CN107000785A - 电动助力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动助力转向装置，其能够在保持转向盘不动时、低速转向时减少因噪音造成的不协调的感觉，还能够在高速转向时实现没有相位滞后的平滑的转向。本发明的电动助力转向装置具有至少基于转向扭矩来运算出电流指令值的扭矩控制单元，并且，通过基于电流指令值的电流控制系统来驱动电动机，以便对转向系统进行辅助控制，其具备电动机角速度运算单元、电动机角加速度运算单元和稳定性补偿单元，其中，电动机角速度运算单元基于电动机旋转角度来运算出电动机角速度，电动机角加速度运算单元基于电动机角速度来运算出电动机角加速度，稳定性补偿单元基于电动机角速度、电动机角加速度(根据需要追加车速)来运算出补偿用转向扭矩以及补偿用电流指令值，并且，通过补偿用转向扭矩来补偿转向扭矩，通过补偿用电流指令值来补偿电流指令值。

Description

电动助力转向装置

技术领域

本发明涉及一种对车辆的转向系统施加由电动机产生的转向辅助力的电动助力转向装置，特别是涉及一种高性能的电动助力转向装置，其为了在低速转向时减少因噪音造成的不协调的感觉，并且在高速转向时实现没有相位滞后的平滑的转向，通过基于电动机角速度或者基于电动机角速度以及车速来变更滤波器单元的截止频率，从而减少了微小振动并且还提高了转向感觉。

背景技术

电动助力转向装置(EPS)利用电动机的旋转力对车辆的转向系统施加转向辅助力(辅助力)，其将电动机的驱动力经由减速装置通过诸如齿轮或传送皮带之类的传送机构作为转向辅助力施加给转向轴或齿条轴。为了准确地产生转向辅助力的扭矩，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，以便使转向辅助指令值(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 ratio)来进行。

参照图1对电动助力转向装置的一般结构进行说明。如图1所示，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，并且，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30。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，进行作为辅助指令的电流指令值的运算，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相连接的诸如分解器之类的旋转传感器处来获得转向角。

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或类似装置)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被输入到用于通过使用辅助图(アシストマップ)等来运算出电流指令值并实施补偿等的扭矩控制单元31中。由扭矩控制单元31运算出的电流指令值Iref1在电流限制单元33中被限制了最大值，被限制了最大值后得到的电流指令值Irefm被输入到减法单元32B中，减法单元32B对电流指令值Irefm和电动机电流检测值Im进行减法运算。

作为在减法单元32B中得到的减法结果的偏差I(＝Irefm-Im)被输入到用于进行诸如PI(比例积分)控制之类的控制的电流控制单元35中，经过电流控制后得到的电压控制值Vref被输入到PWM控制单元36中，与载波信号CF同步以便运算出占空比，通过PWM信号并经由逆变器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，由电动机电流检测器38检测出的电动机电流值Im被反馈输入到减法单元32B中。

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输出电动机角度θ。

在这样的电动助力转向装置中，在保持转向盘不动的时候或者在低速转向的时候，有时会产生微小振动，从而会给驾驶员带来一种不协调的感觉。作为其中的一个原因被列举的是电动机角加速度信号的高频噪声。

针对这样的高频噪声，作为利用了电动机角加速度的补偿器，日本专利第4715212号公报(专利文献1)提出了这样一种电动助力转向装置，其通过在高频范围进行路面信息以及外部干扰等的信号处理，使得调节变得容易，并且能够抑制制动抖动(brake judder)和摆振(shimmy)，从而获得安全舒适的转向性能。

专利文献1中所公开的电动助力转向装置设有用于输入电动机旋转角速度、电动机旋转角加速度、转向辅助力以及转向信号并进行自对准扭矩(SAT)的估计的SAT反馈部单元，其使求出的SAT值通过包括高通滤波器在内的传递函数单元以及增益单元之后与转向辅助指令值相加，并且，将高通滤波器以及增益单元的特性设定为车速感应型特性以便使它们随车速信号发生变化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4715212号公报

发明内容

(一)要解决的技术问题

在专利文献1中所公开的电动助力转向装置中，根据车速来改变截止频率，并且，滤波器的类型为高通滤波器(HPF)。采用高通滤波器的目的主要在于抑制抖动和摆振，并且还提高高频一侧的响应性。因此，关于起因于角加速度的高频噪声的在保持转向盘不动的时候或者在低速转向的时候产生的微小振动，估计会没有效果。还有，在将滤波器应用于电动机角加速度信号以便一并去除噪声的情况下，在高速转向的时候会产生滞后(基于相位滞后的偏差变大)，从而会降低补偿器的性能，因此可以推测转向感觉会恶化。

因此，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，其能够在保持转向盘不动时、低速转向时减少因噪音造成的不协调的感觉，还能够在高速转向时实现没有相位滞后的平滑的转向。

(二)技术方案

本发明涉及一种电动助力转向装置，其具有至少基于转向扭矩来运算出电流指令值的扭矩控制单元，并且，通过基于所述电流指令值的电流控制系统来驱动电动机，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：具备电动机角速度运算单元、电动机角加速度运算单元和稳定性补偿单元，所述电动机角速度运算单元基于电动机旋转角度来运算出电动机角速度ω，所述电动机角加速度运算单元基于所述电动机角速度ω来运算出电动机角加速度α，所述稳定性补偿单元基于所述电动机角速度ω以及所述电动机角加速度α来运算出补偿用转向扭矩以及补偿用电流指令值，通过所述补偿用转向扭矩来补偿所述转向扭矩，通过所述补偿用电流指令值来补偿所述电流指令值。

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：所述稳定性补偿单元由第一截止频率可变单元、第一滤波器单元、第二截止频率可变单元和第二滤波器单元构成，所述第一截止频率可变单元基于所述电动机角速度ω来设定截止频率fc1，所述第一滤波器单元根据所述截止频率fc1对所述电动机角加速度α进行滤波处理，所述第二截止频率可变单元基于所述电动机角速度ω来设定截止频率fc2，所述第二滤波器单元根据所述截止频率fc2对所述电动机角加速度α进行滤波处理；或，所述第一截止频率可变单元具有这样的截止频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω1的时候，所述截止频率fc1为一定值，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω1的时候，所述截止频率fc1线性或非线性地增加，所述第二截止频率可变单元具有这样的截止频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω2(＞所述电动机角速度ω1)的时候，所述截止频率fc2为一定值，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω2的时候，所述截止频率fc2线性或非线性地增加；或，所述第一截止频率可变单元具有这样的截止频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω10的时候，所述截止频率fc1线性地增加，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω10的时候，所述截止频率fc1线性或非线性地增加，所述第二截止频率可变单元具有这样的截止频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω11(＞所述电动机角速度ω10)的时候，所述截止频率fc2线性地增加，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω11的时候，所述截止频率fc2线性或非线性地增加；或，在运算所述补偿用转向扭矩以及所述补偿用电流指令值的时候，还使用车速Vel，并且，在设定所述截止频率fc1以及fc2的时候，分别使用所述电动机角速度ω以及所述车速Vel；或，所述第一截止频率可变单元将通过对基于示出了所述电动机角速度ω与频率之间的关系的角速度对应图求出的频率fc11和基于示出了所述车速Vel与频率之间的关系的车速对应图求出的频率fcv11进行算术平均而得到的频率作为所述截止频率fc1，所述第二截止频率可变单元将通过对基于示出了所述电动机角速度ω与频率之间的关系的角速度对应图求出的频率fc21和基于示出了所述车速Vel与频率之间的关系的车速对应图求出的频率fcv21进行算术平均而得到的频率作为所述截止频率fc2；或，所述第一截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω21的时候，所述频率fc11为一定值，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω21的时候，所述频率fc11线性或非线性地增加，所述第二截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω22(＞所述电动机角速度ω21)的时候，所述频率fc21为一定值，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω22的时候，所述频率fc21线性或非线性地增加；或，所述第一截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω21的时候，所述频率fc11线性地增加，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω21的时候，所述频率fc11线性或非线性地增加，所述第二截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω22(＞所述电动机角速度ω21)的时候，所述频率fc21线性地增加，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω22的时候，所述频率fc21线性或非线性地增加；或，所述第一截止频率可变单元的车速对应图具有这样的频率特性，即，当所述车速Vel等于或小于低速的车速Vel11的时候，保持一定值fcv11，当所述车速Vel超过所述低速的车速Vel11并且等于或小于高速的车速Vel12的时候，线性或非线性地减少到频率fcv12(＜fcv11)，当所述车速Vel超过所述高速的车速Vel12的时候，保持频率fcv12，所述第二截止频率可变单元的车速对应图具有这样的频率特性，即，当所述车速Vel等于或小于低速的车速Vel21的时候，保持一定值fcv21，当所述车速Vel超过所述低速的车速Vel21并且等于或小于高速的车速Vel22的时候，线性或非线性地减少到频率fcv22(＜fcv21)，当所述车速Vel超过所述高速的车速Vel22的时候，保持频率fcv22；或，所述第一截止频率可变单元将通过对基于示出了所述电动机角速度ω与频率之间的关系的角速度对应图求出的频率fc31和基于示出了所述车速Vel与频率之间的关系的车速对应图求出的频率fcv11进行加权平均而得到的频率作为所述截止频率fc1，所述第二截止频率可变单元将通过对基于示出了所述电动机角速度ω与频率之间的关系的角速度对应图求出的频率fc32和基于示出了所述车速Vel与频率之间的关系的车速对应图求出的频率fcv21进行加权平均而得到的频率作为所述截止频率fc2；或，所述第一截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω31的时候，所述频率fc31为一定值，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω31的时候，所述频率fc31线性或非线性地增加，所述第二截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω32(＞所述电动机角速度ω31)的时候，所述频率fc32为一定值，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω32的时候，所述频率fc32线性或非线性地增加；或，所述第一截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω31的时候，所述频率fc31线性地增加，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω31的时候，所述频率fc31线性或非线性地增加，所述第二截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω32(＞所述电动机角速度ω31)的时候，所述频率fc32线性地增加，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω32的时候，所述频率fc32线性或非线性地增加；或，所述第一截止频率可变单元的车速对应图具有这样的频率特性，即，当所述车速Vel等于或小于低速的车速Vel31的时候，保持一定值fcv31，当所述车速Vel超过所述低速的车速Vel31并且等于或小于高速的车速Vel32的时候，线性或非线性地增加到频率fcv32(＞fcv31)，当所述车速Vel超过所述高速的车速Vel32的时候，保持频率fcv32，所述第二截止频率可变单元的车速对应图具有这样的频率特性，即，当所述车速Vel等于或小于低速的车速Vel41的时候，保持一定值fcv41，当所述车速Vel超过所述低速的车速Vel41并且等于或小于高速的车速Vel42的时候，线性或非线性地增加到频率fcv42(＞fcv41)，当所述车速Vel超过所述高速的车速Vel42的时候，保持频率fcv42；或，通过转向角传感器来计算出所述电动机角速度ω。

(三)有益效果

根据本发明的电动助力转向装置，因为通过在稳定性补偿单元中，在保持转向盘不动时以及低速转向时设定低的截止频率，并且在高速转向时设定截止频率使其变高，以便使得能够抑制电动机角速度的噪声成分，所以在高频区域内不会对补偿器的性能造成损害，并且，还可以获得起因于保持转向盘不动时、低速转向时的电动机角加速度噪声的微小振动小的转向感觉。

还有，在本发明中，因为将稳定性补偿单元的滤波特性分成转向扭矩的补偿和电流指令值的补偿，所以能够给予有效的补偿值。因此，可以去除起因于包括减速齿轮在内的转向机构系统、扭矩传感器并且被包含在转向扭矩中的扭矩脉动(torque ripple)，并且，还可以只抽出驾驶员的转向扭矩并生成理想的扭矩指令值。另一方面，在电流指令值的补偿中，因为进行用来减少因包括电动机的个体差异、齿槽扭矩(cogging torque)在内的电气性的主要原因而发生的扭矩脉动、地板振动(floor vibration)的补偿，所以变得难以发生微小振动。

另外，在本发明中，通过根据车速来变更截止频率，使得既可以减少振动，同时还可以提高转向感觉。

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是表示本发明的结构示例(第一实施方式)的结构框图。

图4是表示稳定性补偿单元的结构示例(第一实施方式)的结构框图。

图5是表示第一实施方式的截止频率的特性示例(电动机角速度)的特性图。

图6是表示本发明的动作示例(第一实施方式)的流程图。

图7是表示本发明的结构示例(第二实施方式)的结构框图。

图8是表示稳定性补偿单元的结构示例(第二实施方式)的结构框图。

图9是表示第二实施方式的截止频率的特性示例(电动机角速度)的特性图。

图10是表示第二实施方式的截止频率的特性示例(车速)的特性图。

图11是表示本发明的动作示例(第二实施方式)的流程图。

图12是表示第三实施方式的截止频率的特性示例(电动机角速度)的特性图。

图13是表示第三实施方式的截止频率的特性示例(车速)的特性图。

图14是表示本发明的动作示例(第三实施方式)的流程图。

图15是表示截止频率的其他的特性示例(电动机角速度)的特性图。

具体实施方式

在本发明的电动助力转向装置中，为了通过基于电动机角速度以及电动机角加速度的稳定性补偿单元或者基于电动机角速度、电动机角加速度以及车速的稳定性补偿单元，以便在低速转向时减少因噪音造成的不协调的感觉，并且在高速转向时实现没有相位滞后的平滑的转向，本发明的电动助力转向装置能够根据电动机角速度或者根据电动机角速度以及车速来变更用于对电动机角加速度进行滤波处理的滤波器单元的截止频率。也就是说，在本发明中，通过在保持转向盘不动时以及低速转向时设定低的截止频率，并且在高速转向时设定截止频率使其变高，从而实现了微小振动少并且转向感觉良好的电动助力转向装置。

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示出了本发明的实施方式的一个示例(第一实施方式)。如图3所示，来自与电动机20相连接的旋转传感器21的电动机角度θ被输入到电动机角速度运算单元100中以便运算出(通过微分来求出)电动机角速度ω。电动机角速度ω被输入到电动机角加速度运算单元101和稳定性补偿单元110中。稳定性补偿单元110通过对截止频率进行可变控制来生成补偿用转向扭矩Tf和补偿用电流指令值If。还有，减法单元34A被设置在扭矩控制单元31的输入一侧，加法单元34B被设置在扭矩控制单元31与电流限制单元33之间。转向扭矩Th被加法输入到减法单元34A中，补偿用转向扭矩Tf被减法输入到减法单元34A中。在加法单元34B中，电流指令值Iref1与补偿用电流指令值If相加。

如图4所示，稳定性补偿单元110由截止频率(fc)可变单元111以及112、滤波器单元113、滤波器单元114、补偿用转向扭矩生成单元115和补偿用电流指令值生成单元116构成，其中，截止频率可变单元111以及112基于电动机角速度ω来变更截止频率fc，滤波器单元113基于来自截止频率可变单元111的截止频率fc1对电动机角加速度α进行滤波处理，滤波器单元114基于来自截止频率可变单元112的截止频率fc2对电动机角加速度α进行滤波处理，补偿用转向扭矩生成单元115基于来自滤波器单元113的输出来输出补偿用转向扭矩Tf，补偿用电流指令值生成单元116基于来自滤波器单元114的输出来输出补偿用电流指令值If。

例如，如图5所示，截止频率可变单元111的特性为这样的特性，即，当电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω1的时候，将截止频率fc1设为一定值，当电动机角速度ω大于电动机角速度ω1的时候，使截止频率fc1线性地增加。同样地，例如，如图5所示，截止频率可变单元112的特性为这样的特性，即，当电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω2(＞电动机角速度ω1)的时候，将截止频率fc2(＞截止频率fc1)设为一定值，当电动机角速度ω大于电动机角速度ω2的时候，使截止频率fc2线性地增加。

在这样的结构中，参照图6的流程图对其动作示例(第一实施方式)进行说明。

首先，通过旋转传感器21检测出电动机角度θ(步骤S1)，电动机角度θ被输入到电动机角速度运算单元100中以便运算出电动机角速度ω(步骤S2)。电动机角速度ω被输入到电动机角加速度运算单元101中以便运算出电动机角加速度α(步骤S3)，同时还被输入到稳定性补偿单元110内的截止频率可变单元111以及112中。电动机角加速度α被输入到稳定性补偿单元110内的滤波器单元113以及114中。

首先，截止频率可变单元111按照图5所示的特性来变更截止频率fc1(步骤S4)。被设定好的截止频率fc1被输入到滤波器单元113中，滤波器单元113按照截止频率fc1对电动机角加速度α进行滤波处理(步骤S5)。在滤波器单元113中经过滤波处理后得到的信号被输入到补偿用转向扭矩生成单元115中，在补偿用转向扭矩生成单元115中经过信号处理后得到的补偿用转向扭矩Tf被输入到减法单元34A中，以便对转向扭矩Th进行补偿(步骤S6)。

然后，截止频率可变单元112按照图5所示的特性来变更截止频率fc2(步骤S10)。被设定好的截止频率fc2被输入到滤波器单元114中，滤波器单元114按照截止频率fc2对电动机角加速度α进行滤波处理(步骤S11)。在滤波器单元114中经过滤波处理后得到的信号被输入到补偿用电流指令值生成单元116中，在补偿用电流指令值生成单元116中经过信号处理后得到的补偿用电流指令值If被输入到加法单元34B中，以便对电流指令值Iref进行补偿(步骤S12)。

重复上述动作直到结束为止(步骤S13)。

通过这样做，就可以基于电动机角速度ω来变更滤波器单元113以及114的截止频率fc1以及fc2，因为在保持转向盘不动时以及低速转向时设定低的截止频率，并且，在高速转向时设定截止频率使其变高，所以不会使高频一侧的特性恶化，并且还能够抑制在低频一侧会成为问题的振动(因保持转向盘不动而产生的微振动)。也就是说，通过有效地去除被叠加在电动机角加速度上的噪声，就能够提高补偿器的性能。从而可以获得转向感觉良好的电动助力转向装置。

与图3相对应的图7示出了本发明的第二实施方式。如图7所示，在第二实施方式中，车速Vel还被输入到稳定性补偿单元110A中。如图8所示，稳定性补偿单元110A由截止频率(fc)可变单元111A以及112A、滤波器单元113、滤波器单元114、补偿用转向扭矩生成单元115和补偿用电流指令值生成单元116构成，其中，截止频率可变单元111A以及112A基于电动机角速度ω以及车速Vel来变更截止频率fc，滤波器单元113基于来自截止频率可变单元111A的截止频率fc1对电动机角加速度α进行滤波处理，滤波器单元114基于来自截止频率可变单元112A的截止频率fc2对电动机角加速度α进行滤波处理，补偿用转向扭矩生成单元115基于来自滤波器单元113的输出来输出补偿用转向扭矩Tf，补偿用电流指令值生成单元116基于来自滤波器单元114的输出来输出补偿用电流指令值If。

例如，如图9所示，截止频率可变单元111A的特性为这样的特性，即，当电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω21的时候，将截止频率fc11设为一定值，当电动机角速度ω大于电动机角速度ω21的时候，使截止频率fc11线性地增加。同样地，例如，如图9所示，截止频率可变单元112A的特性为这样的特性，即，当电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω22(＞电动机角速度ω21)的时候，将截止频率fc21(＞截止频率fc11)设为一定值，当电动机角速度ω大于电动机角速度ω22的时候，使截止频率fc21线性地增加。

还有，例如，如图10所示，截止频率可变单元111A的特性为这样的特性，即，当车速Vel等于或小于低速的车速Vel11的时候，保持一定值fcv11，当车速Vel超过低速的车速Vel11并且等于或小于高速的车速Vel12的时候，线性或非线性地减少到频率fcv12(＜fcv11)，当车速Vel超过高速的车速Vel12的时候，保持频率fcv12。同样地，例如，如图10所示，截止频率可变单元112A的特性为这样的特性，即，当车速Vel等于或小于低速的车速Vel21(＜Vel11)的时候，保持一定值fcv21(＞fcv11)，当车速Vel超过低速的车速Vel21并且等于或小于高速的车速Vel22(＞Vel12)的时候，线性或非线性地减少到频率fcv22(＜fcv21)，当车速Vel超过高速的车速Vel22的时候，保持频率fcv22。此外，截止频率fcv12以及fcv22也可以为0。

关于车速，低速的车速Vel11以及Vel21例如设想的是特别是地板振动、转向盘的微振动会成为问题的0～2km/h左右的爬行车速、停车时或进入车库时的车速低于5km/h的极低速行驶或停止状态以及在市区或者狭窄的道路上慢行的到30km/h左右为止的车速的低速行驶的情形；高速的车速Vel12以及Vel22例如设想的是在宽阔的道路或者干线道路上的50km/h～80km/h左右的车速的行驶状态以及在高速道路或者汽车专用道路上的超过80km/h的车速的行驶状态的情形。

用于根据电动机角速度ω以及车速Vel对电动机角加速度α进行滤波处理的滤波器单元113以及114是分别为了补偿用转向扭矩生成单元115和补偿用电流指令值生成单元116而设置的，这是因为扭矩控制单元31使用电动机角加速度的目的不同于电流控制单元35使用电动机角加速度的目的，所以扭矩控制单元31所需要的电动机角加速度的特性不同于电流控制单元35所需要的电动机角加速度的特性。也就是说，尽管电流控制单元35为了减少扭矩脉动、地板振动而对电流指令值进行补偿，但是扭矩控制单元31为了只抽出驾驶员的转向信息而从扭矩传感器值中去除诸如扭矩脉动之类的振动成分。因为扭矩传感器值是经由柱轴、减速齿轮、扭力杆后被检测出来的，所以与电动机角加速度相比，被包含在扭矩传感器值中的振动成分的频率带更低，针对实际的举动相位滞后。因此，如果使用与用于对电流指令值进行补偿的电动机角加速度相同的特性的值的话，则由于被包含的频率带、相位不一致，所以存在不但振动成分的去除会变得不够充分而且还会增添成为振动发生的主要原因的成分的可能性。因此，通过个别地设定截止频率，就可以进行有效的过滤处理。还有，优选地设定用于扭矩控制单元的电动机角加速度的截止频率以便使其等于用于电流控制的电动机角加速度的截止频率或者使其小于用于电流控制的电动机角加速度的截止频率。

另外，也可以通过根据电动机角速度ω求出的频率和根据车速Vel求出的频率的算术平均来求出截止频率可变单元111A以及112A的特性。通过这样做，对于在低速的车速会成为问题的地板振动、转向盘的微振动来说，与高速的车速相比，通过设定更低的截止频率，使得能够更进一步提高振动的抑制效果。另一方面，对于高速的车速来说，因为即使因过滤处理而造成相位稍微有一点滞后也会给转向感觉带来影响，所以优选地设定截止频率以便使其高于扭矩控制单元的频率带。由于在高速的车速的情况下，在低速会成为问题的振动会混入到道路噪音等中，所以即使设定高的截止频率也不会有问题。

另一方面，在尽管为低速的车速但转向速度快的情况下，与高速的车速的状态相同，因为相位稍微有一点滞后也会给转向感觉带来影响，所以在转向速度快的情况下，需要设定高的截止频率。因此，通过对根据转向速度，即，根据电动机角速度设定的截止频率和根据车速设定的截止频率进行算术平均，能够与转向状态无关地并且有效地计算出具有最合适的特性的电动机角加速度。

在这样的结构中，参照图11的流程图对其动作示例(第二实施方式)进行说明。

首先，通过旋转传感器21检测出电动机角度θ(步骤S20)，电动机角度θ被输入到电动机角速度运算单元100中以便运算出电动机角速度ω(步骤S21)。电动机角速度ω被输入到电动机角加速度运算单元101中以便运算出电动机角加速度α(步骤S22)，输入车速Vel(步骤S23)。电动机角速度ω以及车速Vel被输入到稳定性补偿单元110A内的截止频率可变单元111A以及112A中，电动机角加速度α被输入到稳定性补偿单元110A内的滤波器单元113以及114中。此外，可以适当变更车速Vel的输入顺序。

接下来，截止频率可变单元111A通过按照图9所示的特性并根据电动机角速度ω求出的频率和按照图10所示的特性并根据车速Vel求出的频率的算术平均来变更截止频率fc1(步骤S24)。被设定好的截止频率fc1被输入到滤波器单元113中，滤波器单元113按照截止频率fc1对电动机角加速度α进行滤波处理(步骤S25)。在滤波器单元113中经过滤波处理后得到的信号被输入到补偿用转向扭矩生成单元115中，在补偿用转向扭矩生成单元115中经过信号处理后得到的补偿用转向扭矩Tf被输入到减法单元34A中，以便对转向扭矩Th进行补偿(步骤S26)。

然后，截止频率可变单元112A通过按照图9所示的特性并根据电动机角速度ω求出的频率和按照图10所示的特性并根据车速Vel求出的频率的算术平均来变更截止频率fc2(步骤S30)。被设定好的截止频率fc2被输入到滤波器单元114中，滤波器单元114按照截止频率fc2对电动机角加速度α进行滤波处理(步骤S31)。在滤波器单元114中经过滤波处理后得到的信号被输入到补偿用电流指令值生成单元116中，在补偿用电流指令值生成单元116中经过信号处理后得到的补偿用电流指令值If被输入到加法单元34B中，以便对电流指令值Iref进行补偿(步骤S32)。

重复上述动作直到结束为止(步骤S33)。

通过这样做，就可以基于电动机角速度ω以及车速Vel来变更滤波器单元113以及114的截止频率fc1以及fc2，因为在保持转向盘不动时以及低速转向时设定低的截止频率，并且，在高速转向时设定截止频率使其变高，所以不会使高频一侧的特性恶化，并且还能够抑制在低频一侧会成为问题的振动(因保持转向盘不动而产生的微振动)。也就是说，通过有效地去除被叠加在电动机角加速度上的噪声，就能够提高补偿器的性能。从而可以获得转向感觉良好的电动助力转向装置。

截止频率(fc)可变单元111A以及112A也可以具有图12以及图13所示那样的特性(第三实施方式)。第三实施方式的结构如图7以及图8所示，与第二实施方式相同。也就是说，如图12所示，截止频率可变单元111A的特性为这样的特性，即，当电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω31的时候，将截止频率fc31设为一定值，当电动机角速度ω大于电动机角速度ω31的时候，使截止频率fc31线性地增加。同样地，如图12所示，截止频率可变单元112A的特性为这样的特性，即，当电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω32(＞电动机角速度ω31)的时候，将截止频率fc32(＞截止频率fc31)设为一定值，当电动机角速度ω大于电动机角速度ω32的时候，使截止频率fc32线性地增加。

还有，如图13所示，截止频率可变单元111A的特性为这样的特性，即，当车速Vel等于或小于低速的车速Vel41的时候，保持一定值fcv41，当车速Vel超过低速的车速Vel41并且等于或小于高速的车速Vel42的时候，线性或非线性地增加到频率fcv42(＞fcv41)，当车速Vel超过高速的车速Vel42的时候，保持频率fcv42。同样地，如图13所示，截止频率可变单元112A的特性为这样的特性，即，当车速Vel等于或小于低速的车速Vel31(＞Vel41)的时候，保持一定值fcv31(＞fcv41)，当车速Vel超过低速的车速Vel31并且等于或小于高速的车速Vel32的时候，线性或非线性地增加到频率fcv32(＞fcv31)，当车速Vel超过高速的车速Vel32的时候，保持频率fcv32。此外，截止频率fcv41以及fcv31也可以为0。

关于车速Vel，低速的车速Vel41以及Vel31例如设想的是特别是以电动助力转向装置为振动源的地板振动、转向盘的微振动会成为问题的0～2km/h左右的爬行车速、停车时或进入车库时的车速低于5km/h的极低速行驶或停止状态以及在市区或者狭窄的道路上慢行的到30km/h左右为止的车速的低速行驶的情形；高速的车速Vel42以及Vel32例如设想的是在宽阔的道路或者干线道路上的50km/h～80km/h左右的车速的行驶状态以及在高速道路或者汽车专用道路上的超过80km/h的车速的行驶状态的情形。

还有，在尽管为低速的车速但转向速度快的情况下，与高速的车速的状态相同，因为相位稍微有一点滞后也会给转向感觉带来影响，所以优选地设定高的截止频率。在车速Vel低的状态并且电动机角速度ω高的情况下，也就是说，在以低速的车速行驶并且以快的转向速度进行转向的情况下，通过将加权常数W1设定为加权常数W2的几倍～几十倍(例如，将加权常数W1设定为10，将加权常数W2设定为1)，并且，设定截止频率使其高于根据车速Vel求出的频率，使得既不会对转向感觉造成损害，又能够去除噪音。就这样，通过对根据电动机角速度ω设定的截止频率和根据车速Vel设定的截止频率进行加权平均，能够与转向状态无关地并且有效地计算出具有最合适的特性的电动机角加速度α。

尽管振动特性和转向性能因车辆的种类和状态的不同而不同，特别是为了应对整车的个体差异和起因于车辆的使用状态、经年变化等的特性的变化，通过根据车辆的状态来调节加权平均的加权常数W1以及W2，使得能够更有效地实现细腻的振动特性和转向性能。例如在基础车辆的派生车中，当因车辆构成部件的改进等而导致地板振动的频率变高的时候，通过使根据电动机角速度ω求出的频率的加权常数W1大于根据车速Vel求出的频率的加权常数W2，就能够提高对电动机角速度ω的灵敏度，从而可以提高转向性能。另外，如果将其中一个加权常数设定为零的话，则因为可以只根据电动机角速度ω或者只根据车速Vel来变更截止频率，所以对于滤波器单元113以及114来说，也可以根据实际的振动特性和被要求的车辆的转向性能来设定不同的截止频率的特性。

在这样的结构中，参照图14的流程图对其动作示例(第三实施方式)进行说明。

首先，通过旋转传感器21检测出电动机角度θ(步骤S40)，电动机角度θ被输入到电动机角速度运算单元100中以便运算出电动机角速度ω(步骤S41)。电动机角速度ω被输入到电动机角加速度运算单元101中以便运算出电动机角加速度α(步骤S42)，输入车速Vel(步骤S43)。电动机角速度ω被输入到截止频率可变单元111A以及112A中，车速Vel也被输入到截止频率可变单元111A以及112A中，电动机角加速度α被输入到滤波器单元113以及114中。

接下来，截止频率可变单元111A通过按照图12所示的特性并根据电动机角速度ω求出的频率和按照图13所示的特性并根据车速Vel求出的频率的加权平均来变更截止频率fc1(步骤S44)。被设定好的截止频率fc1被输入到滤波器单元113中，滤波器单元113按照截止频率fc1对电动机角加速度α进行滤波处理(步骤S45)。在滤波器单元113中经过滤波处理后得到的信号被输入到补偿用转向扭矩生成单元115中，在补偿用转向扭矩生成单元115中经过信号处理后得到的补偿用转向扭矩Tf被输入到减法单元34A中，以便对转向扭矩Th进行补偿(步骤S46)。

然后，截止频率可变单元112A通过按照图12所示的特性并根据电动机角速度ω求出的频率和按照图13所示的特性并根据车速Vel求出的频率的加权平均来变更截止频率fc2(步骤S50)。被设定好的截止频率fc2被输入到滤波器单元114中，滤波器单元114按照截止频率fc2对电动机角加速度α进行滤波处理(步骤S51)。在滤波器单元114中经过滤波处理后得到的信号被输入到补偿用电流指令值生成单元116中，在补偿用电流指令值生成单元116中经过信号处理后得到的补偿用电流指令值If被输入到加法单元34B中，以便对电流指令值Iref进行补偿(步骤S52)。

重复上述动作直到结束为止(步骤S53)。

通过这样做，就可以基于电动机角速度ω以及车速Vel来变更滤波器单元113以及114的截止频率fc1以及fc2，因为在保持转向盘不动时以及低速转向时设定低的截止频率，并且，在高速转向时设定截止频率使其变高，所以不会使电动机的高频区域的特性恶化，并且还能够抑制在电动机的低频区域会成为问题的振动(因保持转向盘不动而产生的微振动)。也就是说，通过有效地去除被叠加在电动机角加速度α上的噪声，就能够提高补偿器的性能。从而可以获得转向感觉良好的电动助力转向装置。

尽管在上述实施方式中，截止频率可变单元111以及112和截止频率可变单元111A以及112A的可变特性均被设定为线性特性，但是如图15所示，也可以将截止频率可变单元111以及112和截止频率可变单元111A以及112A的可变特性设定为这样的特性，即，当电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω10或电动机角速度ω11的时候，使截止频率fc1或截止频率fc2线性地增加，当电动机角速度ω大于电动机角速度ω10或电动机角速度ω11的时候，使截止频率fc非线性地增加。还有，也可以将截止频率可变单元111以及112和截止频率可变单元111A以及112A的可变特性设定为这样的特性，即，当电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω10或电动机角速度ω11的时候，使截止频率fc1或截止频率fc2非线性地增加，当电动机角速度ω大于电动机角速度ω10或电动机角速度ω11的时候，使截止频率fc线性地增加。

此外，尽管在上述实施方式中，通过与电动机相连接的诸如分解器之类的旋转传感器来获得电动机角度，但也可以从转向角传感器处获得。

附图标记说明

1 转向盘(方向盘)

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

21 旋转传感器

30 控制单元(ECU)

35 电流控制单元

100 电动机角速度运算单元

101 电动机角加速度运算单元

110、110A 稳定性补偿单元

111、111A、112、112A 截止频率(fc)可变单元

113、114 滤波器单元

115 补偿用转向扭矩生成单元

116 补偿用电流指令值生成单元

Claims (14)

1.一种电动助力转向装置，其具有至少基于转向扭矩来运算出电流指令值的扭矩控制单元，并且，通过基于所述电流指令值的电流控制系统来驱动电动机，以便对转向系统进行辅助控制，其特征在于：

具备电动机角速度运算单元、电动机角加速度运算单元和稳定性补偿单元，

所述电动机角速度运算单元基于电动机旋转角度来运算出电动机角速度ω，

所述电动机角加速度运算单元基于所述电动机角速度ω来运算出电动机角加速度α，

所述稳定性补偿单元基于所述电动机角速度ω以及所述电动机角加速度α来运算出补偿用转向扭矩以及补偿用电流指令值，

通过所述补偿用转向扭矩来补偿所述转向扭矩，通过所述补偿用电流指令值来补偿所述电流指令值。

2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述稳定性补偿单元由第一截止频率可变单元、第一滤波器单元、第二截止频率可变单元和第二滤波器单元构成，

所述第一截止频率可变单元基于所述电动机角速度ω来设定截止频率fc1，

所述第一滤波器单元根据所述截止频率fc1对所述电动机角加速度α进行滤波处理，

所述第二截止频率可变单元基于所述电动机角速度ω来设定截止频率fc2，

所述第二滤波器单元根据所述截止频率fc2对所述电动机角加速度α进行滤波处理。

3.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述第一截止频率可变单元具有这样的截止频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω1的时候，所述截止频率fc1为一定值，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω1的时候，所述截止频率fc1线性或非线性地增加，

所述第二截止频率可变单元具有这样的截止频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω2(＞所述电动机角速度ω1)的时候，所述截止频率fc2为一定值，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω2的时候，所述截止频率fc2线性或非线性地增加。

4.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述第一截止频率可变单元具有这样的截止频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω10的时候，所述截止频率fc1线性地增加，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω10的时候，所述截止频率fc1线性或非线性地增加，

所述第二截止频率可变单元具有这样的截止频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω11(＞所述电动机角速度ω10)的时候，所述截止频率fc2线性地增加，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω11的时候，所述截止频率fc2线性或非线性地增加。

5.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：在运算所述补偿用转向扭矩以及所述补偿用电流指令值的时候，还使用车速Vel，并且，在设定所述截止频率fc1以及fc2的时候，分别使用所述电动机角速度ω以及所述车速Vel。

6.根据权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述第一截止频率可变单元将通过对基于示出了所述电动机角速度ω与频率之间的关系的角速度对应图求出的频率fc11和基于示出了所述车速Vel与频率之间的关系的车速对应图求出的频率fcv11进行算术平均而得到的频率作为所述截止频率fc1，

所述第二截止频率可变单元将通过对基于示出了所述电动机角速度ω与频率之间的关系的角速度对应图求出的频率fc21和基于示出了所述车速Vel与频率之间的关系的车速对应图求出的频率fcv21进行算术平均而得到的频率作为所述截止频率fc2。

7.根据权利要求6所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述第一截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω21的时候，所述频率fc11为一定值，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω21的时候，所述频率fc11线性或非线性地增加，

所述第二截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω22(＞所述电动机角速度ω21)的时候，所述频率fc21为一定值，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω22的时候，所述频率fc21线性或非线性地增加。

8.根据权利要求6所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述第一截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω21的时候，所述频率fc11线性地增加，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω21的时候，所述频率fc11线性或非线性地增加，

所述第二截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω22(＞所述电动机角速度ω21)的时候，所述频率fc21线性地增加，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω22的时候，所述频率fc21线性或非线性地增加。

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：

所述第一截止频率可变单元的车速对应图具有这样的频率特性，即，当所述车速Vel等于或小于低速的车速Vel11的时候，保持一定值fcv11，当所述车速Vel超过所述低速的车速Vel11并且等于或小于高速的车速Vel12的时候，线性或非线性地减少到频率fcv12(＜fcv11)，当所述车速Vel超过所述高速的车速Vel12的时候，保持频率fcv12，

所述第二截止频率可变单元的车速对应图具有这样的频率特性，即，当所述车速Vel等于或小于低速的车速Vel21的时候，保持一定值fcv21，当所述车速Vel超过所述低速的车速Vel21并且等于或小于高速的车速Vel22的时候，线性或非线性地减少到频率fcv22(＜fcv21)，当所述车速Vel超过所述高速的车速Vel22的时候，保持频率fcv22。

10.根据权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述第一截止频率可变单元将通过对基于示出了所述电动机角速度ω与频率之间的关系的角速度对应图求出的频率fc31和基于示出了所述车速Vel与频率之间的关系的车速对应图求出的频率fcv11进行加权平均而得到的频率作为所述截止频率fc1，

所述第二截止频率可变单元将通过对基于示出了所述电动机角速度ω与频率之间的关系的角速度对应图求出的频率fc32和基于示出了所述车速Vel与频率之间的关系的车速对应图求出的频率fcv21进行加权平均而得到的频率作为所述截止频率fc2。

11.根据权利要求10所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述第一截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω31的时候，所述频率fc31为一定值，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω31的时候，所述频率fc31线性或非线性地增加，

所述第二截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω32(＞所述电动机角速度ω31)的时候，所述频率fc32为一定值，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω32的时候，所述频率fc32线性或非线性地增加。

12.根据权利要求10所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述第一截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω31的时候，所述频率fc31线性地增加，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω31的时候，所述频率fc31线性或非线性地增加，

所述第二截止频率可变单元的角速度对应图具有这样的频率特性，即，当所述电动机角速度ω等于或小于电动机角速度ω32(＞所述电动机角速度ω31)的时候，所述频率fc32线性地增加，当所述电动机角速度ω超过所述电动机角速度ω32的时候，所述频率fc32线性或非线性地增加。

13.根据权利要求11或12所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述第一截止频率可变单元的车速对应图具有这样的频率特性，即，当所述车速Vel等于或小于低速的车速Vel31的时候，保持一定值fcv31，当所述车速Vel超过所述低速的车速Vel31并且等于或小于高速的车速Vel32的时候，线性或非线性地增加到频率fcv32(＞fcv31)，当所述车速Vel超过所述高速的车速Vel32的时候，保持频率fcv32，

所述第二截止频率可变单元的车速对应图具有这样的频率特性，即，当所述车速Vel等于或小于低速的车速Vel41的时候，保持一定值fcv41，当所述车速Vel超过所述低速的车速Vel41并且等于或小于高速的车速Vel42的时候，线性或非线性地增加到频率fcv42(＞fcv41)，当所述车速Vel超过所述高速的车速Vel42的时候，保持频率fcv42。

14.根据权利要求1至13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：通过转向角传感器来计算出所述电动机角速度ω。