元、第1乘法单元、第2反相单元、第2乘法单元和控制运算单元构成，
所述减法单元求出所述目标转向速度与所述电动机角速度/Gr的比值之间的偏差；
所述第1反相单元使所述偏差反相；
所述符号单元求出所述转向角的正或负的符号；
所述第1乘法单元将所述符号与来自所述第1反相单元的反相偏差相乘；
所述第2反相单元使所述转向速度反相；
所述第2乘法单元将所述正负符号与来自所述第2反相单元的反相转向速度相乘；
所述控制运算单元通过对所述第1乘法单元的输出进行I控制运算，对所述第2乘法单元的输出进行P控制运算，从所述I控制运算的输出中减去所述P控制运算的输出，以便输出所述回正控制增益。
8.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述回正控制增益运算单元由减法单元、第1反相单元、符号单元、第2反相单元、控制运算单元和乘法单元构成，
所述减法单元求出所述目标转向速度与所述电动机角速度/Gr的比值之间的偏差；
所述第1反相单元使所述偏差反相；
所述符号单元求出所述转向角的正或负的符号；
所述第2反相单元使所述转向速度反相；
所述控制运算单元通过对所述第1反相单元的输出进行I控制运算，对所述第2反相单元的输出进行P控制运算，从所述I控制运算的输出中减去所述P控制运算的输出，以便输出所述回正控制增益；
所述乘法单元将所述符号与所述回正控制增益相乘。
9.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述最大值为1.0，所述补正单元为乘法单元。
10.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述基本回正控制电流运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述基本回正控制电流在正和负方向逐渐变大，当所述绝对值超过规定值时，所述基本回正控制电流逐渐变小的点对称的抛物线状特性。
11.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述基本回正控制电流运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述基本回正控制电流在正和负方向逐渐变大，当所述绝对值超过规定值时，所述基本回正控制电流逐渐变小的点对称的抛物线状特性。
12.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述基本回正控制电流运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述基本回正控制电流在正和负方向逐渐变大，当所述绝对值超过规定值时，所述基本回正控制电流逐渐变小的点对称的抛物线状特性。
13.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述基本回正控制电流运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述基本回正控制电流在正和负方向逐渐变大，当所述绝对值超过规定值时，所述基本回正控制电流逐渐变小的点对称的抛物线状特性。
14.根据权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述基本回正控制电流运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述基本回正控制电流在正和负方向逐渐变大，当所述绝对值超过规定值时，所述基本回正控制电流逐渐变小的点对称的抛物线状特性。
15.根据权利要求6所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述基本回正控制电流运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述基本回正控制电流在正和负方向逐渐变大，当所述绝对值超过规定值时，所述基本回正控制电流逐渐变小的点对称的抛物线状特性。
16.根据权利要求7所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述基本回正控制电流运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述基本回正控制电流在正和负方向逐渐变大，当所述绝对值超过规定值时，所述基本回正控制电流逐渐变小的点对称的抛物线状特性。
17.根据权利要求8所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述基本回正控制电流运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述基本回正控制电流在正和负方向逐渐变大，当所述绝对值超过规定值时，所述基本回正控制电流逐渐变小的点对称的抛物线状特性。
18.根据权利要求9所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述基本回正控制电流运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述基本回正控制电流在正和负方向逐渐变大，当所述绝对值超过规定值时，所述基本回正控制电流逐渐变小的点对称的抛物线状特性。
19.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述目标转向速度运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述目标转向速度在负和正方向逐渐变大的点对称特性。
20.根据权利要求9所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述目标转向速度运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述目标转向速度在负和正方向逐渐变大的点对称特性。
21.根据权利要求10所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述目标转向速度运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述目标转向速度在负和正方向逐渐变大的点对称特性。
22.根据权利要求18所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述目标转向速度运算单元为车速感应型，并具有随着所述转向角的绝对值从0开始变大，所述目标转向速度在负和正方向逐渐变大的点对称特性。
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