CN107089259A - 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，其以来自扭矩传感器的转向扭矩来检知出驾驶员在自动转向模式中转动了转向盘，以与发生扭矩的大小对应的容量来切换到手动转向模式，不会给驾驶员带来不协调的感觉。电动助力转向装置具备转向角控制单元、扭矩积分判定单元及切换单元。转向角控制单元计算出第二电动机电流指令值；扭矩积分判定单元通过对转向扭矩进行积分并与阈值比较来输出转向扭矩判定信号；切换单元输入第一电动机电流指令值和第二电动机电流指令值，并根据切换信号或转向扭矩判定信号来切换。扭矩积分判定单元具备扭矩值比较单元、积分运算单元及切换判定单元。根据自动转向模式和手动转向模式的切换指令或转向扭矩判定信号，切换单元被切换。

Description

电动助力转向装置
本申请是申请号为201480002501.1(PCT/JP2014/050421)、申请日为2014年1月14日、发明名称为“电动助力转向装置”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向装置，其具有自动转向模式(停车辅助模式)功能和手动转向模式功能，将电动机产生的辅助扭矩赋予车辆的转向系统。本发明尤其涉及一种电动助力转向装置。该电动助力转向装置改善了从自动转向模式到手动转向模式的切换判定的性能。
背景技术
利用电动机的旋转力对车辆的转向机构施加转向辅助力(辅助扭矩)的电动助力转向装置，将电动机的驱动力经减速机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。为了准确产生转向辅助力的扭矩，现有的电动助力转向装置(EPS)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的差变小，电动机外加电压的调整通常用调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比指令值来进行。
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)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿臂机构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上设有检测转向盘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对控制电动助力转向装置的控制单元(ECU)100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100。控制单元100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，进行辅助(转向辅助)指令的转向辅助指令值的运算，通过对转向辅助指令值实施补偿等得到的电流控制值E，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。
在这样的电动助力转向装置中，控制单元100具有如日本特开2002-369565号公报所公开的结构。
如图2所示，产生转向装置的辅助转向力的电动机20由电动机驱动单元21驱动，电动机驱动单元21由用两点虚线表示的控制单元100控制，来自扭矩传感器10的转向扭矩Th和来自车速检测系统的车速Vel被输入到控制单元100。在电动机20中，电动机端子间电压Vm和电动机电流值i被测定然后被输出。
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利用转向扭矩Th进行控制；电动机系统控制单元120进行与电动机20的驱动相关的控制。扭矩系统控制单元110由辅助量运算单元111、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及自对准扭矩(SAT)估计反馈单元115来构成，还具备加法单元116A和116B、减法单元116C。另外，电动机系统控制单元120由补偿单元121、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及电动机特性补偿单元125来构成，还具备加法单元126A和126B。
转向扭矩Th被输入到辅助量运算单元111、微分控制单元112、横摆率收敛性控制单元113及SAT估计反馈单元115中，辅助量运算单元111、微分控制单元112、横摆率收敛性控制单元113及SAT估计反馈单元115都将车速Vel作为参数输入。辅助量运算单元111基于转向扭矩Th计算辅助扭矩量。横摆率收敛性控制单元113输入转向扭矩Th和电动机角速度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。另外，微分控制单元112提高转向的中立点附近的控制的响应度，并实现平滑、流畅的转向。SAT估计反馈单元115输入转向扭矩Th、辅助量运算单元111的输出与微分控制单元112的输出在加法单元116A相加后得到的信号、电动机角速度运算单元123运算出的电动机角速度ω及来自电动机角加速度运算单元124的角加速度α，估计SAT，利用反馈滤波器对估计出的SAT进行信号处理，然后将合适的路面信息作为反力赋予给转向盘。
另外，辅助量运算单元111的输出与微分控制单元112的输出在加法单元116A相加后得到的信号，与横摆率收敛性控制单元113的输出在加法单元116B相加后得到的信号，作为辅助量AQ被输入到鲁棒稳定化补偿单元114。鲁棒稳定化补偿单元114例如为日本特开平8-290778号公报所公开的补偿单元，其将被包含在扭矩检测值中的，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度和稳定性的共振频率的相位偏移进行补偿。通过减法单元116C从鲁棒稳定化补偿单元114的输出中减去SAT估计反馈单元115的输出，可得到辅助量Ia，该辅助量Ia能够将路面信息作为反力传递给转向盘。
而且，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i计算电动机角速度ω，电动机角速度ω被输入到电动机角加速度运算单元124、横摆率收敛性控制单元113及SAT估计反馈单元115中。电动机角加速度运算单元124基于被输入进来的电动机角速度ω计算电动机角加速度α，计算出的电动机角加速度α被输入到电动机特性补偿单元125和SAT估计反馈单元115中。从鲁棒稳定化补偿单元114的输出中减去SAT估计反馈单元115的输出得到的辅助量Ia与电动机特性补偿单元125的输出Ic在加法单元126A相加后得到的加法信号作为电流指令值Ir被输入到由微分补偿单元等构成的补偿单元121中。经补偿单元121补偿后的电流指令值Ira与干扰估计单元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21和干扰估计单元122中。干扰估计单元122如日本特开平8-310417号公报所公开的装置，其基于作为电动机输出的控制目标并经补偿单元121补偿后的电流指令值Ira与干扰估计单元122的输出相加后得到的信号和电动机电流i，能够既维持控制系统的输出基准中所希望的电动机控制特性，又不失去控制系统的稳定性。
在这样的电动助力转向装置中，近年出现了具有停车辅助功能(parkingassist)，切换自动转向模式和手动转向模式的车辆。在这样的装备了停车辅助功能的车辆中，基于来自摄相机(图像)、距离传感器等的数据设定目标转向角，进行追随目标转向角的自动控制。
在具有现有周知的自动转向模式(停车辅助模式)功能和手动转向模式功能的电动助力转向装置中，通过基于预先存储好的车辆的移动距离和转舵角(転舵角)的关系控制传动器(电动机)，来自动进行倒车停车和纵队停车。
然后，当驾驶员在自动转向模式中操纵了转向盘时，在被判断基于驾驶员的转向盘操作产生的转向扭矩超过了预先设定的规定的值的情况下，现有的装置中止自动转向控制。但是，如果仅通过将扭矩传感器的输出与规定的值进行比较来进行判断的话，由于扭矩传感器的杂音，或者由于例如在轮胎踏到了小石子的时候或在进行基于电动机的自动转向的时候发生的转向盘的惯性扭矩，扭矩传感器的输出有时会暂时超过规定的值，每当扭矩传感器的输出暂时超过规定的值时，会发生自动转向控制被中止的问题。为了回避这样的不利，如果将规定的值设定得偏高的话，就会不但造成自动转向模式和手动转向模式互相干涉，给驾驶员带来一种不协调的感觉，而且也有可能即使当驾驶员在自动转向控制中操纵了转向盘，自动转向控制变得不会被立即中止。
作为解决这样的问题的自动转向装置，例如有日本专利第3845188号公报(专利文献1)所公开的装置。专利文献1所公开的车辆的自动转向装置具备移动轨迹设定手段、传动器(电动机)、转向扭矩检测手段(扭矩传感器)及传动器控制手段，其中，移动轨迹设定手段存储或计算出到目标位置的车辆的移动轨迹；传动器(电动机)让车轮转向；转向扭矩检测手段(扭矩传感器)检测出驾驶员施加在转向盘上的转向扭矩；传动器控制手段基于移动轨迹设定手段设定的移动轨迹对传动器的驱动进行控制，并且，在持续规定的时间以上检测出大于或等于预先设定的规定的值的转向扭矩时，中止基于移动轨迹的传动器的控制。另外，专利文献1的车辆的自动转向装置设定复数种类的规定的值，针对各个规定的值变更规定的时间。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3845188号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，在专利文献1所公开的装置中，如果经过了与驾驶员的转向扭矩对应的规定的时间的话，自动转向控制会被中止。而且，存在设定复数种类的规定的值并针对各个规定的值变更规定的时间的麻烦和运算负荷大的问题。
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，其在具有自动转向模式功能和手动转向模式功能的车辆中，以来自扭矩传感器的转向扭矩来检知出驾驶员在自动转向模式中转动了转向盘，当与发生扭矩(発生トルク)的大小对应的容量(积分值)变得大于或等于规定的值时，或者变得大于或等于被细致地设定的规定的值时，切换到手动转向模式，所以不会给驾驶员带来一种不协调的感觉。
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计算第一电动机电流指令值，基于所述第一电动机电流指令值驱动电动机对转向系统进行辅助控制，并具有切换自动转向模式和手动转向模式的功能，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具备转向角控制单元、扭矩积分判定单元及切换单元，所述转向角控制单元计算出第二电动机电流指令值以便使实际转向角靠近目标转向角；所述扭矩积分判定单元通过对所述转向扭矩进行积分并与规定的阈值比较来输出转向扭矩判定信号；所述切换单元输入所述第一电动机电流指令值和所述第二电动机电流指令值，根据切换信号或所述转向扭矩判定信号被切换，所述扭矩积分判定单元具备扭矩值比较单元、积分运算单元及切换判定单元，所述扭矩值比较单元将所述转向扭矩的绝对值与扭矩阈值进行比较，输出规定的信号；所述积分运算单元对所述规定的信号进行积分；所述切换判定单元将来自所述积分运算单元的积分值与积分阈值进行比较，输出所述转向扭矩判定信号，根据所述自动转向模式和所述手动转向模式的切换指令或所述转向扭矩判定信号所述切换单元被切换。
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计算第一电动机电流指令值，基于所述第一电动机电流指令值驱动电动机对转向系统进行辅助控制，并具有切换自动转向模式和手动转向模式的功能，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：具备转向角控制单元、扭矩积分判定单元及切换单元，所述转向角控制单元计算出第二电动机电流指令值以便使实际转向角靠近目标转向角；所述扭矩积分判定单元通过对所述转向扭矩进行积分并与规定的阈值比较来输出转向扭矩判定信号；所述切换单元输入所述第一电动机电流指令值和所述第二电动机电流指令值，根据切换信号或所述转向扭矩判定信号被切换，所述扭矩积分判定单元具备多个扭矩值比较单元、多个积分运算单元及切换判定单元，所述多个扭矩值比较单元将所述转向扭矩的绝对值与多个扭矩阈值进行比较，输出各自的规定的信号；所述多个积分运算单元对所述各自的规定的信号进行积分；所述切换判定单元将来自所述多个积分运算单元的各自的积分值与与其对应的多个积分阈值进行比较，输出所述转向扭矩判定信号，根据所述自动转向模式和所述手动转向模式的切换指令或所述转向扭矩判定信号所述切换单元被切换。
发明的效果
根据本发明的电动助力转向装置，在具有自动转向模式(停车辅助模式)和手动转向模式的车辆中，因为当转向扭矩变得大于或等于规定的扭矩阈值时对转向扭矩进行积分，然后通过将积分值的大小与规定的积分阈值进行比较来进行切换控制，所以转向扭矩越大的话，可以短缩切换判定所需要的时间。因为不是根据时间的经过而是以转向扭矩的积分值来进行切换控制的判断，所以尤其在自动转向模式中切换到手动转向模式时，也不会给驾驶员带来一种不协调的感觉。
另外，因为没有必要有多个转向扭矩的阈值和多个判定时间的设定值，所以具有结构简单并可减轻运算负荷的优点。
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是表示现有的电动助力转向装置的控制系统的结构例的结构框图。
图3是表示本发明的结构例(第一实施例)的结构框图。
图4是表示扭矩积分判定单元的结构例的结构框图。
图5是表示本发明的动作例(第一实施例)的流程图。
图6是表示扭矩积分判定单元的动作例的流程图。
图7是表示转向扭矩和积分的动作例的时序图。
图8是表示转向扭矩与判定时间之间的关系的特性图。
图9是表示本发明的结构例(第二实施例)的结构框图。
图10是表示扭矩积分判定单元的结构例的结构框图。
图11是表示本发明的动作例(第二实施例)的流程图。
图12是表示扭矩积分判定单元的动作例的流程图。
图13是用来说明本发明的动作的图。
图14是通过分别比较二个阈值来表示转向扭矩和积分的动作例的时序图。
具体实施方式
在本发明中，在具有自动转向模式功能和手动转向模式功能的车辆的电动助力转向装置中，因为以来自扭矩传感器的转向扭矩来检知出驾驶员在自动转向模式中转动了转向盘，并且当与发生扭矩的大小对应的容量(积分值)变得大于或等于规定的值时切换到手动转向模式，所以无论在任何情况下都不会给驾驶员带来一种不协调的感觉。
当用多个阈值进行判定时，无论在任何情况下都不会给驾驶员带来一种不协调的感觉，可以迅速、准确地切换到手动转向模式。
下面，参照各图来详细说明本发明的实施方式。
图3表示本发明的结构例(第一实施例)。如图3所示，用于检测电动机旋转角θs的旋转传感器(如分解器等)151被连接到电动机150，经过车辆侧ECU130和EPS(电动助力转向装置)侧ECU140驱动控制电动机150。
车辆侧ECU130具备切换指令单元131和目标转向角生成单元132，其中，切换指令单元131基于表示驾驶员的意思的按钮、开关等输出自动转向模式或手动转向模式的切换指令SW；目标转向角生成单元132基于来自摄相机(图像)、距离传感器等的信号生成目标转向角θt。另外，由被设置在柱轴上的转向角传感器152检测出的实际转向角θr和来自车速传感器153的车速Vel经过车辆侧ECU130被输入到EPS侧ECU140内的转向角控制单元200中。由转向角传感器152检测出的实际转向角θr也可是基于柱轴(也包括中间轴、齿轮轴)、齿轮齿条(ラックアンドピニオン)的齿条的位移、车轮速度等的转向角估计值。还有，车速Vel也能够从CAN等处获得。
切换指令单元131基于识别进入自动转向模式的信号，例如基于被设置在仪表板或转向盘周围的表示驾驶员的意思的按钮或开关，或基于被设置在变速杆上的基于停车模式等的车辆状态信号，输出切换指令SW。然后，切换指令SW被输入到EPS侧ECU140内的切换单元142中。另外，目标转向角生成单元132基于来自摄相机(图像)、距离传感器等的数据用公知的方法生成目标转向角θt，被生成了的目标转向角θt被输入到EPS侧ECU140内的转向角控制单元200中。
EPS侧ECU140具备扭矩控制单元141、转向角控制单元200、切换单元142、电流控制/驱动单元143、电动机角速度运算单元144及扭矩积分判定单元300，其中，扭矩控制单元141输出基于来自扭矩传感器154的转向扭矩Th和电动机角速度ω计算出的电动机电流指令值Itref；转向角控制单元200基于目标转向角θt、实际转向角θr、车速Vel、转向扭矩Th及电动机角速度ω计算用于转向角自动控制的电动机电流指令值Imref并输出；切换单元142根据来自切换指令单元131的切换指令SW或转向扭矩判定信号TD来切换电动机电流指令值Itref和电动机电流指令值Imref并输出电动机电流指令值Iref；电流控制/驱动单元143基于来自切换单元142的电动机电流指令值Iref(Itref或Imref)驱动控制电动机150；电动机角速度运算单元144基于来自旋转传感器151的电动机旋转角θs计算电动机角速度ω；扭矩积分判定单元300基于转向扭矩Th输出转向扭矩判定信号TD。转向角控制单元200计算出电动机电流指令值Imref以便使实际转向角θr靠近目标转向角θt。
切换单元142根据来自车辆侧ECU130内的切换指令单元131的切换指令SW或来自扭矩积分判定单元300的转向扭矩判定信号TD来切换基于扭矩控制单元141的扭矩控制模式(手动转向模式)和基于转向角控制单元200的自动转向模式，在手动转向模式时，输出作为电动机电流指令值Iref的电动机电流指令值Itref，在自动转向模式时，输出作为电动机电流指令值Iref的电动机电流指令值Imref。另外，电流控制/驱动单元143由PI电流控制单元、PWM控制单元、逆变器等构成。
切换单元142根据来自车辆侧ECU130内的切换指令单元131的切换指令SW或来自扭矩积分判定单元300的转向扭矩判定信号TD来切换基于扭矩控制单元141的扭矩控制模式(手动转向模式)和基于转向角控制单元200的自动转向模式，在手动转向模式时，输出作为电动机电流指令值Iref的电动机电流指令值Itref，在自动转向模式时，输出作为电动机电流指令值Iref的电动机电流指令值Imref。另外，电流控制/驱动单元143由PI电流控制单元、PWM控制单元、逆变器等构成。
扭矩积分判定单元300具有图4所示的结构。如图4所示，扭矩积分判定单元300具备LPF(低通滤波器)301、绝对值单元302、扭矩值比较单元303、限制器304、积分运算单元305及切换判定单元306，其中，LPF301用于除去转向扭矩Th的杂音；绝对值单元302求出被从LPF301输出的转向扭矩Tha的绝对值；扭矩值比较单元303将转向扭矩Tha的绝对值与规定的扭矩阈值Tth进行比较，输出输出信号Ct或过去值初始化信号Pi；限制器304限制输出信号Ct的上下限值，以便不输入过大的信号；积分运算单元305对来自限制器304的积分输入值Cta进行积分；切换判定单元306将在积分运算单元305被积分的积分输出值Iout与规定的积分阈值Sth进行比较，输出转向扭矩判定信号TD。
在轮胎碰到侧石和路牙石等的情况下，当转向扭矩Th因转向盘的惯性扭矩暂时超过规定的值的时候，或，当转向扭矩Th没有达到规定的值的时候，为了回避自动转向控制切换了或自动转向控制变得很难切换，设置除去转向扭矩Th的杂音的LPF301。扭矩值比较单元303将转向扭矩Tha的绝对值|Tha|与扭矩阈值Tth进行比较，当绝对值|Tha|大于或等于扭矩阈值Tth时，实施积分动作，当绝对值|Tha|小于扭矩阈值Tth时，对积分值进行初始化使其为零。即，扭矩值比较单元303进行下述动作。
(表1)
当|Tha|≧Tth时，输出信号Ct＝|Tha|
当|Tha|<Tth时，输出信号Ct＝0，输出过去值初始化信号Pi
当过去值初始化信号Pi被从扭矩值比较单元303输出时，积分运算单元305内的过去值保持单元(Z-1)被初始化为零。另外，切换判定单元306将积分输出值Iout与积分阈值Sth进行比较，当积分输出值Iout大于或等于积分阈值Sth时切换条件成立，从自动转向模式切换到手动转向模式；当积分输出值Iout小于积分阈值Sth时切换条件不成立，继续自动转向模式。即，切换判定单元306进行下述动作。
(表2)
当Iout≧Sth时，切换条件成立
当Iout<Sth时，切换条件不成立
通过设置绝对值单元302，可以仅用值的大小来判定。因此，可以通过用单一的扭矩阈值Tth比较大小来判定。还有，作为结构，也可以将绝对值单元302和扭矩值比较单元303组合起来，通过扭矩值比较单元303的内部处理来判定绝对值。在设定扭矩阈值Tth为正负复数个的情况下，不需要绝对值单元，也可以在进行积分运算之后，求出绝对值。
在这样的构成中，参照图5的流程图来说明本发明的全体的动作例(第一实施例)。
当转向系统的动作开始时，实施基于扭矩控制单元141的扭矩控制(手动转向模式)(步骤S1)，电流控制/驱动单元143基于电动机电流指令值Itref来驱动电动机150(步骤S2)。重复上述动作直至切换指令SW被从切换指令单元131输出(步骤S3)。
当变成自动转向模式，切换指令SW被从切换指令单元131输出时，目标转向角θt被从目标转向角生成单元132输入到转向角控制单元200(步骤S4)，实际转向角θr被从转向角传感器152输入到转向角控制单元200(步骤S5)，转向扭矩Th被从扭矩传感器154输入到转向角控制单元200(步骤S6)，车速Vel被从车速传感器153输入到转向角控制单元200(步骤S7)，电动机角速度ω被从电动机角速度运算单元144输入到转向角控制单元200(步骤S8)，转向角控制单元200生成电动机电流指令值Imref(步骤S100)。还有，目标转向角θt、实际转向角θr、转向扭矩Th及电动机角速度ω的输入的顺序为任意。
然后，基于来自切换指令单元131的切换指令SW，切换单元142被切换到自动转向模式(步骤S10)，电流控制/驱动单元143基于来自转向角控制单元200的电动机电流指令值Imref来驱动电动机150(步骤S11)。
在这样的自动转向模式中，扭矩积分判定单元300对转向扭矩Th实施扭矩积分动作(步骤S200)，判定被积分后的扭矩积分值(积分输出值Iout)是否变得大于或等于规定的阈值(步骤S200A)。在扭矩积分值大于或等于阈值的情况下，转向扭矩判定信号TD被从扭矩积分判定单元300输出，切换单元142被切换，返回上述步骤S1，变成手动转向模式。在扭矩积分值小于阈值的情况下，返回上述步骤S3，重复上述动作(自动转向模式)。
接下来，参照图6的流程图来详细说明扭矩积分判定单元300的动作(图5中的步骤S200和步骤S200A)。
读取已经被输入(步骤S6)的转向扭矩Th(步骤S201)，由LPF301进行杂音除去(步骤S202)，绝对值单元302求出来自LPF301的转向扭矩Tha的绝对值|Tha|(步骤S203)。扭矩阈值Tth被事先输入到扭矩值比较单元303，扭矩值比较单元303判定绝对值|Tha|是否大于或等于扭矩阈值Tth(步骤S204)，当绝对值|Tha|大于或等于扭矩阈值Tth时，把输出信号Ct当作绝对值|Tha|并将输出信号Ct输入到积分运算单元305，积分运算单元305对输出信号Ct进行积分动作(步骤S205)。还有，当绝对值|Tha|小于扭矩阈值Tth时，使输出信号Ct为零，不进行积分动作，并且，输出过去值初始化信号Pi，对积分运算单元305进行初始化(步骤S206)。通过重置积分运算单元305内的过去值保持单元(Z-1)为零来进行初始化。
来自积分运算单元305的积分输出值Iout被输入到切换判定单元306，切换判定单元306判定积分输出值Iout是否大于或等于积分阈值Sth(步骤S207)。当积分输出值Iout大于或等于积分阈值Sth时，切换条件成立(步骤S210)，基于转向扭矩判定信号TD切换切换单元142(步骤S211)，从自动转向模式切换到手动转向模式(步骤S212)。还有，当积分输出值Iout小于积分阈值Sth时，切换条件不成立，不进行切换(步骤S213)。
图7用积分动作的关连来表示针对扭矩阈值Tth的转向扭矩Th(Tha)的时间变化例。如图7所示，从开始到时刻t1，由于转向扭矩Th小于扭矩阈值Tth，所以不进行积分。从时刻t1到时刻t2，尽管由于转向扭矩Th大于或等于扭矩阈值Tth所以进行积分，但由于积分值小于积分阈值Sth，所以切换条件不成立。然后，从时刻t2到时刻t3，由于转向扭矩Th小于扭矩阈值Tth所以不进行积分，时刻t3以后，由于转向扭矩Th大于或等于扭矩阈值Tth所以进行积分。在时刻t4，积分值变得大于或等于规定的值(积分阈值Sth)，表示切换条件成立的样子。也就是说，尽管图7的斜线部分变成积分领域(面积)，表示在时刻t2积分值小于积分阈值Sth，切换条件不成立，在时刻t4积分值变得大于或等于积分阈值Sth，切换条件成立的例子。
图8表示转向扭矩Th的转向模式#1～#3和判定时间D1～D3的关系，扭矩阈值Tth被赋予。然后，对于转向模式#1～#3来说，转向扭矩Th达到扭矩阈值Tth的定时都是相同的，在转向扭矩Th达到扭矩阈值Tth之后转向扭矩Th都变得大于扭矩阈值Tth，一达到扭矩阈值Tth就开始进行积分运算。从图8可知，转向扭矩Th越大的话，判定时间越短。这是因为转向扭矩Th越大的话，积分的变化率变大，早早到达积分阈值Sth。
另外，当切换单元142进行转向模式的切换时，也可以利用渐变增益(フェードゲイン)逐渐地变化。
图9表示本发明的结构例(第二实施例)，并与图3对应。如图9所示，除了扭矩积分判定单元300A之外，图9的第二实施例和图3的第一实施例完全相同。与第一实施例一样，扭矩积分判定单元300A基于转向扭矩Th输出转向扭矩判定信号TD。
第二实施例的扭矩积分判定单元300A具有图10所示的结构。如图10所示，与第一实施例一样，第二实施例的扭矩积分判定单元300A具备LPF(低通滤波器)301及绝对值单元302，其中，LPF301用于除去转向扭矩Th的杂音；绝对值单元302求出被从LPF301输出的转向扭矩Tha的绝对值。还有，在本第二实施例中，判定部分是由2个系统构成。
也就是说，第一系统由扭矩值比较单元303-1、限制器304-1、积分运算单元305-1及切换判定单元306A构成，其中，扭矩值比较单元303-1将转向扭矩Tha的绝对值|Tha|与规定的扭矩阈值Tth1进行比较，输出输出信号Ct1或过去值初始化信号Pi1；限制器304-1限制输出信号Ct1的上下限值，以便不输入过大的信号；积分运算单元305-1对来自限制器304-1的积分输入值Cta1进行积分；切换判定单元306A输入在积分运算单元305-1被积分的积分输出值Iout1并将其与规定的积分阈值Sth1进行比较，输出转向扭矩判定信号TD。同样，第二系统由扭矩值比较单元303-2、限制器304-2、积分运算单元305-2及切换判定单元306A构成，其中，扭矩值比较单元303-2将转向扭矩Tha的绝对值|Tha|与规定的扭矩阈值Tth2(>Tth1)进行比较，输出输出信号Ct2或过去值初始化信号Pi2；限制器304-2限制输出信号Ct2的上下限值，以便不输入过大的信号；积分运算单元305-2对来自限制器304-2的积分输入值Cta2进行积分；切换判定单元306A输入在积分运算单元305-2被积分的积分输出值Iout2并将其与规定的积分阈值Sth2(<Sth1)进行比较，输出转向扭矩判定信号TD。关于切换判定单元306A，在第一系统和第二系统中，既可以使用共同的切换判定单元306A，也可以使用不同的切换判定单元306A。
扭矩值比较单元303-1将转向扭矩Tha的绝对值|Tha|与扭矩阈值Tth1进行比较，当绝对值|Tha|大于或等于扭矩阈值Tth1时，经过限制器304-1在积分运算单元305-1实施积分动作，当绝对值|Tha|小于扭矩阈值Tth1时，对积分值进行初始化使其为零。即，扭矩值比较单元303-1进行下述动作。
(表3)
当|Tha|≧Tth1时，输出信号Ct1＝|Tha|
当|Tha|<Tth1时，输出信号Ct1＝0，输出过去值初始化信号Pi1
同样，扭矩值比较单元303-2将转向扭矩Tha的绝对值|Tha|与扭矩阈值Tth2进行比较，当绝对值|Tha|大于或等于扭矩阈值Tth2时，经过限制器304-2在积分运算单元305-2实施积分动作，当绝对值|Tha|小于扭矩阈值Tth2时，对积分值进行初始化使其为零。即，扭矩值比较单元303-2进行下述动作。
(表4)
当|Tha|≧Tth2时，输出信号Ct2＝|Tha|
当|Tha|<Tth2时，输出信号Ct2＝0，输出过去值初始化信号Pi2
当过去值初始化信号Pi1被从扭矩值比较单元303-1输出时，积分运算单元305-1内的过去值保持单元(Z-1)被初始化为零。同样，当过去值初始化信号Pi2被从扭矩值比较单元303-2输出时，积分运算单元305-2内的过去值保持单元(Z-1)被初始化为零。
切换判定单元306A将积分输出值Iout1与积分阈值Sth1进行比较，当积分输出值Iout1大于或等于积分阈值Sth1时切换条件成立，从自动转向模式切换到手动转向模式；当积分输出值Iout1小于积分阈值Sth1时切换条件不成立，继续自动转向模式。还有，切换判定单元306A将积分输出值Iout2与积分阈值Sth2进行比较，当积分输出值Iout2大于或等于积分阈值Sth2时切换条件成立，从自动转向模式切换到手动转向模式；当积分输出值Iout2小于积分阈值Sth2时切换条件不成立，继续自动转向模式。
即，切换判定单元306A进行下述动作。
(表5)
当Iout1≧Sth1或者Iout2≧Sth2时，切换条件成立
当Iout1<Sth1并且Iout2<Sth2时，切换条件不成立
通过设置绝对值单元302，可以仅用值的大小来判定。还有，作为结构，也可以将绝对值单元302和扭矩值比较单元303-1、扭矩值比较单元303-2组合起来，通过扭矩值比较单元303-1及扭矩值比较单元303-2的内部处理来判定绝对值。在设定扭矩阈值Tth1、Tth2为正负复数个的情况下，不需要绝对值单元，也可以在进行积分运算之后，求出绝对值。
在这样的构成中，参照图11的流程图来说明本发明的全体的动作例(第二实施例)。
当转向系统的动作开始时，实施基于扭矩控制单元141的扭矩控制(手动转向模式)(步骤S20)，电流控制/驱动单元143基于电动机电流指令值Itref来驱动电动机150(步骤S21)。重复上述动作直至切换指令SW被从切换指令单元131输出(步骤S22)。
当变成自动转向模式，切换指令SW被从切换指令单元131输出时，目标转向角θt被从目标转向角生成单元132输入到转向角控制单元200(步骤S23)，实际转向角θr被从转向角传感器152输入到转向角控制单元200(步骤S24)，转向扭矩Th被从扭矩传感器154输入到转向角控制单元200(步骤S25)，车速Vel被从车速传感器153输入到转向角控制单元200(步骤S26)，电动机角速度ω被从电动机角速度运算单元144输入到转向角控制单元200(步骤S27)，转向角控制单元200生成电动机电流指令值Imref(步骤S100)。还有，目标转向角θt、实际转向角θr、转向扭矩Th及电动机角速度ω的输入的顺序为任意。
然后，基于来自切换指令单元131的切换指令SW，切换单元142被切换到自动转向模式(步骤S30)，电流控制/驱动单元143基于来自转向角控制单元200的电动机电流指令值Imref来驱动电动机150(步骤S31)。
在这样的自动转向模式中，扭矩积分判定单元300A对转向扭矩Th实施扭矩积分动作(步骤S300)，判定被积分后的扭矩积分值(积分输出值Iout1、Iout2)是否变得大于或等于规定的阈值(Sth1、Sth2)(步骤S300A)。在扭矩积分值Iout1或Iout2大于或等于阈值Sth1或Sth2的情况下切换条件成立，转向扭矩判定信号TD被从扭矩积分判定单元300输出，切换单元142被切换，返回上述步骤S20，变成手动转向模式。在扭矩积分值Iout1和Iout2小于阈值Sth1和Sth2的情况下切换条件不成立，返回上述步骤S22，重复上述动作(自动转向模式)。
接下来，参照图12的流程图来详细说明扭矩积分判定单元300A的动作(图11中的步骤S300和步骤S300A)。
读取已经被输入(步骤S25)的转向扭矩Th(步骤S301)，由LPF301进行杂音除去(步骤S302)，绝对值单元302求出来自LPF301的转向扭矩Tha的绝对值|Tha|(步骤S303)。扭矩阈值Tth1被事先输入到扭矩值比较单元303-1，扭矩值比较单元303-1判定绝对值|Tha|是否大于或等于扭矩阈值Tth1(步骤S304)，当绝对值|Tha|大于或等于扭矩阈值Tth1时，把输出信号Ct1当作绝对值|Tha|并经过限制器304-1将输出信号Ct1输入到积分运算单元305-1，积分运算单元305-1对输出信号Ct1进行积分动作(步骤S305)。还有，当绝对值|Tha|小于扭矩阈值Tth1时，使输出信号Ct1为零，不进行积分动作，并且，输出过去值初始化信号Pi1，对积分运算单元305-1进行初始化(步骤S306)。通过重置积分运算单元305-1内的过去值保持单元(Z-1)为零来进行初始化。
另外，扭矩阈值Tth2(>Tth1)被事先输入到扭矩值比较单元303-2，扭矩值比较单元303-2判定绝对值|Tha|是否大于或等于扭矩阈值Tth2(步骤S310)，当绝对值|Tha|大于或等于扭矩阈值Tth2时，把输出信号Ct2当作绝对值|Tha|并经过限制器304-2将输出信号Ct2输入到积分运算单元305-2，积分运算单元305-2对输出信号Ct2进行积分动作(步骤S311)。还有，当绝对值|Tha|小于扭矩阈值Tth2时，使输出信号Ct2为零，不进行积分动作，并且，输出过去值初始化信号Pi2，对积分运算单元305-2进行初始化(步骤S312)。通过重置积分运算单元305-2内的过去值保持单元(Z-1)为零来进行初始化。
来自积分运算单元305-1的积分输出值Iout1被输入到切换判定单元306A，切换判定单元306A判定积分输出值Iout1是否大于或等于积分阈值Sth1，同时，来自积分运算单元305-2的积分输出值Iout2也被输入到切换判定单元306A，切换判定单元306A判定积分输出值Iout2是否大于或等于积分阈值Sth2(步骤S320)。当积分输出值Iout1大于或等于积分阈值Sth1时，或，当积分输出值Iout2大于或等于积分阈值Sth2时，切换条件成立(步骤S321)，基于转向扭矩判定信号TD切换切换单元142(步骤S322)，从自动转向模式切换到手动转向模式(步骤S323)。还有，积分输出值Iout1和Iout2与积分阈值Sth1和Sth2之间的关系在如上所述以外的情况下，切换条件不成立，不进行切换(步骤S324)。
图13表示转向扭矩Th的转向模式#1～#3和判定时间D1～D3的关系，扭矩阈值Tth1和Tth2(>Tth1)被赋予。例如，在驾驶员进行紧急回避的时候，被期望有一个尽可能短的判定时间。为了缩短检测出大的转向扭矩之后的检测时间，可以使扭矩阈值Tth2变得比扭矩阈值Tth1大，使积分阈值Sth2变得比积分阈值Sth1小。图13的判定时间D1～D3分别是针对转向模式#1～#3的扭矩阈值Tth1、积分阈值Sth1的结果。转向扭矩Th达到扭矩阈值Tth1的定时是相同的，使在转向扭矩Th达到扭矩阈值Tth1之后的转向扭矩Th变得比扭矩阈值Tth1大。从图13可知，转向扭矩Th越大的话，判定时间越短。这是因为转向扭矩Th越大的话，积分的变化率变大，早早到达积分阈值Sth1。
然后，判定时间D3A是扭矩阈值Tth2和积分阈值Sth2的结果。使转向模式#1和转向模式#2的转向扭矩Th变得比扭矩阈值Tth2小，并使转向模式#3的转向扭矩Th变得比扭矩阈值Tth2大。通过对积分阈值Sth2进行设定使其变小，比起扭矩阈值Tth1和积分阈值Sth1来，可以缩短转向扭矩Th超过扭矩阈值Tth2之后的判定时间。通过对扭矩阈值Tth2和积分阈值Sth2进行设定，可以提早判定的定时。
图14(A)用积分动作的关连来表示针对扭矩阈值Tth1的转向扭矩Th(Tha)的时间变化例。图14(B)用积分动作的关连来表示针对扭矩阈值Tth2的转向扭矩Th(Tha)的时间变化例。
在图14(A)的例子中，从开始到时刻t1，由于转向扭矩Th小于扭矩阈值Tth1，所以不进行积分。从时刻t1到时刻t2，尽管由于转向扭矩Th大于或等于扭矩阈值Tth1所以进行积分，但由于积分值小于积分阈值Sth1，所以切换条件不成立。然后，从时刻t2到时刻t3，由于转向扭矩Th小于扭矩阈值Tth1所以不进行积分，时刻t3以后，由于转向扭矩Th大于或等于扭矩阈值Tth1所以进行积分。在时刻t4，积分值变得大于或等于规定的值(积分阈值Sth1)，表示切换条件成立的样子。也就是说，尽管图14(A)的斜线部分变成积分领域(面积)，表示在时刻t2积分值小于积分阈值Sth1，切换条件不成立，在时刻t4积分值变得大于或等于积分阈值Sth1，切换条件成立的例子。
在图14(B)的例子中，扭矩阈值Tth2被设定成要比扭矩阈值Tth1大，从开始到时刻t10，由于转向扭矩Th小于扭矩阈值Tth2，所以不进行积分。从时刻t10到时刻t20，尽管由于转向扭矩Th大于或等于扭矩阈值Tth2所以进行积分，但由于积分值小于积分阈值Sth2，所以切换条件不成立。然后，从时刻t20到时刻t30，由于转向扭矩Th小于扭矩阈值Tth2所以不进行积分，时刻t30以后，由于转向扭矩Th大于或等于扭矩阈值Tth2所以进行积分。在时刻t40，积分值变得大于或等于规定的值(积分阈值Sth2)，表示切换条件成立的样子。也就是说，尽管图14(B)的斜线部分变成积分领域(面积)，表示在时刻t20积分值小于积分阈值Sth2，切换条件不成立，在时刻t40积分值变得大于或等于积分阈值Sth2，切换条件成立的例子。
另外，当切换单元142进行转向模式的切换时，也可以利用渐变增益逐渐地变化。还有，尽管在上面说明了设定了2个扭矩阈值和与其对应的2个积分阈值的2个系统的例子，也可以通过设定了3个以上的阈值的3个以上的系统来让扭矩积分判定单元300A工作。
附图标记说明
1 转向盘(方向盘)
2 柱轴(转向轴)
10、154 扭矩传感器
12、153 车速传感器
13 电池
20、150 电动机
21 电动机驱动单元
100 控制单元(ECU)
110 扭矩系统控制单元
120 电动机系统控制单元
151 旋转传感器
152 转向角传感器
130 车辆侧ECU
131 切换指令单元
132 目标转向角生成单元
140 EPS侧ECU
141 扭矩控制单元
142 切换单元
143 电流控制/驱动单元
144 电动机角速度运算单元
300、300A 扭矩积分判定单元
303、303-1、303-2 扭矩值比较单元
305、305-1、305-2 积分运算单元
306、306A 切换判定单元

Claims (19)

1.一种电动助力转向装置，其基于转向扭矩和车速计算第一电动机电流指令值，基于所述第一电动机电流指令值驱动电动机对转向系统进行辅助控制，并具有切换自动转向模式和手动转向模式的功能，其特征在于：
具备转向角控制单元、扭矩积分判定单元及切换单元，
所述转向角控制单元计算出第二电动机电流指令值以便使实际转向角靠近目标转向角；
所述扭矩积分判定单元通过对所述转向扭矩的绝对值进行积分，并将变成积分领域的积分输出值与积分阈值进行比较，以便输出转向扭矩判定信号；
所述切换单元输入所述第一电动机电流指令值和所述第二电动机电流指令值，并基于用来切换所述自动转向模式和所述手动转向模式的切换信号或所述转向扭矩判定信号而被切换，
所述扭矩积分判定单元具备扭矩值比较单元、积分运算单元及切换判定单元，
所述扭矩值比较单元将所述转向扭矩的绝对值与扭矩阈值进行比较，并将所述绝对值作为输出信号输出；
所述积分运算单元对所述输出信号进行积分，并输出所述积分输出值；
所述切换判定单元通过将来自所述积分运算单元的所述积分输出值与所述积分阈值进行比较，来输出所述转向扭矩判定信号，
所述积分运算单元在所述自动转向模式中，并且当所述转向扭矩的绝对值达到了所述扭矩阈值的时候，开始所述输出信号的积分运算，
当所述积分输出值达到了所述积分阈值的时候，所述切换单元将所述自动转向模式切换到所述手动转向模式。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述扭矩积分判定单元在所述扭矩值比较单元的前段具备用于除去所述转向扭矩的杂音的低通滤波器。
3.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述扭矩积分判定单元在所述扭矩值比较单元的后段具备用于限制上下限值的限制器。
4.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述扭矩积分判定单元在所述扭矩值比较单元的后段具备用于限制上下限值的限制器。
5.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述扭矩值比较单元具备在所述自动转向模式中，并且当所述转向扭矩小于所述扭矩阈值的时候，输出用来对所述积分运算单元进行初始化的过去值初始化信号的功能。
6.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述扭矩值比较单元具备在所述自动转向模式中，并且当所述转向扭矩小于所述扭矩阈值的时候，输出用来对所述积分运算单元进行初始化的过去值初始化信号的功能。
7.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述扭矩值比较单元具备在所述自动转向模式中，并且当所述转向扭矩小于所述扭矩阈值的时候，输出用来对所述积分运算单元进行初始化的过去值初始化信号的功能。
8.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述扭矩值比较单元具备在所述自动转向模式中，并且当所述转向扭矩小于所述扭矩阈值的时候，输出用来对所述积分运算单元进行初始化的过去值初始化信号的功能。
9.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述转向角控制单元计算出基于所述目标转向角、所述实际转向角、所述转向扭矩和基于电动机旋转角的电动机角速度运算出的所述第二电动机电流指令值，并使所述实际转向角靠近所述目标转向角。
10.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述转向角控制单元计算出基于所述目标转向角、所述实际转向角、所述转向扭矩和基于电动机旋转角的电动机角速度运算出的所述第二电动机电流指令值，并使所述实际转向角靠近所述目标转向角。
11.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述转向角控制单元计算出基于所述目标转向角、所述实际转向角、所述转向扭矩和基于电动机旋转角的电动机角速度运算出的所述第二电动机电流指令值，并使所述实际转向角靠近所述目标转向角。
12.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述转向角控制单元计算出基于所述目标转向角、所述实际转向角、所述转向扭矩和基于电动机旋转角的电动机角速度运算出的所述第二电动机电流指令值，并使所述实际转向角靠近所述目标转向角。
13.根据权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述转向角控制单元计算出基于所述目标转向角、所述实际转向角、所述转向扭矩和基于电动机旋转角的电动机角速度运算出的所述第二电动机电流指令值，并使所述实际转向角靠近所述目标转向角。
14.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述切换单元在扭矩积分值达到了所述积分阈值的时候，利用渐变增益来逐渐地改变所述第二电动机电流指令值。
15.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述切换单元在扭矩积分值达到了所述积分阈值的时候，利用渐变增益来逐渐地改变所述第二电动机电流指令值。
16.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述切换单元在扭矩积分值达到了所述积分阈值的时候，利用渐变增益来逐渐地改变所述第二电动机电流指令值。
17.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述切换单元在扭矩积分值达到了所述积分阈值的时候，利用渐变增益来逐渐地改变所述第二电动机电流指令值。
18.根据权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述切换单元在扭矩积分值达到了所述积分阈值的时候，利用渐变增益来逐渐地改变所述第二电动机电流指令值。
19.根据权利要求9所述的电动助力转向装置，其特征在于：所述切换单元在扭矩积分值达到了所述积分阈值的时候，利用渐变增益来逐渐地改变所述第二电动机电流指令值。
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