CN107380255A - 电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电动助力转向装置。在控制辅助马达(30)以使得转向轮(44L、44R)的转向角(θc)接近与基于由驾驶员进行的对方向盘(20)的操作而产生的转向操纵转矩对应地设定的目标转向角(θtgt)的电动助力转向装置(10)中，使转向角与由驾驶员进行的对方向盘的操作正确地对应，实现良好的驾驶性能。基于由转向操纵角传感器(21s)检测出的转向操纵角(θh)修正由转矩传感器(21)检测出的检测转向操纵转矩(Ts)而计算纯粹转向操纵转矩(Th)，基于纯粹转向操纵转矩设定目标转向角。由此，排除由转向机构(40)中的比转矩传感器更靠上游侧的构成部件的转动惯量以及粘性摩擦等造成的影响，设定正确的目标转向角。

Description

电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及电动助力转向装置。
背景技术
在该技术领域中，公知有如下的电动助力转向装置：对从辅助马达向转向机构传递的转矩即辅助转矩进行控制，以使得转向轮的转向角接近与基于由驾驶员进行的对方向盘的操作而产生的转向操纵转矩对应地设定的目标转向角(例如参照专利文献1)。该目标转向角根据由驾驶员对方向盘赋予的转矩即转向操纵转矩而增减。由此，能够使转向轮的转向角与由驾驶员施加的转向操纵转矩对应，且能够减轻由驾驶员对方向盘赋予的转向操纵转矩。
然而，例如基于设置于中间轴的扭杆的扭转等而利用转矩传感器来检测上述转向操纵转矩。因而，转矩传感器的检测值会受到由转向机构中的比转矩传感器更靠上游侧(方向盘侧)的构成部件(以下，有时称作“上游侧部件”)(例如方向盘等)的转动惯量以及粘性摩擦等造成的影响。
具体而言，例如假想如下的情况：在驾驶员未触碰方向盘(转向操纵转矩＝0(零))的状态下，车辆追随目标转向角而转向，结果，转向机构中的比转矩传感器更靠下游侧(转向轮侧)的构成部件(以下，有时称作“下游侧部件”)旋转。在该情况下，存在如下的可能性：例如因上游侧部件的转动惯量以及粘性摩擦等，上游侧部件未能瞬时地追随下游侧部件的旋转，产生扭杆的扭转，尽管转向操纵转矩为0(零)，但却由转矩传感器检测到转向操纵转矩。
或者，假想如下的情况：在驾驶员对方向盘赋予规定的转向操纵转矩而维持为恒定的转向操纵角(保持当前的转向操纵状态(保舵))的状态下，驾驶员的手离开方向盘(转向操纵转矩＝0(零))。在该情况下，也存在如下的可能性：因上游侧部件的转动惯量以及粘性摩擦等，上游侧部件的旋转角度未能瞬时地与该时刻的下游侧部件的旋转角度一致，产生扭杆的扭转，尽管转向操纵转矩为0(零)，但却由转矩传感器检测到转向操纵转矩。
如上所述，因上游侧部件的转动惯量以及粘性摩擦等的影响，存在由转矩传感器检测到的转向操纵转矩与由驾驶员对方向盘实际赋予的转向操纵转矩(以下，有时称作“纯粹转向操纵转矩”)不一致的情况。因而，若根据由转矩传感器检测到的转向操纵转矩使目标转向角增减，则存在难以设定正确的目标转向操纵角的顾虑。结果，存在难以使转向轮的转向角与由驾驶员施加的转向操纵转矩对应，难以实现良好的驾驶性能的顾虑。
专利文献1：日本特开2015－217793号公报
发明内容
本发明是为了解决上述课题而完成的。即，本发明的目的之一在于提供一种电动助力转向装置，在对辅助马达进行控制以使得转向轮的转向角接近与基于由驾驶员进行的对方向盘的操作而产生的转向操纵转矩对应地设定的目标转向角的电动助力转向装置中，能够使转向角与由驾驶员进行的对方向盘的操作正确地对应，能够实现良好的驾驶性能。
鉴于上述情况，本发明所涉及的电动助力转向装置(以下，有时称作“本发明装置”)具备转向机构(40)、转矩传感器(21)、转向角传感器(31)、目标转向角设定部(51)、目标辅助转矩设定部(52)以及驱动控制部(53)。
上述转向机构将基于由驾驶员进行的对方向盘(20)的操作而产生的转向操纵转矩(Th)和由辅助马达(30)产生的转矩即辅助转矩(Ta)传递至齿条轴(41)，由此使转向轮(44L以及44R)的转向角(θc)变化。上述转矩传感器对与上述转向操纵转矩对应的检测值即检测转向操纵转矩(Ts)进行检测。上述转向角传感器对上述转向轮的转向角进行检测。
上述目标转向角设定部设定上述转向轮的转向角的目标值即目标转向角(θtgt)。上述目标辅助转矩设定部设定用于使上述转向角接近上述目标转向角的目标辅助转矩(Ta*)。上述驱动控制部基于与上述设定的目标辅助转矩对应的辅助指令值(Itgt)来控制上述辅助马达，从而使上述辅助转矩(Ta)接近上述设定的目标辅助转矩。
本发明装置还具备转向操纵角传感器(21s)和纯粹转向操纵转矩计算部(54)。
上述转向操纵角传感器对上述方向盘的旋转角度即转向操纵角(θh)进行检测。上述纯粹转向操纵转矩计算部基于上述转向操纵角对上述检测转向操纵转矩进行修正，计算仅基于由上述驾驶员进行的对上述方向盘的操作而产生的纯粹转向操纵转矩(Th)。
除此之外，在本发明装置中，上述目标转向角设定部构成为：基于上述纯粹转向操纵转矩的方向以及大小来设定上述目标转向角。
根据本发明，在对辅助马达进行控制以使得转向轮的转向角接近与基于由驾驶员进行的对方向盘的操作而产生的转向操纵转矩对应地设定的目标转向角的电动助力转向装置中，根据仅基于由驾驶员进行的对方向盘的操作而产生的纯粹转向操纵转矩来设定目标转向角。由此，能够排除由转向机构中的上游侧部件(例如方向盘等)的转动惯量(Ih)以及粘性摩擦(Ch)等造成的影响。结果，能够使转向轮的转向角与由驾驶员施加的转向操纵转矩对应，能够实现良好的驾驶性能。
在上述说明中，为了有助于对本发明的理解，对于与后述的实施方式对应的发明的结构，以加注括号的形式标注了在该实施方式中使用的名称以及/或者附图标记。然而，本发明的各构成要件并不限定于由上述名称以及/或者上述附图标记规定的实施方式。通过以下的参照附图记述的对本发明的实施方式的说明，能够容易地理解本发明的其它目的、其它特征以及所带来的优点。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的电动助力转向装置(第一装置)的结构的示意图。
图2是说明由第一装置所具备的控制部实现的各部分的功能的示意性框图。
图3是示出由第一装置执行的转向操纵辅助控制程序的流程图。
图4是用于说明由转矩传感器检测出的检测转向操纵转矩Ts与仅基于由驾驶员进行的对方向盘的操作而产生的纯粹转向操纵转矩Th之间的关系的示意图。
附图标记说明
10：电动助力转向装置(第一装置)；20：方向盘；21：转矩传感器；21s：转向操纵角传感器；22：中间轴；30：辅助马达；31：转向角传感器；40：转向机构；41：齿条轴；42L以及42R：转向横拉杆；44L以及44R：转向轮；50：控制部(ECU)；51：目标转向角设定部；52：目标辅助转矩设定部；53：驱动控制部；54：纯粹转向操纵转矩计算部。
具体实施方式
《第一实施方式》
以下，参照附图对本发明的第一实施方式所涉及的电动助力转向装置(以下，有时称作“第一装置”)进行说明。
〈结构〉
图1是示出第一装置的结构的示意图。第一装置10具备转向机构40(图中未标注附图标记)、转矩传感器21、转向角传感器31以及控制部50。
转向机构40向转向轮44L以及44R传递基于由驾驶员进行的对方向盘20的操作而产生的(通过方向盘操作而输入至转向机构40的)转向操纵转矩Th以及由辅助马达30产生的转矩即辅助转矩Ta，从而使转向轮44L及44R的转向角变化。如图1所示，转向机构40由中间轴22、小齿轮(未图示)、齿条轴41以及转向横拉杆42L和42R等构成。即，转向机构40采用转向柱辅助型的齿条小齿轮方式。
然而，作为转向机构40，例如也可以采用小齿轮辅助型以及齿条辅助型等转向柱辅助型以外的齿条小齿轮方式。即，对于转向机构40的结构，只要能够传递转向操纵转矩Th和辅助转矩Ta而使转向轮44L以及44R的转向角变化即可，并无特殊限定。
转矩传感器21对与基于由驾驶员进行的对方向盘的操作而产生的转向操纵转矩对应的检测值即检测转向操纵转矩Ts进行检测。具体而言，转矩传感器21通过检测设置于中间轴22的扭杆的扭转来对检测转向操纵转矩Ts进行检测。此外，对于转矩传感器21的结构，只要能够对检测转向操纵转矩Ts进行检测即可，并无特殊限定。
转向角传感器31对转向轮44L以及44R的转向角θc进行检测。具体而言，转向角传感器31基于辅助马达30的旋转角度的累计值对转向角θc进行检测。然而，对于转向角传感器31的结构，只要能够对转向角θc进行检测即可，并无特殊限定。
控制部50是作为主要构成部件具有包括CPU、ROM、RAM以及接口等的微型计算机的电子控制电路(ECU：Electronic Control Unit，电子控制单元)。控制部50作为ECU的功能分别具备目标转向角设定部51、目标辅助转矩设定部52以及驱动控制部53。
目标转向角设定部51对转向轮44L以及44R的转向角θc的目标值即目标转向角θtgt进行设定。目标辅助转矩设定部52对用于使由转向角传感器31检测到的转向角θc接近目标转向角θtgt的目标辅助转矩Ta*进行设定。驱动控制部53基于与目标辅助转矩Ta*对应的辅助指令值Itgt来对辅助马达30进行控制，从而使辅助转矩Ta接近目标辅助转矩Ta*。这样的运算以及控制通过由CPU执行储存于存储器(ROM)的指令(程序)来实现。
然而，如上所述，由转矩传感器21检测到的检测转向操纵转矩Ts会受到由转向机构40中的比转矩传感器21更靠上游侧的构成部件(上游侧部件)(例如方向盘20等)的转动惯量以及粘性摩擦等造成的影响。因而，若根据检测转向操纵转矩Ts来设定目标转向角θtgt，则目标转向操纵角θtgt也会受到由方向盘20等的转动惯量以及粘性摩擦等造成的影响。结果，存在难以使转向轮44L以及44R的转向角θc与由驾驶员施加的真正的转向操纵转矩(纯粹转向操纵转矩Th)对应，难以实现良好的驾驶性能的顾虑。
因此，第一装置10还具备转向操纵角传感器21s和纯粹转向操纵转矩计算部54。转向操纵角传感器21s对方向盘20的旋转角度即转向操纵角θh进行检测。
如图2所示，纯粹转向操纵转矩计算部54基于由转向操纵角传感器21s检测到的转向操纵角θh来对检测转向操纵转矩Ts进行修正，从而计算仅基于由驾驶员进行的对方向盘20的操作而产生的纯粹转向操纵转矩Th。除此之外，目标转向角设定部51构成为：基于由纯粹转向操纵转矩计算部54计算出的纯粹转向操纵转矩Th的方向以及大小来设定目标转向角θtgt。
上述结构的结果是，目标辅助转矩设定部52能够设定基于正确的目标转向角θtgt的正确的目标辅助转矩Ta*，其中，该正确的目标转向角θtgt与由驾驶员施加的转向操纵转矩正确地对应，并且，驱动控制部53能够基于与正确的目标辅助转矩Ta*对应的辅助指令值Itgt来正确地控制辅助马达30。
〈工作〉
接下来，对第一装置10的工作详细地进行说明。构成控制部50的ECU所具备的CPU(以下，有时简称为“CPU”)每经过规定时间(运算周期)Δt即执行一次图3中作为流程图示出的“转向操纵辅助控制程序”。
CPU当在步骤S01中开始该程序后，进入步骤S02，从转矩传感器21、转向角传感器31以及转向操纵角传感器21s分别取得检测转向操纵转矩Ts、转向角θc以及转向操纵角θh。检测转向操纵转矩Ts是基于扭杆的扭转而由转矩传感器21检测到的转矩。因而，如图4所示，当将转矩传感器21的下游侧部件的旋转角度设为θs、并将与扭杆的刚性对应的比例常量设为Ks时，检测转向操纵转矩Ts能够由下述式(1)表示。
Ts＝Ks(θh-θs) (1)
从式(1)亦可知，检测转向操纵转矩Ts是因转矩传感器21的上游侧部件的旋转角度(θh)与下游侧部件的旋转角度(θs)之差而被检测到的转矩。上述旋转角度之差是因由转向机构40中的比转矩传感器21更靠上游侧的构成部件(上游侧部件)(例如方向盘20等)的转动惯量以及粘性摩擦等造成的影响而产生的。当将方向盘20的转动惯量设为Ih、将上游部件的粘性摩擦设为Ch时，图4所示的系统的运动方程式由下述式2表示。
因此，CPU进入步骤S03，根据从式(2)导出的下述式(3)，计算纯粹转向操纵转矩Th。即，CPU作为纯粹转向操纵转矩计算部54发挥功能，基于由转向操纵角传感器21s检测到的转向操纵角θh对检测转向操纵转矩Ts进行修正，计算仅基于由驾驶员进行的对方向盘20的操作而产生的纯粹转向操纵转矩Th。
接下来，CPU进入步骤S04，作为目标转向角设定部51发挥功能。即，CPU基于由纯粹转向操纵转矩计算部54计算出的纯粹转向操纵转矩Th的方向以及大小来设定(计算)正确的目标转向角θtgt。基于纯粹转向操纵转矩Th的目标转向角θtgt的计算方法能够从本领域技术人员所公知的各种方法中适当选择。
在第一装置10中，采用与一定期间内的纯粹转向操纵转矩Th的变化(ΔTh)成比例地使目标转向角θtgt变化的方法。具体而言，当将目标转向角θtgt的此次值设为θtgt[n]、将前次值设为θtgt[n－1]、将比例增益设为Kdth时，目标转向角θtgt的此次值θtgt[n]由下述式(4)表示。
θtgt[n]＝θtgt[n-1]+Kdth·ΔTh (4)
此外，作为目标转向角θtgt的初始值，例如能够使用从在搭载第一装置的车辆的各旅程(trip)中首次对方向盘进行转向操纵时的转向操纵角θh中根据转向机构的结构(例如传动比等)机械地确定的转向角θc。
接下来，CPU进入步骤S05，基于以上述方式计算(设定)的正确的目标转向角θtgt和当前时刻的转向角θc来设定(计算)目标辅助转矩Ta*。即，CPU作为目标辅助转矩设定部52发挥功能，设定(计算)用于使由转向角传感器31检测出的转向角θc接近上述目标转向角θtgt的目标辅助转矩Ta*。
对于基于目标转向角θtgt和转向角θc来计算(设定)目标辅助转矩Ta*的方法，例如能够从缩小转向角的误差的反馈控制等本领域技术人员所公知的各种方法中适当选择。在第一装置10中采用PI控制，通过以下的式(5)以及式(6)计算目标辅助转矩Ta*。式中，e是转向角的误差(当前时刻的转向角θc与目标转向角θtgt之差)，Ktp是比例增益，Kti是积分增益。
e＝θtgt[n]-θc (5)
Ta*＝Ktpe+Kti∫edt (6)
接下来，CPU进入步骤S06，作为驱动控制部53发挥功能。即，CPU计算与由目标辅助转矩设定部52设定的目标辅助转矩Ta*对应的辅助指令值Itgt，并基于该辅助指令值Itgt对辅助马达30进行控制，从而使由辅助马达30产生的辅助转矩Ta接近目标辅助转矩Ta*。
对于计算与目标辅助转矩Ta*对应的辅助指令值Itgt的方法，能够从本领域技术人员公知的各种方法中适当选择。在第一装置10中，采用用于使辅助马达30输出目标辅助转矩Ta*的电流指令值来作为辅助指令值Itgt。
具体而言，通过计测各种电流指令值时的辅助马达30的输出转矩的前置实验等，预先确定目标辅助转矩Ta*与辅助指令值Itgt之间的对应关系。而且，将示出该对应关系的设定表(检查表)预先储存于控制部50的存储器(ROM)，通过使CPU参照该设定表来确定与目标辅助转矩Ta*对应的辅助指令值Itgt。而且，CPU进入步骤S07，基于以上述方式确定出的辅助指令值Itgt来驱动辅助马达30。
此外，在上述步骤S05中，基于目标转向角θtgt和转向角θc来设定(计算)目标辅助转矩Ta*，并设定(计算)与该目标辅助转矩Ta*对应的辅助指令值Itgt。然而，也可以基于目标转向角θtgt和转向角θc而(不经由目标辅助转矩Ta*地)直接计算辅助指令值Itgt。在该情况下，作为目标辅助转矩设定部52发挥功能的CPU例如能够通过以下的式(7)来直接计算辅助指令值Itgt。式中，Kp是比例增益，Ki是积分增益。
Itgt＝Kpe+Ki∫edt (7)
以上，为了实现对本发明进行说明这一目的，有时一并参照附图，说明了具有特定的结构的实施方式以及变形例，但不应解释为本发明的范围被限定于上述示例性的实施方式以及变形例，不言而喻，本发明的范围能够在技术方案以及说明书所记载的事项的范围内适当地施加修正。

Claims (1)

1.一种电动助力转向装置，具备：
转向机构，该转向机构将基于由驾驶员进行的对方向盘的操作而产生的转向操纵转矩和由辅助马达产生的转矩即辅助转矩传递至齿条轴，由此使转向轮的转向角变化；
转矩传感器，该转矩传感器对与上述转向操纵转矩对应的检测值即检测转向操纵转矩进行检测；
转向角传感器，该转向角传感器对上述转向轮的转向角进行检测；
目标转向角设定部，该目标转向角设定部设定上述转向轮的转向角的目标值即目标转向角；
目标辅助转矩设定部，该目标辅助转矩设定部设定用于使上述转向角接近上述目标转向角的目标辅助转矩；以及
驱动控制部，该驱动控制部基于与上述目标辅助转矩对应的辅助指令值来控制上述辅助马达，从而使上述辅助转矩接近上述目标辅助转矩，
其中，
上述电动助力转向装置还具备：
转向操纵角传感器，该转向操纵角传感器对上述方向盘的旋转角度即转向操纵角进行检测；以及
纯粹转向操纵转矩计算部，该纯粹转向操纵转矩计算部基于上述转向操纵角对上述检测转向操纵转矩进行修正，计算仅基于由上述驾驶员进行的对上述方向盘的操作而产生的纯粹转向操纵转矩，
上述目标转向角设定部构成为：基于上述纯粹转向操纵转矩的方向以及大小来设定上述目标转向角。
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