CN106794863A - 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不改变PI控制增益，而是基于辅助图的特性补偿来抑制转向盘的振动并且提高驾驶员的转向感。本发明的电动助力转向装置，其通过使用输入转向扭矩的辅助图(161)来运算出电流指令值(Ia)，并且基于上述电流指令值(Ia)来驱动电动机，以便对转向系统进行辅助控制，其在辅助图(161)的前一级配置第一补偿单元(162)(相位补偿、BPF、超前型补偿)，并且，在辅助图的后一级配置第二补偿单元(163)(相位补偿、陷波滤波器、滞后型补偿)，基于相对于被输入到第一补偿单元(162)的转向扭矩(Th)的绝对值的梯度增加的特性运算出电流指令值并将其从第二补偿单元(163)输出，以便抑制操作部件的振动。

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，其基于使用输入转向扭矩的辅助图运算出的电流指令值来驱动电动机，以便对车辆的转向系统施加辅助力。本发明特别是涉及一种电动助力转向装置，其通过在辅助图的前一级和后一级插入具有彼此相反的特性的相位补偿单元，或，通过在辅助图的前一级插入带通滤波器(BPF)，在辅助图的后一级插入陷波滤波器(带阻滤波器)，并且，使BPF和陷波滤波器具有彼此相反的传递特性，或，通过在辅助图的前一级插入超前型补偿单元，在辅助图的后一级插入滞后型补偿单元，并且，使超前型补偿单元和滞后型补偿单元具有彼此相反的传递特性，以便抑制因转向盘的惯性和扭力杆的弹簧性而发生的转向盘(操作部件)的振动，并且，抑制使驾驶员感到不舒服的振动并提高了转向感。
背景技术
利用电动机的旋转力对车辆的转向系统施加辅助力的电动助力转向装置(EPS)，将电动机的驱动力经由减速装置由诸如齿轮或传送带之类的传送机构，向转向轴或齿条轴施加辅助力。为了正确地产生辅助力的扭矩，像这样的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、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并使用辅助图(アシストマップ)来进行作为辅助指令的电流指令值的运算，由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Vref来控制供应给电动机20的电流。此外，转向角传感器14不是必须的，也可以不设置转向角传感器14。还有，也可以从与电动机20连接的诸如分解器之类的旋转传感器处获得转向角。
另外，收发车辆的各种信息的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)40被连接到控制单元30，车速Vel也能够从CAN40处获得。此外，收发CAN40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN41也可以被连接到控制单元30。
在这样的电动助力转向装置中，控制单元30主要由CPU(也包含MPU、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对控制单元30的功能和动作进行说明。如图2所示，来自扭矩传感器10的转向扭矩Th和来自车速传感器12的车速Vel被输入到电流指令值运算单元31中。电流指令值运算单元31基于转向扭矩Th和车速Vel并利用具有如图3所示那样的特性(相对于转向扭矩Th的绝对值的梯度增加的特性)的辅助图来运算出电流指令值Iref1。运算出的电流指令值Iref1在加法单元32A与来自用于改善特性的补偿单元34的补偿信号CM相加；相加后得到的电流指令值Iref2在电流限制单元33中被限制了最大值；被限制了最大值的电流指令值Irefm被输入到减法单元32B中以便对其和电动机电流检测值Im进行减法运算。
PI控制单元35对作为在减法单元32B得到的减法结果的偏差I(＝Irefm－Im)进行PI控制；经过PI控制后得到的电压控制值Vref被输入到PWM控制单元36中，以便运算出占空比；通过PWM信号经过逆变器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的电动机电流值Im，检测出的电动机电流值Im被反馈输入到减法单元32B。还有，诸如分解器之类的旋转传感器21被连接到电动机20，旋转传感器21输出转向角θ。
另外，补偿单元34先在加法单元344将检测出或估计出的自对准扭矩(SAT)与惯性补偿值342相加，然后在加法单元345将在加法单元344得到的加法结果与收敛性控制值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输入到加法单元32A以便进行电流指令值的特性改善。
就这样，在电动助力转向装置中，一般通过电流控制单元内的PI控制来生成用于控制电动机的控制信号，针对每个种类的车辆，将PI控制增益(比例增益以及积分增益)调整到适当的值。
当增大PI控制的增益的时候，则会发生起因于噪音等的异常音和振动。例如，在电动机为有刷电动机的情况下，当进行对转向盘施加转向扭矩并保持转向盘在一定的转向角的保持转向盘不动的操作的时候，则因为整流子与电刷之间的阻抗发生变化，所以电动机电流会变得不连续，从而会导致发生电流变动，这样就会发生转向盘的振动，还会发生异常音。因此，尽管需要限制PI控制增益以便不发生振动和异常音，但如果就这样限制PI控制增益的话，则电流控制的频率特性会下降，所以存在很难提高辅助的响应性的问题。
此外，即使在使PI控制增益变得足够低的情况下，仍然不能完全回避在转向系统的共振频率附近的振动，而且还并不一定能够获得良好的转向感。
日本特开2006-188183号公报(专利文献1)公开了一种作为解决这样的问题的电动助力转向装置。专利文献1所公开的电动助力转向装置具备用于检测出转向盘的振动的振动检测单元，持续时间计时单元对振动检测单元正在检测振动的持续时间进行计时，增益设定单元根据持续时间计时单元的计时结果对PI控制单元的增益进行可变设定。振动检测单元基于电动机角速度和转向扭矩来检测是否在转向盘上发生了振动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-188183号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，在专利文献1所公开的电动助力转向装置中，为了抑制振动而改变电流控制单元内的PI控制增益，因此，存在起因于PI控制的变化的如上所述那样的不合适的地方，也就是说，存在会给其他的控制和转向感带来影响的可能性。
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，其不改变电流控制单元内的PI控制增益，而是基于辅助图的特性补偿来抑制诸如转向盘之类的操作部件的振动并且提高驾驶员的转向感。
解决技术问题的手段
本发明涉及一种电动助力转向装置，其通过使用输入转向扭矩的辅助图来运算出电流指令值，并且基于所述电流指令值来驱动电动机，以便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：在所述辅助图的前一级配置第一补偿单元，并且，在所述辅助图的后一级配置第二补偿单元，基于相对于被输入到所述第一补偿单元的所述转向扭矩的绝对值的梯度增加的特性运算出所述电流指令值并将其从所述第二补偿单元输出，以便抑制操作部件的振动。
还有，本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地实现，即：所述第一补偿单元为第一相位补偿单元，所述第二补偿单元为第二相位补偿单元，所述第一相位补偿单元和所述第二相位补偿单元为彼此相反的特性；或，所述第一相位补偿单元为相位超前补偿，所述第二相位补偿单元为相位滞后补偿；或，所述第一相位补偿单元的零点的设定频率被设定为低于转向盘频率并且等于或高于3Hz；或，所述第一相位补偿单元的极点的设定频率被设定为高于转向盘频率；或，所述第二相位补偿单元的极点和零点的设定频率分别在相对于所述第一相位补偿单元的极点和零点的设定频率的±10％的范围内；或，所述第一补偿单元为带通滤波器，所述第二补偿单元为陷波滤波器，所述带通滤波器和所述陷波滤波器为彼此相反的传递特性；或，所述带通滤波器和所述陷波滤波器的阶数均为二阶或二阶以上；或，在所述带通滤波器中设定的高峰频率被设定在转向盘频率的附近；或，在所述陷波滤波器中设定的高峰频率在相对于在所述带通滤波器中设定的高峰频率的±10％的范围内；或，所述第一补偿单元为超前型补偿单元，所述第二补偿单元为滞后型补偿单元，所述超前型补偿单元和所述滞后型补偿单元为彼此相反的传递特性；或，所述超前型补偿单元为一阶超前补偿，所述滞后型补偿单元为一阶滞后补偿；或，所述超前型补偿单元为二阶或二阶以上的超前补偿，所述滞后型补偿单元为二阶或二阶以上的滞后补偿；或，在所述超前型补偿单元中设定的截止频率被设定为低于转向盘频率并且等于或高于转向范围的3Hz；或，在所述滞后型补偿单元中设定的截止频率在相对于在所述超前型补偿单元中设定的截止频率的±10％的范围内；或，所述辅助图为车速感应型。
发明效果
根据本发明的电动助力转向装置，因为在使用辅助图来进行电流指令值的运算的时候，在进行基于辅助图的运算之前，进行相位超前补偿，在运算之后，进行具有相反的特性的相位滞后的相位补偿，或，在进行基于辅助图的运算之前，通过BPF来增大滤波器通过信号成分的振幅，在运算之后，使用具有相反的传递特性的陷波滤波器来进行特性补偿，或，在进行基于辅助图的运算之前，进行超前型补偿，在运算之后，进行具有相反的传递特性的滞后型补偿，所以不需要改变电流控制单元内的PI控制增益就能够抑制在诸如转向盘之类的操作部件上发生的振动，并且还能够提高驾驶员的转向感。
还有，根据本发明的电动助力转向装置，能够减少因诸如制动颤振(ブレーキジャダー)、摆振(シミー)之类的车辆底盘(車両の足回り)的共振的影响而发生的转向盘振动、由当行驶在难走的路(悪路)上的时侯力从路面被传递到转向系统所造成的转向盘振动和起因于其他的因素的转向盘振动。
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是表示电动助力转向装置的控制系统的结构示例的结构框图。
图3是表示用于运算出电流指令值的辅助图的一个示例的特性图。
图4是表示本发明的结构示例的结构框图。
图5是表示本发明的具有补偿功能的电流指令值运算单元的结构示例(第一实施方式)的结构框图。
图6是表示SAT补偿值运算单元的结构示例的结构框图。
图7是表示本发明的动作示例(第一实施方式)的流程图。
图8是表示相位补偿单元(相位超前)的特性的一个示例的特性图。
图9是表示相位补偿单元(相位滞后)的特性的一个示例的特性图。
图10是表示相位补偿单元(相位超前、相位滞后)的特性示例的波德图。
图11是表示转向扭矩的时间响应性的示例(有补偿、没有补偿)的特性图。
图12是表示本发明的具有补偿功能的电流指令值运算单元(第二实施方式)的结构示例的结构框图。
图13是表示本发明的动作示例(第二实施方式)的流程图。
图14是表示BPF的特性的一个示例的特性图。
图15是表示陷波滤波器的特性的一个示例的特性图。
图16是表示BPF以及陷波滤波器的特性示例的波德图。
图17是表示转向扭矩的时间响应性的示例(有补偿、没有补偿)的特性图。
图18是表示本发明的具有补偿功能的电流指令值运算单元的结构示例(第三实施方式)的结构框图。
图19是表示本发明的动作示例(第三实施方式)的流程图。
图20是表示超前型补偿单元的特性的一个示例的特性图。
图21是表示滞后型补偿单元的特性的一个示例的特性图。
图22是表示补偿单元(超前型、滞后型)的特性示例的波德图。
图23是表示转向扭矩的时间响应性的示例(有补偿、没有补偿)的特性图。
具体实施方式
本发明不改变电流控制单元内的PI控制增益，而是通过在用于运算出电流指令值的辅助图的前一级使用相位超前补偿，在辅助图的后一级使用相位滞后补偿，或，通过在用于运算出电流指令值的辅助图的前一级配置带通滤波器(BPF)，在辅助图的后一级配置具有相反的传递特性的陷波滤波器(带阻滤波器)，进行特性补偿，或，通过在用于运算出电流指令值的辅助图的前一级使用超前型补偿，在辅助图的后一级使用具有相反的传递特性的滞后型补偿，以便抑制诸如转向盘之类的操作部件的振动，从而不会影响到转向时(等于或小于3Hz左右)的转向感，并且在抑制在转向盘频率10Hz的方向上起作用，还能够把对其他的控制和转向感的影响限制在最低限度。
在本发明中，通过在辅助图的前一级和后一级分别插入具有彼此相反的特性的相位补偿单元以便能够抑制振动，或，通过在辅助图的前一级和后一级分别插入具有彼此相反的传递特性的BPF和陷波滤波器以便能够抑制振动，或，在辅助图的前一级配置一阶型、二阶型或更高阶型的超前型补偿单元，并且，在辅助图的后一级配置具有相反的传递特性的一阶型、二阶型或更高阶型的滞后型补偿单元，以便能够抑制转向盘振动，在上述任一种情况下，都可以提高驾驶员的转向感。
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图4示出了本发明的结构示例。如图4所示，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使用转向扭矩Th、车速Vel、转向角速度(电动机角速度)ω以及转向角加速度(电动机角加速度)α来进行控制；电动机系统控制单元120进行与通过由逆变器等构成的电动机驱动单元23来进行的电动机20的驱动相关的控制。
扭矩系统控制单元110由具有补偿功能的电流指令值运算单元160、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和自对准扭矩(SAT)补偿值运算单元150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、外部干扰估计单元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以及126B。
转向扭矩Th被输入到具有补偿功能的电流指令值运算单元160、微分控制单元112、横摆率收敛性控制单元113和SAT补偿值运算单元150中，车速Vel被输入到具有补偿功能的电流指令值运算单元160中，横摆率收敛性控制单元113将车速Vel作为参数输入。尽管具有补偿功能的电流指令值运算单元160基于转向扭矩Th和车速Vel并使用辅助图来运算出电流指令值Ia，但在第一实施方式中，如图5所示，在辅助图161的前一级和后一级分别插入具有彼此相反的特性的相位补偿单元162(第一补偿单元)和相位补偿单元163(第二补偿单元)。相位补偿单元162具有相对于被输入进来的转向扭矩Th相位超前的功能，在相位补偿单元162中通过对转向扭矩Th进行相位超前补偿后而得到的相位补偿后的扭矩Th1被输入到辅助图161中。辅助图161具有与图3同样的特性(相对于输入扭矩Th1的绝对值的梯度增加的特性)，并且，为车速感应型，而且，输出与相位补偿后的扭矩Th1相对应的电流指令值(辅助图输出信号)Imap。电流指令值(辅助图输出信号)Imap被输入到后一级的相位补偿单元163中，在相位补偿单元163中通过对电流指令值(辅助图输出信号)Imap进行相位滞后补偿后而得到的电流指令值Ia被输入到加法单元116A中。
将被设置在辅助图161的前一级的相位补偿单元162的相位超前补偿的零点的设定频率[Hz]设定为低于转向盘频率[Hz]，并且，为了通过提高极点以便使得转向盘频率的振动成分不会对转向感造成影响，还将相位补偿单元162的相位超前补偿的零点的设定频率[Hz]设定为等于或高于转向范围的3Hz。将相位补偿单元162的相位超前补偿的极点的设定频率[Hz]设定为大于转向盘频率[Hz]。还有，将被设置在辅助图161的后一级的相位补偿单元163的相位滞后补偿的极点和零点的设定频率[Hz]分别设定在相对于相位补偿单元162的相位超前补偿的极点和零点的设定频率[Hz]的相位补偿单元162成为相位补偿单元163的相反的特性的范围的±10％的范围内。
微分控制单元112具有提高转向的中立点附近的控制的响应性并且实现平滑、流畅的转向的功能。加法单元116A对电流指令值Ia和微分控制单元112的输出进行加法运算，作为在加法单元116A中得到的加法结果的电流指令值Ib被输入到SAT补偿值运算单元150中，同时还被输入到加法单元116B中。
横摆率收敛性控制单元113输入转向扭矩Th和转向角速度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。横摆率收敛性控制单元113的横摆率信号YR在加法单元116B与电流指令值Ib相加，作为在加法单元116B中得到的加法结果的电流指令值Ic被输入到鲁棒稳定化补偿单元114中。
还有，SAT补偿值运算单元150输入转向扭矩Th、来自加法单元116A的电流指令值Ib、来自电动机角速度运算单元123的转向角速度ω和来自电动机角加速度运算单元124的转向角加速度α，估计出SAT值，利用滤波器和增益单元对估计出的SAT值进行信号处理，输出用于将合适的路面信息作为反力赋予给转向盘的SAT补偿值ISAT。SAT补偿值ISAT被输入到加法单元116C中。
还有，通过加法单元116B中进行的加法运算而得到的电流指令值Ic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号公报中所公开的补偿单元，其将被包含在检测出的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性和稳定性的共振频率的相位偏移进行补偿。作为鲁棒稳定化补偿单元114的输出的电流指令值Id在加法单元116C与SAT补偿值ISAT相加，相加后得到的电流指令值Ie被输入到电动机系统控制单元120内的加法单元126A中。
电动机系统控制单元120内的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Im运算出转向角速度(电动机角速度)ω，运算出的转向角速度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补偿值运算单元150中。电动机角加速度运算单元124基于被输入进来的转向角速度ω运算出转向角加速度α，运算出的转向角加速度α被输入到电动机特性补偿单元125和SAT补偿值运算单元150中。电流指令值Ie与来自电动机特性补偿单元125的电动机特性信号Ima在加法单元126A相加后得到的加法结果被作为电流指令值If输入到由微分补偿器等构成的补偿单元121中。在补偿单元121中对电流指令值If进行补偿后得到的电流指令值Ig与外部干扰估计单元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23和外部干扰估计单元122中。
外部干扰估计单元122为日本特开平8-310417号公报中所公开的装置，其能够基于作为电动机输出的控制目标的在补偿单元121中经过补偿后得到的电流指令值Ig与外部干扰估计单元122的输出相加后得到的电流指令值Ih和电动机电流值Im，来维持控制系统的输出基准中所希望的电动机控制特性，从而不会失去控制系统的稳定性。
图6示出了SAT补偿值运算单元150的结构示例。如图6所示，在SAT补偿值运算单元150中，通过加法单元151对相当于辅助力Tm的电流指令值Ib和转向扭矩Th进行加法运算，通过减法单元152从在加法单元151中得到的加法结果中减去转向角加速度α与电动机的惯性J相乘后得到的信号，再通过减法单元153从在减法单元152中得到的减法结果中减去转向角速度ω的正或负的符号与静摩擦Fr相乘后得到的信号。在减法单元153中得到的减法结果为SAT估计值*SAT(例如日本特开2008-18825号公报)，SAT估计值*SAT被输入到具有频率特性的车速感应型的滤波器154中，通过在车速感应型的增益单元155中使在车速感应型的滤波器154中经过滤波处理后的SAT估计值*SAT与增益相乘，能够获得SAT补偿值ISAT。
此外，滤波器154为具有作为静特性增益的使SAT估计值*SAT的大小减少到所需要的足够的值的增益的相位滞后滤波器。还有，增益单元155在诸如在停车状态下转动转向盘(据え切り)、低速行驶之类的路面信息的重要性比较低的情况下，具有减小SAT补偿值ISAT的功能。
在这样的结构中，参照图7的流程图对其动作示例(第一实施方式)进行说明。
首先，输入转向扭矩Th、车速Vel和转向角速度ω(步骤S1)，相位补偿单元162对转向扭矩Th进行相位超前补偿(步骤S2)。图8示出了相位补偿单元162的相位补偿特性示例，在转向扭矩Th因起因于转向盘的惯性和扭力杆的弹簧性的共振而如图8的实线所示那样地发生振动的情况下，转向扭矩Th通过相位超前的相位补偿单元162之后得到的相位补偿后的转向扭矩Th1的相位如图8的虚线所示那样地超前，并且，相位补偿后的转向扭矩Th1的振幅变得大于补偿前的转向扭矩Th的振幅。
接下来，相位补偿后的转向扭矩Th1被输入到辅助图161中以便运算出电流指令值(辅助图输出信号)Imap(步骤S3)，电流指令值Imapa被输入到后一级的相位补偿单元163中以便对其进行相位滞后补偿(步骤S4)。相位补偿单元163的特性为如图9所示的特性，即，针对被输入到相位补偿单元163中的用图9的实线(粗线)表示的电流指令值(辅助图输出信号)Imap，输出用图9的虚线表示的相位滞后并且振幅变小的电流指令值Ia。与没有相位补偿单元160的没有补偿的信号相比，电流指令值Ia的相位没有变化，但其振幅变大。该振动频率的成分的增大会对抑制转向盘的振动起到作用。
此外，图10(A)、(B)的波德图示出了相位补偿单元162的相位超前补偿以及相位补偿单元163的相位滞后补偿的各个增益、各个相位的频率特性。
由具有补偿功能的电流指令值运算单元160运算出的电流指令值Ia在加法单元116A与来自微分控制单元112的微分值相加后变成电流指令值Ib，并且，横摆率收敛性控制单元113计算出横摆率信号YR，通过在加法单元116B中横摆率信号YR与电流指令值Ib相加而得到的电流指令值Ic经由鲁棒稳定化补偿单元114后被作为电流指令值Id输出(步骤S5)。
电流指令值Ib和由电动机角加速度运算单元124运算出的转向角加速度α被输入到SAT补偿值运算单元150中(步骤S10)，通过加法单元151以及152、减法单元153计算出SAT估计值*SAT(步骤S11)。分别在滤波器154和增益单元155中对SAT估计值*SAT进行滤波处理和增益处理(步骤S12)，从增益单元155输出SAT补偿值ISAT(步骤S13)，在加法单元116C中通过SAT补偿值ISAT对电流指令值Id进行补正(步骤S14)，通过在加法单元116C中进行的补正而得到的电流指令值Ie被输入到电动机系统控制单元120中，经由补偿单元121和电动机驱动单元23后驱动电动机20(步骤S20)，重复如上所述的动作直到结束为止(步骤S21)。
图11是表示本发明的动作示例的特性图，其示出了在故意地造成容易发生转向盘振动的状态，松开转向盘并施加了外部干扰扭矩时的转向扭矩(与扭力杆的扭转角成比例)的时间响应(虚线)，并且，还示出了与在辅助图的前一级和后一级分别插入相位补偿的场合的模拟结果(实线)进行的比较。关于在模拟中使用的相位补偿，相位超前为一阶相位超前，相位滞后为一阶相位滞后，并且，它们均具有图10的频率特性。因此，从图11的特性图可知，通过在辅助图的前一级和后一级分别进行相位补偿，能够使振动平息得快，从而振动被抑制。
此外，也可以通过车速感应或扭矩感应来切换在辅助图的前一级和后一级设置的两个相位补偿单元。还有，除了在辅助图的前一级和后一级设置的两个相位补偿单元之外，还可以具备用于检测出转向盘的振动状态的振动状态检测功能，在没有振动的状态，不实施相位补偿，只是仅仅通过(through)两个相位补偿单元而已，当检测出振动状态的时候，实施基于两个相位补偿单元的相位补偿。另外，可以像专利文献1所示的那样基于电动机角速度和转向扭矩来进行振动状态的检测。
即使在本发明的第二实施方式中，尽管具有补偿功能的电流指令值运算单元160A基于转向扭矩Th和车速Vel并使用辅助图来运算出电流指令值Ia，但在第二实施方式中，如图12所示，在辅助图161A的前一级插入BPF162A，并且，在辅助图161A的后一级插入具有相反的传递特性的陷波滤波器163A。BPF162A针对被输入进来的转向扭矩Th只让中心频率(3～10Hz左右)通过，并且，具有对振幅进行放大的功能。在BPF162A中通过对转向扭矩Th进行特性补偿后而得到的带通滤波后的扭矩Th2被输入到辅助图161A中。辅助图161A具有与图3同样的特性(相对于输入扭矩Th2的绝对值的梯度增加的特性)，并且，为车速感应型，而且，输出与带通滤波后的扭矩Th2相对应的电流指令值(辅助图输出信号)ImapA。电流指令值(辅助图输出信号)ImapA被输入到后一级的陷波滤波器163A中，在陷波滤波器163A中通过对电流指令值(辅助图输出信号)ImapA进行特性补偿后而得到的电流指令值Ia被输入到加法单元116A中。
BPF162A和陷波滤波器163A的阶数均为二阶或二阶以上。在被设置在辅助图161A的前一级的BPF162A中设定的高峰频率[Hz]被设定在转向盘频率[Hz]的附近。在被设置在辅助图161A的后一级的陷波滤波器163A中设定的高峰频率[Hz]在相对于在BPF162A中设定的高峰频率[Hz]的±10％的范围内。至多在±10％的范围内获得转向盘减振效果，可以根据感觉来进行细微的调整。
在这样的结构中，参照图13的流程图对其动作示例(第二实施方式)进行说明。
首先，输入转向扭矩Th、车速Vel和转向角速度ω(步骤S30)，BPF162A对转向扭矩Th进行特性补偿(步骤S31)。图14示出了BPF162A的补偿特性示例，在转向扭矩Th因起因于转向盘的惯性和扭力杆的弹簧性的共振而如图14的实线所示那样地发生振动的情况下，转向扭矩Th通过BPF162A之后得到的带通滤波后的转向扭矩Th2的相位如图14的虚线所示那样地超前，并且，带通滤波后的转向扭矩Th2的振幅变得大于补偿前的转向扭矩Th的振幅。
接下来，带通滤波后的转向扭矩Th2被输入到辅助图161A中以便运算出电流指令值(辅助图输出信号)ImapA(步骤S32)，电流指令值ImapaA被输入到后一级的陷波滤波器163A中以便对其进行特性补偿(步骤S33)。陷波滤波器163A的特性为如图15所示的特性，即，针对被输入到陷波滤波器163A中的用图15的实线(粗线)表示的电流指令值(辅助图输出信号)ImapA，输出用图15的虚线表示的相位滞后并且振幅变小的电流指令值Ia。与没有补偿的信号相比，电流指令值Ia的相位没有变化，但其振幅变大。该振动频率的成分的增大会对抑制转向盘的振动起到作用。
此外，图16(A)、(B)的波德图示出了BPF162A以及陷波滤波器163A的各个增益、各个相位的频率特性。
由具有补偿功能的电流指令值运算单元160A运算出的电流指令值Ia在加法单元116A与来自微分控制单元112的微分值相加后变成电流指令值Ib，并且，横摆率收敛性控制单元113计算出横摆率信号YR，通过在加法单元116B中横摆率信号YR与电流指令值Ib相加而得到的电流指令值Ic经由鲁棒稳定化补偿单元114后被作为电流指令值Id输出(步骤S34)。
电流指令值Ib和由电动机角加速度运算单元124运算出的转向角加速度α被输入到SAT补偿值运算单元150中(步骤S40)，通过加法单元151以及152、减法单元153计算出SAT估计值*SAT(步骤S41)。分别在滤波器154和增益单元155中对SAT估计值*SAT进行滤波处理和增益处理(步骤S42)，从增益单元155输出SAT补偿值ISAT(步骤S43)，在加法单元116C中通过SAT补偿值ISAT对电流指令值Id进行补正(步骤S44)，通过在加法单元116C中进行的补正而得到的电流指令值Ie被输入到电动机系统控制单元120中，经由补偿单元121和电动机驱动单元23后驱动电动机20(步骤S45)，重复如上所述的动作直到结束为止(步骤S46)。
图17是表示第二实施方式的动作示例的特性图，其示出了在故意地造成容易发生转向盘振动的状态，松开转向盘并施加了外部干扰扭矩时的转向扭矩(与扭力杆的扭转角成比例)的时间响应(虚线)，并且，还示出了与在辅助图的前一级插入BPF162A，在辅助图的后一级插入具有相反的传递特性的陷波滤波器163A的场合的模拟结果(实线)进行的比较。在模拟中使用的BPF以及陷波滤波器的阶数均为二阶，它们的高峰频率均被设定为6Hz，并且，它们均具有图16的波德图所示那样的频率特性。因此，从图17的特性图可知，通过在辅助图的前一级和后一级分别进行特性补偿，能够使振动平息得快，从而振动被抑制。
此外，也可以通过车速感应或扭矩感应来切换在辅助图的前一级设置的BPF和在辅助图的后一级设置的陷波滤波器。还有，除了在辅助图的前一级设置的BPF和在辅助图的后一级设置的陷波滤波器之外，还可以具备用于检测出转向盘的振动状态的振动状态检测功能，在没有振动的状态，不实施补偿，只是仅仅通过(through)BPF以及陷波滤波器而已，当检测出振动状态的时候，实施基于BPF以及陷波滤波器的补偿。另外，可以像专利文献1所示的那样基于电动机角速度和转向扭矩来进行振动状态的检测。
尽管第三实施方式的具有补偿功能的电流指令值运算单元160B也基于转向扭矩Th和车速Vel并使用辅助图来运算出电流指令值Ia，但在第三实施方式中，如图18所示，在辅助图161B的前一级设有超前型补偿单元162B，在辅助图161B的后一级设有具有相反的传递特性的滞后型补偿单元163B。超前型补偿单元162B具有相对于被输入进来的转向扭矩Th相位超前的功能，在超前型补偿单元162B中通过对转向扭矩Th进行超前补偿后而得到的超前补偿后的扭矩Th3被输入到辅助图161B中。辅助图161B具有与图3同样的特性(相对于输入扭矩Th3的绝对值的梯度增加的特性)，并且，为车速感应型，而且，输出与超前补偿后的扭矩Th3相对应的电流指令值(辅助图输出信号)ImapB。电流指令值(辅助图输出信号)ImapB被输入到后一级的滞后型补偿单元163B中，在滞后型补偿单元163B中通过对电流指令值(辅助图输出信号)ImapB进行滞后补偿后而得到的电流指令值Ia被输入到加法单元116A中。
被设置在辅助图161B的前一级的超前型补偿单元162B可以为一阶型的超前型补偿单元，也可以为二阶型或更高阶型的超前型补偿单元。还有，被设置在辅助图161B的后一级的滞后型补偿单元163B可以为一阶型的滞后型补偿单元，也可以为二阶型或更高阶型的滞后型补偿单元。在超前型补偿单元162B中设定的截止频率[Hz]被设定为低于转向盘频率[Hz]并且等于或高于转向范围的3Hz。另外，在被设置在辅助图161B的后一级的滞后型补偿单元163B中设定的截止频率0[Hz]在相对于在超前型补偿单元162B中设定的截止频率[Hz]的±10％的范围内。至多在±10％的范围内获得转向盘减振效果，可以根据感觉来进行细微的调整。
在这样的结构中，参照图19的流程图对其动作示例(第三实施方式)进行说明。
首先，输入转向扭矩Th、车速Vel和转向角速度ω(步骤S50)，超前型补偿单元162B对转向扭矩Th进行超前补偿(步骤S51)。图20示出了超前型补偿单元162B的一阶型的补偿特性示例，在转向扭矩Th因起因于转向盘的惯性和扭力杆的弹簧性的共振而如图8的实线所示那样地发生振动的情况下，转向扭矩Th通过超前型补偿单元162B之后得到的超前补偿后的转向扭矩Th3的相位如图8的虚线所示那样地超前，并且，超前补偿后的转向扭矩Th3的振幅变得大于补偿前的转向扭矩Th的振幅。
接下来，超前补偿后的转向扭矩Th3被输入到辅助图161B中以便运算出电流指令值(辅助图输出信号)ImapB(步骤S52)，电流指令值ImapaB被输入到后一级的滞后型补偿单元163B中以便对其进行滞后补偿(步骤S53)。滞后型补偿单元163B的一阶型的特性为如图21所示的特性，即，针对被输入到滞后型补偿单元163B中的用图21的实线(粗线)表示的电流指令值(辅助图输出信号)ImapB，输出用图21的虚线表示的相位滞后并且振幅变小的电流指令值Ia。与没有补偿的信号相比，电流指令值Ia的相位没有变化，但其振幅变大。该振动频率的成分的增大会对抑制转向盘的振动起到作用。
此外，图22(A)、(B)的波德图示出了超前型补偿单元162B的超前补偿以及滞后型补偿单元163B的滞后补偿的各个增益、各个相位的频率特性。本例示出了在超前型补偿中设定一阶超前型补偿(截止频率为5Hz)，在滞后型补偿中设定一阶滞后型补偿(截止频率为5Hz)的场合。
由具有补偿功能的电流指令值运算单元160B运算出的电流指令值Ia在加法单元116A与来自微分控制单元112的微分值相加后变成电流指令值Ib，并且，横摆率收敛性控制单元113计算出横摆率信号YR，通过在加法单元116B中横摆率信号YR与电流指令值Ib相加而得到的电流指令值Ic经由鲁棒稳定化补偿单元114后被作为电流指令值Id输出(步骤S54)。
电流指令值Ib和由电动机角加速度运算单元124运算出的转向角加速度α被输入到SAT补偿值运算单元150中(步骤S60)，通过加法单元151以及152、减法单元153计算出SAT估计值*SAT(步骤S61)。分别在滤波器154和增益单元155中对SAT估计值*SAT进行滤波处理和增益处理(步骤S62)，从增益单元155输出SAT补偿值ISAT(步骤S63)，在加法单元116C中通过SAT补偿值ISAT对电流指令值Id进行补正(步骤S64)，通过在加法单元116C中进行的补正而得到的电流指令值Ie被输入到电动机系统控制单元120中，经由补偿单元121和电动机驱动单元23后驱动电动机20(步骤S65)，重复如上所述的动作直到结束为止(步骤S66)。
图23是表示第三实施方式的动作示例的特性图，其示出了在故意地造成容易发生转向盘振动的状态，松开转向盘并施加了外部干扰扭矩时的转向扭矩(与扭力杆的扭转角成比例)的时间响应(虚线)，并且，还示出了与在辅助图的前一级插入超前型补偿，在辅助图的后一级插入滞后型补偿的场合的模拟结果(实线)进行的比较。关于在模拟中使用的补偿的阶数，超前以及滞后均为一阶，并且，它们均具有图22的频率特性。为在超前型补偿中设定一阶超前型补偿(截止频率为5Hz)，在滞后型补偿中设定一阶滞后型补偿(截止频率为5Hz)的场合。因此，从图23的特性图可知，通过在辅助图的前一级和后一级分别实施具有彼此相反的传递特性的补偿，能够使振动平息得快，从而振动被抑制。
此外，也可以通过车速感应或扭矩感应来切换在辅助图的前一级和后一级设置的两个补偿单元。还有，除了在辅助图的前一级和后一级设置的两个补偿单元之外，还可以具备用于检测出转向盘的振动状态的振动状态检测功能，在没有振动的状态，不实施特性补偿，只是仅仅通过(through)两个补偿单元而已，当检测出振动状态的时候，实施基于两个补偿单元的特性补偿。另外，可以像专利文献1所示的那样基于电动机角速度和转向扭矩来进行振动状态的检测。
附图标记说明
1 转向盘
2 柱轴(转向轴或方向盘轴)
10 扭矩传感器
12 车速传感器
13 电池
20 电动机
23 电动机驱动单元
30、100 控制单元(ECU)
31 电流指令值运算单元
35 PI控制单元
36 PWM控制单元
110 扭矩系统控制单元
120 电动机系统控制单元
122 外部干扰估计单元
150 SAT估计值运算单元
160 具有相位补偿功能的电流指令值运算单元
161、161A、161B 辅助图
162 相位补偿单元(相位超前)
162A 带通滤波器(BPF)
162B 超前型补偿单元
163 相位补偿单元(相位滞后)
163A 陷波滤波器
163B 滞后型补偿单元

Claims (16)

1.一种电动助力转向装置，其通过使用输入转向扭矩的辅助图来运算出电流指令值，并且基于所述电流指令值来驱动电动机，以便对转向系统进行辅助控制，其特征在于：
在所述辅助图的前一级配置第一补偿单元，并且，在所述辅助图的后一级配置第二补偿单元，基于相对于被输入到所述第一补偿单元的所述转向扭矩的绝对值的梯度增加的特性运算出所述电流指令值并将其从所述第二补偿单元输出，以便抑制操作部件的振动。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第一补偿单元为第一相位补偿单元，所述第二补偿单元为第二相位补偿单元，所述第一相位补偿单元和所述第二相位补偿单元为彼此相反的特性。
3.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第一相位补偿单元为相位超前补偿，所述第二相位补偿单元为相位滞后补偿。
4.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第一相位补偿单元的零点的设定频率被设定为低于转向盘频率并且等于或高于3Hz。
5.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第一相位补偿单元的极点的设定频率被设定为高于转向盘频率。
6.根据权利要求3至5中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第二相位补偿单元的极点和零点的设定频率分别在相对于所述第一相位补偿单元的极点和零点的设定频率的±10％的范围内。
7.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第一补偿单元为带通滤波器，所述第二补偿单元为陷波滤波器，所述带通滤波器和所述陷波滤波器为彼此相反的传递特性。
8.根据权利要求7所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述带通滤波器和所述陷波滤波器的阶数均为二阶或二阶以上。
9.根据权利要求7或8所述的电动助力转向装置，其特征在于：在所述带通滤波器中设定的高峰频率被设定在转向盘频率的附近。
10.根据权利要求9所述的电动助力转向装置，其特征在于：在所述陷波滤波器中设定的高峰频率在相对于在所述带通滤波器中设定的高峰频率的±10％的范围内。
11.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述第一补偿单元为超前型补偿单元，所述第二补偿单元为滞后型补偿单元，所述超前型补偿单元和所述滞后型补偿单元为彼此相反的传递特性。
12.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述超前型补偿单元为一阶超前补偿，所述滞后型补偿单元为一阶滞后补偿。
13.根据权利要求11所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述超前型补偿单元为二阶或二阶以上的超前补偿，所述滞后型补偿单元为二阶或二阶以上的滞后补偿。
14.根据权利要求11至13中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于：在所述超前型补偿单元中设定的截止频率被设定为低于转向盘频率并且等于或高于转向范围的3Hz。
15.根据权利要求14所述的电动助力转向装置，其特征在于：在所述滞后型补偿单元中设定的截止频率在相对于在所述超前型补偿单元中设定的截止频率的±10％的范围内。
16.根据权利要求1至15中任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述辅助图为车速感应型。
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