CN107074275B - 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在齿条末端附近限制电流指令值以便使碰头时的势头衰减并减少撞击能量，从而不会给驾驶员带来转向不协调感并且抑制撞击噪音。本发明的电动助力转向装置具有用来检测出转向的转向角的功能，具备具有增益随转向角变化而变化的增益特性的增益单元，通过根据转向角从增益单元输出的增益与电流指令值相乘来获得新的电流指令值，并且，增益特性为这样一种特性，即，当转向角小于或等于转向的齿条末端的前面的转向角θ1的时候，增益为一定值1.0，当转向角大于转向角θ1并且小于或等于超过齿条末端的转向角θ2的时候，增益逐渐减少，当转向角大于转向角θ2的时候，增益保持为一定值G。还有，通过用目标电流限制值对电流指令值进行上限限幅来获得新的电流指令值。

Description

电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置至少基于转向扭矩来运算电流指令值，并且通过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，该电动助力转向装置通过随转向角(绝对转向角)变化而变化的增益与电流指令值相乘来进行控制，或者，通过用随转向角(绝对转向角)变化而变化的目标电流限制值对电流指令值进行上限限幅(截顶)后得到的新的电流指令值来进行辅助控制，并且，通过在齿条末端附近限制电流指令值(電流指令値を絞る)，以便减少转向扭矩，使碰头时(齿条碰撞止动部件时)的势头衰减并减少撞击能量，从而抑制使驾驶员感到不舒服的撞击噪音并提高了转向感。
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机构施加辅助力，其将电动机的驱动力经由减速机构并通过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。为了准确地产生辅助力的扭矩，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。
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上设置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。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，基于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。
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和类似装置)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中与来自用于改善特性的补偿单元34的补偿信号CM相加，通过相加后得到的电流指令值Iref2在电流限制单元33中被限制了最大电流，被限制了最大电流的电流指令值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。
PI控制单元35对作为在减法单元32B中得到的减法结果的偏差I(＝Irefm-Im)进行PI控制，PI控制后得到的电压控制值Vref被输入到PWM控制单元36中使得其与载波信号CF同步以便运算出占空比，然后通过PWM信号经由逆变器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。
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再将在加法单元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中，以便进行电流指令值的特性改善。尽管在很多时候除了补偿单元34之外，还设置用于抑制转向盘的振动的减振控制单元，但补偿单元和减振控制单元都不是必须的。
在这样的电动助力转向装置中，当通过电动机在转向系统的最大转向角(齿条末端)的附近施加了大的辅助扭矩的时候，在转向系统到达了最大转向角的时刻，会产生大的撞击并产生撞击噪音，所以有可能使驾驶员感到不舒服。并且，还有可能包括电动机在内的转向系统会被锁定。
因此，日本特开昭61-184171号公报(专利文献1)公开了这样一种现有技术，即，当转向角变成等于或大于所规定的角度的时候，使电动机的辅助扭矩减少，或者，停止施加辅助扭矩以便不使辅助扭矩发生。
还有，日本特开2001-253356号公报(专利文献2)公开了一种具备卸载补正单元的电动助力转向装置，当转向角超过最大角附近的所规定的转向角的时候，该卸载补正单元根据转向速度来进行补正以便使电动机的转向扭矩减少。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭61-184171号公报
专利文献2：日本特开2001-253356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中所公开的电动助力转向装置中，并没有公开当转向角变成等于或大于所规定的角度的时候，使电动机的辅助扭矩减少的特性。还有，在专利文献2中所公开的电动助力转向装置中，尽管当转向角超过最大角附近的所规定的转向角的时候，使转向扭矩减少，但使用了转向速度。此外，在碰头时，因为专利文献1的电动助力转向装置和专利文献2的电动助力转向装置均停止施加辅助扭矩，所以会给驾驶员带来转向不协调感。
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，其在齿条末端附近限制电流指令值以便使碰头时的势头衰减并减少撞击能量，从而不会给驾驶员带来转向不协调感并且抑制撞击噪音。
解决技术问题的手段
本发明涉及一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩运算出电流指令值，通过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：具有用来检测出转向的转向角的功能，具备具有增益随所述转向角变化而变化的增益特性的增益单元，通过根据所述转向角从所述增益单元输出的所述增益与所述电流指令值相乘来获得新的电流指令值，并且，所述增益特性为这样一种特性，即，当所述转向角小于或等于所述转向的齿条末端的前面的转向角θ1的时候，所述增益为一定值1.0，当所述转向角大于所述转向角θ1并且小于或等于超过所述齿条末端的转向角θ2(＞θ1)的时候，所述增益逐渐减少，当所述转向角大于所述转向角θ2的时候，所述增益保持为一定值G(＞0)；或，具有用来检测出转向的转向角的功能，具备具有目标电流限制值随所述转向角变化而变化的目标电流限制值特性的目标电流限制值运算单元，通过用根据所述转向角从所述目标电流限制值运算单元输出的所述目标电流限制值对所述电流指令值进行上限限幅来获得新的电流指令值，并且，所述目标电流限制值特性为这样一种特性，即，当所述转向角小于或等于所述转向的齿条末端的前面的转向角θ10的时候，所述目标电流限制值为一定值TL1，当所述转向角大于所述转向角θ10并且小于或等于超过所述齿条末端的转向角θ11(＞θ10)的时候，所述目标电流限制值逐渐减少，当所述转向角大于所述转向角θ11的时候，所述目标电流限制值保持为一定值TL2(＞0)。
另外，本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地实现，即：所述齿条末端处在所述转向角θ1和所述转向角θ2的中间；或，所述增益的减少为线性特性；或，所述增益的减少为非线性特性。
发明效果
本发明的电动助力转向装置通过随转向角(绝对转向角)变化而变化的增益与电流指令值相乘来进行控制，或者，通过用随转向角(绝对转向角)变化而变化的目标电流限制值对电流指令值进行上限限幅后得到的新的电流指令值来进行辅助控制，并且，通过在齿条末端附近限制电流指令值，以便减少转向扭矩，使碰头时的势头衰减并减少撞击能量。因此，能够抑制使驾驶员感到不舒服的撞击噪音。还有，因为即使转向角(绝对转向角)超过齿条末端也不会将增益设成0，所以不会给驾驶员带来转向不协调感。
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是表示增益单元的特性示例(线性)的图。
图5是表示增益单元的特性示例(非线性)的图。
图6是表示增益单元的特性示例(非线性)的图。
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是表示限幅单元的信号关系的图。
图9是表示目标电流限制值运算单元的特性示例(线性)的图。
图10是表示目标电流限制值运算单元的特性示例(非线性)的图。
图11是表示目标电流限制值运算单元的特性示例(非线性)的图。
具体实施方式
本发明不会给驾驶员带来转向不协调感，并且抑制使驾驶员感到不舒服的撞击噪音(齿条与齿条末端的撞击音)。本发明尤其是抑制超低车速时(车辆处于停止状态～爬行车速的0～5km/h左右)的碰头时的撞击噪音。
因此，在本发明的第一实施方式中，预先设定齿条末端的前面的所规定的转向角(θ1)和超过齿条末端的范围的转向角(θ2)，当转向盘转向角(绝对转向角)等于或大于所规定的值(θ1)并且小于所规定的值(θ2)的时候，使增益(GS)减少到一定值(小于1.0并且大于0的值(G))，在转向盘转向角(绝对转向角)变成等于或大于所规定的值(θ2)的范围内，将增益(GS)设定为一定值的增益(G)，基于通过随转向盘转向角增大而变小的增益(GS)与另行运算出的电流指令值相乘而得到的新的电流指令值进行辅助控制。
还有，在第二实施方式中，预先设定齿条末端的前面的所规定的转向角(θ10)和超过齿条末端的范围的转向角(θ11)，当转向盘转向角(绝对转向角)等于或大于所规定的值(θ10)并且小于所规定的值(θ11)的时候，使目标电流限制值(TL)从一定值TL1减少到一定值TL1(＞0)，在转向盘转向角(绝对转向角)变成等于或大于所规定的值(θ11)的范围内，将目标电流限制值(TL)设定为一定值的目标电流限制值TL2，通过用随转向盘转向角增大而变小的目标电流限制值(TL)对电流指令值进行上限限幅来求出新的电流指令值，基于新的电流指令值进行辅助控制。
也就是说，本发明为具有用于产生与转向系统的转向扭矩相对应的辅助扭矩的电动机的电动助力转向装置，该电动助力转向装置判定转向系统的转向盘转向角(绝对转向角)是否变成了距离最大转向角(齿条末端)的所规定的值的前面，当转向系统的转向盘转向角(绝对转向角)变成了距离最大转向角(齿条末端)的所规定的值的前面的时候，通过减少输入到电动机的电流指令值以便使辅助扭矩减少到不为0的值。
在本发明的第一实施方式中，在实际的齿条末端的转向盘转向角(绝对转向角)被设定为变成作为增益(GS)的变曲点的两个所规定的值(θ1、θ2)的正好中间。这样设定的理由是，如果将碰头时的增益设定在变曲点上的话，则会发生使驾驶员感到不舒服的转向不协调感。另外，通过不将增益(GS)设定为0，使得能够防止转向不协调感的发生。还有，在第二实施方式中，在实际的齿条末端的转向盘转向角(绝对转向角)被设定为变成作为目标电流限制值(TL)的变曲点的两个所规定的值(θ10、θ11)的正好中间。这样设定的理由是，如果将碰头时的目标电流限制值设定在变曲点上的话，则会发生使驾驶员感到不舒服的转向不协调感。另外，通过不将目标电流限制值(TL)设定为0，使得能够防止转向不协调感的发生。
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
与图2相对应的图3示出了本发明的第一实施方式的一个示例。如图3所示，第一实施方式设有绝对值化单元100、增益单元110和乘法单元120，其中，绝对值化单元100求出作为转向角θ的绝对值的绝对转向角|θ|，增益单元110具有增益GS随绝对转向角|θ|变化而变化的增益特性，乘法单元120将增益GS与电流指令值Iref2相乘以便求出新的电流指令值Iref3。
增益单元110的增益特性例如为图4所示的特性。也就是说，在图4中，针对齿条末端Eθ0，在其前方(前面)设定绝对转向角θ1，在其后面设定绝对转向角θ2(＞θ1)，并且，齿条末端Eθ0被设定为变成绝对转向角θ1和绝对转向角θ2的正好中间。并且，为这样一种特性，即，在从转向角0到齿条末端Eθ0的前面的绝对转向角θ1的范围内，增益GS为一定值1.0，在达到了绝对转向角θ1之后，到超过齿条末端Eθ0的绝对转向角θ2为止的范围内，使增益GS线性地减少到增益G(G不等于0但是比0大)。还有，为这样一种特性，即，在超过绝对转向角θ2的范围内，增益GS被保持为增益G。
在这样的结构中，转向角θ被输入到绝对值化单元100中以便求出绝对转向角|θ|，求出的绝对转向角|θ|被输入到增益单元110中。增益单元110按照图4所示的增益特性，输出与被输入进来的绝对转向角|θ|相对应的增益GS。增益GS被输入到乘法单元120中，通过增益GS与电流指令值Iref2相乘以便生成新的电流指令值Iref3(＝Iref2×GS)，基于电流指令值Iref3实施如前所述那样的辅助控制。
就这样，在本发明中，基于通过随绝对转向角|θ|变化而变化的增益GS与电流指令值Iref2相乘而得到的新的电流指令值Iref3来进行控制，通过在齿条末端(Eθ0)附近(θ1～θ2)限制电流指令值，以便减少转向扭矩，从而使碰头时的势头衰减并减少撞击能量。因此，能够抑制使驾驶员感到不舒服的撞击噪音。还有，在本发明中，因为在超过绝对转向角θ2的范围内被保持的增益G比0大但不等于0，所以也不会发生使驾驶员感到不舒服的转向不协调感。
尽管在上述第一实施方式中，如图4的增益特性所示那样，通过线性特性来进行增益GS的减少，但也可以通过如图5所示那样的非线性的抛物线状特性来进行增益GS的减少，或者，也可以通过如图6所示那样的非线性的S字形特性来进行增益GS的减少。当使用图6所示那样的非线性的S字形特性来进行增益GS的减少的时候，能够给驾驶员带来更平滑的转向感。
还有，尽管在上述第一实施方式中，对转向角进行绝对值化，基于被设定在齿条末端的前面的所规定的转向角θ1以及被设定在齿条末端的后面的θ2来改变增益，但也可以不对转向角进行绝对值化，而是针对正的转向角和负的转向角分别设定所规定的转向角±θ1以及±θ2，然后，基于所规定的转向角±θ1以及±θ2分别在转向角的正的范围和负的范围内改变增益。
接下来，参照图7对本发明的第二实施方式进行说明。
如图7所示，第二实施方式设有目标电流限制值运算单元130和限幅单元140，其中，目标电流限制值运算单元130具有目标电流限制值TL随来自绝对值化单元100的绝对转向角|θ|变化而变化的目标电流限制值特性，限幅单元140通过用目标电流限制值TL对电流指令值Iref2进行上限限幅来获得新的电流指令值Iref3。
图8示出了限幅单元140的信号的输入输出关系。如图8所示，通过对电流指令值Iref2进行基于目标电流限制值TL的上限限幅后，就生成了新的电流指令值Iref3。
目标电流限制值运算单元130的目标电流限制值特性例如为图9所示的特性。也就是说，在图9中，针对齿条末端Eθ1，在其前方(前面)设定绝对转向角θ10，在其后面设定绝对转向角θ11(＞θ10)，并且，齿条末端Eθ1被设定为变成绝对转向角θ10和绝对转向角θ11的正好中间。并且，为这样一种特性，即，在从转向角0到齿条末端Eθ1的前面的绝对转向角θ10的范围内，目标电流限制值TL为一定值TL1，在达到了绝对转向角θ10之后，到超过齿条末端Eθ1的绝对转向角θ11为止的范围内，使目标电流限制值TL线性地减少到目标电流限制值TL2(不等于0但是比0大)。还有，为这样一种特性，即，在超过绝对转向角θ11的范围内，目标电流限制值TL被保持为目标电流限制值TL2。
在这样的结构中，转向角θ被输入到绝对值化单元100中以便求出绝对转向角|θ|，求出的绝对转向角|θ|被输入到目标电流限制值运算单元130中。目标电流限制值运算单元130按照图9所示的目标电流限制值特性，输出与被输入进来的绝对转向角|θ|相对应的目标电流限制值TL。目标电流限制值TL被输入到限幅单元140中，通过用目标电流限制值TL对电流指令值Iref2进行上限限幅以便生成新的电流指令值Iref3，然后基于电流指令值Iref3实施如前所述那样的辅助控制。
就这样，在第二实施方式中，基于通过用随绝对转向角|θ|变化而变化的目标电流限制值TL对电流指令值Iref2进行上限限幅而生成的新的电流指令值Iref3来进行控制，通过在齿条末端(Eθ1)附近(θ10～θ11)限制电流指令值，以便减少转向扭矩，从而使碰头时的势头衰减并减少撞击能量。因此，能够抑制使驾驶员感到不舒服的撞击噪音。还有，在第二实施方式中，因为在超过绝对转向角θ11的范围内被保持的目标电流限制值TL2比0大但不等于0，所以也不会发生使驾驶员感到不舒服的转向不协调感。
尽管在上述第二实施方式中，如图9的目标电流限制值特性所示那样，通过线性特性来进行目标电流限制值TL的减少，但也可以通过如图10所示那样的非线性的抛物线状特性来进行目标电流限制值TL的减少，或者，也可以通过如图11所示那样的非线性的S字形特性来进行目标电流限制值TL的减少。当使用图11所示那样的非线性的S字形特性来进行目标电流限制值TL的减少的时候，能够给驾驶员带来更平滑的转向感。
还有，尽管在上述第二实施方式中，对转向角进行绝对值化，基于被设定在齿条末端的前面的所规定的转向角θ10以及被设定在齿条末端的后面的θ11来改变目标电流限制值，但也可以不对转向角进行绝对值化，而是针对正的转向角和负的转向角分别设定所规定的转向角±θ10以及±θ11，然后，基于所规定的转向角±θ10以及±θ11分别在转向角的正的范围和负的范围内改变目标电流限制值。
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
14 转向角传感器
20 电动机
23 电动机驱动单元
30 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
100 绝对值化单元
110 增益单元
120 乘法单元
130 目标电流限制值运算单元
140 限幅单元

Claims (6)

1.一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩运算出电流指令值，通过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：
具有用来检测出转向的转向角的功能，
具备具有增益随所述转向角变化而变化的增益特性的增益单元，
通过根据所述转向角从所述增益单元输出的所述增益与所述电流指令值相乘来获得新的电流指令值，并且，
所述增益特性为这样一种特性，即，当所述转向角小于或等于所述转向的齿条末端的前面的转向角θ1的时候，所述增益为一定值1.0，当所述转向角大于所述转向角θ1并且小于或等于超过所述齿条末端的转向角θ2的时候，所述增益逐渐减少，当所述转向角大于所述转向角θ2的时候，所述增益保持为一定值G，其中，θ2＞θ1，G＞0，
所述齿条末端处在所述转向角θ1和所述转向角θ2的中间。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述增益的减少为线性特性。
3.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述增益的减少为非线性特性。
4.一种电动助力转向装置，其至少基于转向扭矩运算出电流指令值，通过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：
具有用来检测出转向的转向角的功能，
具备具有目标电流限制值随所述转向角变化而变化的目标电流限制值特性的目标电流限制值运算单元，
通过用根据所述转向角从所述目标电流限制值运算单元输出的所述目标电流限制值对所述电流指令值进行上限限幅来获得新的电流指令值，并且，
所述目标电流限制值特性为这样一种特性，即，当所述转向角小于或等于所述转向的齿条末端的前面的转向角θ10的时候，所述目标电流限制值为一定值TL1，当所述转向角大于所述转向角θ10并且小于或等于超过所述齿条末端的转向角θ11的时候，所述目标电流限制值逐渐减少，当所述转向角大于所述转向角θ11的时候，所述目标电流限制值保持为一定值TL2，其中，θ11＞θ10，TL2＞0，
所述齿条末端处在所述转向角θ10和所述转向角θ11的中间。
5.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述目标电流限制值的减少为线性特性。
6.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述目标电流限制值的减少为非线性特性。
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