CN109963772B - 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，该电动助力转向装置针对诸如转向角之类的车辆信息，能够容易地实现同等的转向扭矩，既不会受到路面状态的影响，也不会受到机构系统特性的经年变化的影响。本发明的对转向系统进行辅助控制的电动助力转向装置具备“基于车辆驾驶信息来生成目标转向扭矩”的目标转向扭矩生成单元、“将目标转向扭矩变换成目标扭转角”的变换单元和“基于目标扭转角、扭力杆的扭转角以及电动机角速度来计算出电流指令值”的扭转角控制单元，并且，扭转角控制单元由“针对目标扭转角与扭转角之间的偏差，输出目标扭转角速度”的扭转角反馈补偿单元、“基于目标扭转角速度来输出电流指令值”的速度控制单元以及“针对至少一个角度相关信息，设定传递函数，并且，使电流指令值反馈”的稳定补偿单元来构成。

Description

电动助力转向装置

技术领域

本发明涉及一种高性能的电动助力转向装置，该电动助力转向装置通过进行控制，以便使“被安装在柱轴(转向轴或方向盘轴)上”的扭力杆的扭转角追随与诸如转向角、车速、转向状态之类的车辆驾驶信息相对应的值，从而能够实现期望的转向扭矩，并且，既不会受到路面状态的影响，也不会受到机构系统特性的经年变化的影响。

背景技术

作为搭载了电动机控制装置的装置，例如，有电动助力转向装置(EPS)。电动助力转向装置利用电动机的旋转力将辅助力(转向辅助力)赋予给车辆的转向系统，其将通过由逆变器供应的电力来控制的电动机的驱动力，通过包括减速机构在内的传送机构，作为辅助力施加到转向轴或齿条轴上。为了准确地产生辅助力，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。反馈控制通过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。一般来说，通过调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比(duty ratio)，来进行电动机外加电压的调整。

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经过减速机构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相连接。另外，在“具有扭力杆”的柱轴2上设有“用于检测出转向盘1的转向扭矩Ts”的扭矩传感器10和“用于检测出转向角θh”的转向角传感器14，“用于对转向盘1的转向力进行辅助”的电动机20经由减速机构3与柱轴2相连接。电池13对“用于对电动助力转向装置进行控制”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中。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Ts和由车速传感器12检测出的车速Vs，来进行辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算。还有，根据通过对电流指令值实施补偿等后而得到的电压控制指令值Vref，来控制供应给EPS用电动机20的电流。

另外，用于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Vs也能够从CAN40处获得。此外，用于收发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。

控制单元30主要由CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)(也包含MCU(Micro Controller Unit，微控制器单元)、MPU(Micro Processor Unit，微处理器单元)等)来构成，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的功能以及动作进行说明。如图2所示，由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Ts以及由车速传感器12检测出的(或来自CAN的)车速Vs被输入到用于运算出电流指令值Iref1的电流指令值运算单元31中。电流指令值运算单元31基于被输入进来的转向扭矩Ts以及车速Vs，并且，使用辅助图(assist map)等，来运算出作为供应给电动机20的电流的控制目标值的电流指令值Iref1。电流指令值Iref1经由加法单元32A被输入到电流限制单元33中；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运算出电流指令值Irefm与被反馈回来的电动机电流值Im之间的偏差I(＝Irefm－Im)；该偏差I被输入到用于进行转向动作的特性改善的PI(比例积分)控制单元35中。在PI控制单元35中经特性改善后得到的电压控制指令值Vref被输入到PWM控制单元36中，然后，再经由作为驱动单元的逆变器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的电流值Im；由电动机电流检测器38检测出的电流值Im被反馈到减法单元32B中。

另外，在加法单元32A中对来自补偿信号生成单元34的补偿信号CM进行加法运算，通过补偿信号CM的加法运算来进行转向系统的特性补偿，从而改善收敛性和惯性特性等。补偿信号生成单元34首先在加法单元34-4中使自对准扭矩(SAT)34-3与惯性34-2相加，然后，在加法单元34-5中再使在加法单元34-4中得到的加法结果与收敛性34-1相加，最后，将在加法单元34-5中得到的加法结果作为补偿信号CM。

就这样，在现有的辅助控制中，通过扭矩传感器来检测出“通过驾驶员的手动输入来施加的”转向扭矩(扭力杆的扭转扭矩)，并且，通过主要与检测出的转向扭矩相对应的辅助电流，来对电动机电流进行控制。然而，在这种方法中，因为不同的路面状态(例如，不同的路面倾斜)，从而会导致“转向扭矩有时会根据转向角而发生变化”。还有，“起因于经年使用”的电动机输出特性的变化也会导致“变成不同的转向特性”。

作为用于解决这样的问题的车辆控制装置，例如，有日本专利第5208894号公报(专利文献1)所公开的装置。专利文献1的装置具备了转向角检测手段、目标设定手段以及“进行控制，以便实现由目标设定手段设定好的转向扭矩的目标值”的控制手段，从而能够施加“基于驾驶员的触觉特性”的适当的转向扭矩。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5208894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的装置中，因为需要预先基于转向角或转向扭矩与手感量之间的关系，来求得转向角和转向扭矩之间的对应关系，所以，存在“必须基于该对应关系，将与转向角相对应的转向扭矩设定为目标值”的麻烦事。还有，专利文献1的装置针对转向扭矩的目标值与检测出的转向扭矩之间的偏差，使用了PI控制。

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，该电动助力转向装置针对诸如转向角之类的车辆驾驶信息，能够以“既不会受到路面状态的影响，也不会受到转向系统的机构特性的经年变化的影响”的方式，来容易地实现同等的转向扭矩。

解决技术问题的技术手段

本发明涉及一种电动助力转向装置，其具备“被安装在车辆的转向盘的柱轴上”的扭力杆，通过基于电流指令值来对与所述柱轴相连接的电动机进行驱动控制，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来实现，即：具备目标转向扭矩生成单元、变换单元和扭转角控制单元，所述目标转向扭矩生成单元基于车辆驾驶信息来生成目标转向扭矩，所述变换单元将所述目标转向扭矩变换成目标扭转角，所述扭转角控制单元基于所述目标扭转角、所述扭力杆的扭转角以及电动机角速度来计算出所述电流指令值，所述扭转角控制单元由扭转角反馈补偿单元、速度控制单元以及稳定补偿单元来构成，所述扭转角反馈补偿单元针对所述目标扭转角与所述扭转角之间的偏差，输出目标扭转角速度，所述速度控制单元基于所述目标扭转角速度来输出所述电流指令值，所述稳定补偿单元针对至少一个角度相关信息，设定传递函数，并且，使所述电流指令值反馈，所述电动助力转向装置通过进行控制，以便使所述扭转角追随与所述车辆驾驶信息相对应的值。

还有，本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地来实现，即：所述角度相关信息为所述电动机角速度，所述稳定补偿单元针对所述电动机角速度，设定传递函数，并且，使所述电流指令值反馈；或，通过一阶高通滤波器和增益，来设定所述传递函数；或，所述角度相关信息为所述扭转角、所述电动机角速度以及柱轴角，所述稳定补偿单元分别针对所述扭转角、所述电动机角速度以及所述柱轴角，设定传递函数，并且，使所述电流指令值反馈；或，通过一阶高通滤波器和增益，来设定针对所述电动机角速度的所述传递函数，通过二阶或更高阶的滤波器，来设定针对所述扭转角的所述传递函数，通过二阶或更高阶的滤波器，来设定针对所述柱轴角的所述传递函数；或，所述目标转向扭矩生成单元具备了基本图、相位补偿单元以及输出单元，所述基本图根据所述车辆驾驶信息来输出车速感应的第1扭矩信号，所述相位补偿单元被设置在所述基本图的前一级或后一级，所述输出单元将所述第1扭矩信号或通过所述相位补偿单元之后的所述第1扭矩信号作为所述目标转向扭矩来输出；或，“用来表示所述转向盘的向右转向或向左转向”的转向状态被输入到所述目标转向扭矩生成单元中，所述目标转向扭矩生成单元还具备滞后补正单元，所述滞后补正单元根据所述转向状态对所述车辆驾驶信息进行滞后补正，输出第2扭矩信号，所述输出单元使所述第1扭矩信号与所述第2扭矩信号相加，输出所述目标转向扭矩；或，所述目标转向扭矩生成单元还具备阻尼增益单元，所述阻尼增益单元使所述车辆驾驶信息的微分值与车速感应阻尼增益相乘，输出第3扭矩信号，所述输出单元将所述第1扭矩信号、所述第2扭矩信号和所述第3扭矩信号加在一起，输出所述目标转向扭矩；或，“用来对上限值和下限值进行限制”的限制器被设置在所述速度控制单元的后一级；或，所述扭转角反馈补偿单元使用传递函数的增益值；或，所述车辆驾驶信息为转向角、车速以及转向状态。

发明的效果

根据本发明的电动助力转向装置，通过基于诸如车速以及转向角之类的车辆驾驶信息来生成目标扭转角，将“目标扭转角与检测出的扭转角之间的偏差与补偿值(传递函数)相乘后得到的”结果设定为目标扭转角速度，进行速度控制，以便使扭转角追随目标扭转角，从而针对诸如转向角之类的车辆驾驶信息，就能够实现期望的转向扭矩，并且，还能够施加“基于驾驶员的转向的感觉”的适当的转向扭矩。还有，扭转角控制单元具备了“用来对扭转角速度进行控制”的速度控制单元，因此，能够提高“扭转角追随目标扭转角”的追随性，并且，还能够抑制“从驾驶员那儿被输入进来的转向角的变化给扭转角造成的影响”，从而提高了“针对突然的转向的扭转角追随目标扭转角”的追随性。

还有，因为设置了“具有针对角度相关信息的稳定所需的传递函数(二阶滤波器或四阶滤波器等)”的稳定补偿单元，所以能够实现整个EPS控制系统的稳定性。

尽管为了使扭转角追随目标扭转角，如果只是简单地增加增益的话，则会发生振荡和振动，但是通过由稳定补偿单元来进行的信号反馈，就能够抑制振荡和振动。还有，通过设置稳定补偿单元，就能够抑制“在高频带中发生的振动”的发生，从而，增加了扭转角反馈补偿单元的增益，这样就能够提高指令值的追随性。

附图说明

图1是表示现有的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单元(ECU)内的控制结构示例的结构框图。

图3是表示本发明的基本结构示例(第1实施方式)的结构框图。

图4是表示EPS转向系统和各种传感器的设置示例的结构图。

图5是用于说明“转向的向右转向/向左转向”的图。

图6是表示本发明的基本动作示例(第1实施方式)的流程图。

图7是表示目标转向扭矩生成单元的结构示例的结构框图。

图8是表示基本图的特性示例的图。

图9是表示车速感应阻尼增益图的特性示例的图。

图10是表示滞后补正单元的特性示例的图。

图11是表示目标转向扭矩生成单元的动作示例的流程图。

图12是表示扭转角控制单元的结构示例(第1实施方式)的结构框图。

图13是表示扭转角控制单元的动作示例(第1实施方式)的流程图。

图14是“没有使用稳定补偿单元”的场合的模拟结果。

图15是“使用了稳定补偿单元”的场合的模拟结果。

图16是“使用了阻尼增益图”的场合的模拟结果。

图17是“没有使用阻尼增益图”的场合的模拟结果。

图18是表示本发明的基本结构示例(第2实施方式)的结构框图。

图19是表示扭转角控制单元的结构示例(第2实施方式)的结构框图。

图20是表示扭转角控制单元的动作示例(第2实施方式)的流程图。

具体实施方式

本发明是“用来针对诸如转向角、车速、转向状态之类的车辆驾驶信息，以不会受到路面状态的影响的方式，来实现同等的转向扭矩”的电动助力转向装置。本发明的电动助力转向装置通过进行控制，以便使“被安装在柱轴上”的扭力杆的扭转角追随与车辆驾驶信息相对应的值，从而实现了期望的转向扭矩。还有，通过设置“用来提高系统的稳定性”的稳定补偿单元，这样就等于采取了振荡现象的对策，因此，能够通过调整增益来提高目标值追随性，从而就能够提高追随性。

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图3是表示本发明的基本结构示例(第1实施方式)的结构框图，通过EPS转向系统/车辆系统100内的电动机来对驾驶员的转向盘转向操作(转向盘转向)进行辅助控制。如图3所示，“作为车辆驾驶信息”的“用来表示转向的向右转向或向左转向”的转向状态STs、车速Vs以及转向角θh被输入到“用来输出与诸如转向角θh之类的车辆驾驶信息相对应的目标转向扭矩T_ref”的目标转向扭矩生成单元120中，由目标转向扭矩生成单元120生成的目标转向扭矩T_ref在具有“1/K_tor”的特性的变换单元101中被变换成目标扭转角Δθ_ref，在这里，K_tor表示被设置在柱轴2上的扭力杆2A的弹簧常数，还有，目标扭转角Δθ_ref被输入到扭转角控制单元140中。目标扭转角Δθ_ref、扭转角Δθ以及电动机角速度ω_m被输入到扭转角控制单元140中，扭转角控制单元140运算出“能够使扭转角Δθ变成目标扭转角Δθ_ref”的电流指令值I_ref，然后，基于电流指令值I_ref来对EPS的电动机进行驱动。

图4示出了EPS转向系统和各种传感器的设置示例，扭力杆2A被安装在柱轴2上。如图4所示，路面反力Fr和路面信息μ作用于转向车轮8L和8R上，还有，上侧角度传感器(角度θ₁)被设置在扭力杆2A的上方的柱轴2的转向盘一侧；下侧角度传感器(角度θ₂)被设置在扭力杆2A的下方的柱轴2的转向车轮一侧。另外，被设置在柱轴2的上方的转向角传感器检测出转向角θh。基于上侧角度传感器的角度θ₁与下侧角度传感器的角度θ₂之间的偏差，并且，通过下述式1以及式2，就能够求得扭力杆扭转角Δθ以及扭力杆扭矩Tt。在下述式2中，K_tor是扭力杆2A的弹簧常数。

式1

θ₁-θ₂＝Δθ

式2

K_tor·Δθ＝K_tor·(θ₁-θ₂)＝Tt

此外，可以通过使用“例如日本特开2008-216172号公报所公开”的扭矩传感器，来检测出扭力杆扭矩Tt。还有，可以通过使用“例如，如图5所示那样的转向角θh与电动机角速度ω_m之间的关系”，来求得“用来表示转向的向右转向或向左转向”的转向状态STs。

在这样的结构中，参照图6的流程图，对本实施方式的动作示例进行说明。

首先，转向角θh、转向状态STs以及车速Vs被输入到目标转向扭矩生成单元120中(步骤S1)，目标转向扭矩生成单元120生成目标转向扭矩T_ref(步骤S10)。目标转向扭矩T_ref被输入到变换单元101中，在变换单元101中被变换成目标扭转角Δθ_ref(步骤S30)。目标扭转角Δθ_ref、扭转角Δθ以及电动机角速度ω_m被输入到扭转角控制单元140中(步骤S31)，扭转角控制单元140运算出“能够使扭转角Δθ追随目标扭转角Δθ_ref”的电流指令值I_ref(步骤S40)，基于电流指令值I_ref来对电动机进行驱动，实施电流控制(步骤S60)。

此外，可以适当地变更图6中的数据的输入顺序。

图7示出了目标转向扭矩生成单元120的结构示例。如图7所示，转向角θh被输入到基本图121、微分单元122以及滞后补正单元124中，基本图121输出如图8所示那样的“以车速Vs为参数”的扭矩信号T_{ref_a}。尽管在图8中通过转向角θh的绝对值|θh|来构成基本图121，但基本图121也可以根据正或负的转向角θh来输出扭矩信号T_{ref_a}。扭矩信号T_{ref_a}被输入到加法单元126中。

还有，微分单元122输出“通过对转向角θh进行微分而获得”的转向角速度ω_h。转向角速度ω_h被输入到乘法单元125中。车速感应阻尼增益D_G被输入到乘法单元125中。作为在乘法单元125中获得的乘法结果(＝D_G·ω_h)的扭矩信号T_{ref_b}被输入到加法单元127中。车速感应的阻尼增益图123根据车速Vs来输出车速感应阻尼增益D_G。例如，如图9所示那样，车速感应阻尼增益D_G具有这样的特性，即，车速感应阻尼增益D_G随着车速Vs的增加而逐渐增加。此外，通过阻尼增益图123和乘法单元125来构成了阻尼增益单元。

向右转向/向左转向判定单元110进行“例如，如图5所示那样的判定”，并且，将作为判定结果的转向状态STs输入到滞后补正单元124中。转向角θh被输入到滞后补正单元124中。滞后补正单元124基于转向角θh以及转向状态STs，并且，按照下述式3，来运算出扭矩信号T_{ref_c}。在下述式3中，x＝θh和y＝T_{ref_c}是成立的。

式3

向右转向时y＝A_hys[1-exp{-a(x-b)}]

向左转向时y＝-A_hys[1-exp{a(x-b)}]

当从向右转向的转向操作切换到向左转向的转向操作的时候，还有，当从向左转向的转向操作切换到向右转向的转向操作的时候，基于最终坐标(x1，y1)的值，也就是说，基于切换前的坐标(x1，y1)的值，将下述式4代入到切换后的上述式3的“b”中。通过这样做，就能够保持切换前后的连续性。

式4

向右转向时

向左转向时

图10示出了“在上述式3以及上述式4中，设定为A_hys＝1[Nm]和a＝0.3，从0[deg]开始进行转向，然后，在+50[deg]与－50[deg]之间进行了转向”的场合的经滞后补正后得到的扭矩信号T_{ref_c}的例子。也就是说，来自滞后补正单元124的扭矩信号T_{ref_c}具有像“0的原点→a(细线)→b(虚线)→c(粗线)”那样的滞后特性。

在这样的结构中，参照图11的流程图，对目标转向扭矩生成单元120的动作示例(图6中的步骤S10)进行说明。

首先，输入转向角θh以及和车速Vs(步骤S11)，基本图121按照图8的特性，来生成与转向角θh以及和车速Vs相对应的扭矩信号T_{ref_a}并将其输出(步骤S12)。转向角θh还被输入到微分单元122以及滞后补正单元124中，微分单元122对转向角θh进行微分，输出转向角速度ω_h(步骤S13)，阻尼增益图123输出与车速Vs相对应的车速感应阻尼增益D_G(步骤S14)，乘法单元125通过使转向角速度ω_h与车速感应阻尼增益D_G相乘来运算出扭矩信号T_{ref_b}，并且，将扭矩信号T_{ref_b}输入到加法单元127中(步骤S15)。

还有，向右转向/向左转向判定单元110判定“转向操作是向右转向还是向左转向”，并且，将作为判定结果的转向状态STs输入到滞后补正单元124中(步骤S16)。滞后补正单元124通过针对转向角θh，并且，根据转向状态STs，来进行上述式3以及上述式4的运算，这样就实施了滞后补正(步骤S17)，从而生成了扭矩信号T_{ref_c}(步骤S18)。扭矩信号T_{ref_c}被输入到加法单元127中。

通过在“构成了输出单元”的加法单元126和加法单元127中，对如上所述那样获得的扭矩信号T_{ref_a}、扭矩信号T_{ref_b}以及扭矩信号T_{ref_c}进行加法运算，这样就运算出目标转向扭矩T_ref(步骤S19)。也就是说，在加法单元127中使扭矩信号T_{ref_b}与扭矩信号T_{ref_c}相加，接下来，在加法单元126中使扭矩信号T_{ref_a}与“在加法单元127中获得的加法结果”相加，然后，“在加法单元126中获得的加法结果”被作为目标转向扭矩T_ref输出。

此外，可以适当地变更图11中的数据输入以及运算等的顺序。

图12是表示扭转角控制单元140的结构示例的结构框图。如图12所示，减法单元141计算出目标扭转角Δθ_ref与扭转角Δθ之间的偏差Δθ₀，偏差Δθ₀被输入到“具有补偿值C_FB(传递函数)”的扭转角反馈(FB)补偿单元142中。扭转角FB补偿单元142使偏差Δθ₀与补偿值C_FB(传递函数)相乘，输出“能够使扭转角Δθ追随目标扭转角Δθ_ref”的目标扭转角速度ω_ref。目标扭转角速度ω_ref被输入到I-P控制(比例先行PI控制)的速度控制单元130中。此外，补偿值C_FB可以为简单的增益K_pp，或者，补偿值C_FB也可以为PI控制的补偿值。

扭转角Δθ还被输入到微分单元143中，微分单元143输出“通过对扭转角Δθ进行微分而获得”的扭转角速度ω。扭转角速度ω被输入到速度控制单元130中。

I-P控制的速度控制单元130计算出“能够使扭转角速度ω追随目标扭转角速度ω_ref”的电流指令值Is。电流指令值Is被输入到加法单元146中。

电动机角速度ω_m作为角度相关信息被输入到“具有补偿值Cs(传递函数)”的稳定补偿单元145中。来自稳定补偿单元145的电流指令值Isb被输入到加法单元146中。为了提高追随性和外部干扰特性，如果增加扭转角FB补偿单元142以及速度控制单元130的增益的话，则就会发生高频带中的与控制相关的振荡现象。作为针对这种振荡现象而采取的对策，在稳定补偿单元145中设定“针对电动机角速度ω_m的稳定所需的传递函数(Cs)”。通过这样做，就能够实现整个EPS控制系统的稳定性。作为稳定补偿单元145的传递函数(Cs)，例如，使用“通过使用了一阶HPF(高通滤波器)的结构的伪微分和增益来设定”的并且由下述式5来表示的一阶滤波器。

式5

其中，K_sta为增益，还有，fc为截止频率，例如，将fc设定为150[Hz]。

加法单元146使来自速度控制单元130的电流指令值Is与来自稳定补偿单元145的电流指令值Isb相加。还有，设置了“对通过加法单元146中的加法运算而获得的电流指令值Isa的上限值和下限值进行限制，并且，输出电流指令值I_ref”的限制器144。

在这样的结构中，参照图13的流程图，对扭转角控制单元140的动作示例(图6中的步骤S40)进行说明。

首先，输入目标扭转角Δθ_ref和扭转角Δθ(步骤S41)，减法单元141计算出偏差Δθ₀(步骤S42)。偏差Δθ₀被输入到扭转角FB补偿单元142中以便对其进行补偿(步骤S43)，经补偿后得到的目标扭转角速度ω_ref被输入到速度控制单元130中。扭转角Δθ还被输入到微分单元143中，微分单元143对扭转角Δθ进行微分，输出扭转角速度ω(步骤S44)，扭转角速度ω也被输入到速度控制单元130中。

在速度控制单元130中，通过减法单元131来获得目标扭转角速度ω_ref与扭转角速度ω之间的差分，积分单元132对该差分进行积分(Kvi/s)，在积分单元132中获得的积分结果被输入到加法单元134中(步骤S45)。比例单元133对扭转角速度ω进行比例处理(Kvp)，在比例单元133中获得的比例结果被输入到加法单元134中(步骤S45)，加法单元134输出“作为在加法单元134中获得的加法结果”的电流指令值Is。电流指令值Is被输入到加法单元146中。

电动机角速度ω_m被输入到稳定补偿单元145中，稳定补偿单元145对电动机角速度ω_m实施稳定补偿(步骤S46)，来自稳定补偿单元145的电流指令值Isb被输入到加法单元146中。加法单元146使电流指令值Is与电流指令值Isb相加(步骤S47)，“作为在加法单元146中获得的加法结果”的电流指令值Isa被输入到限制器144中，限制器144对电流指令值Isa的上限值和下限值进行限制(步骤S48)，限制器144输出电动机控制的电流指令值I_ref(步骤S49)。

对本实施方式的效果进行说明。

首先，通过使用“使用了扭转角控制单元140”的模拟结果，来对稳定补偿单元145的效果进行说明。

为了清楚地显示稳定补偿单元145的效果，通过假设“扭矩传感器(扭转角传感器)的信号为慢的信号”，并且，使“有目的地适用了截止频率为50Hz的一阶LPF(低通滤波器)”的信号反馈到扭转角控制单元140，来进行了模拟。图14的(A)、图14的(B)、图15的(A)以及图15的(B)示出了模拟结果。其中，图14的(A)以及图14的(B)示出了“没有使用稳定补偿单元145”的场合的模拟结果；图15的(A)以及图15的(B)示出了“使用了稳定补偿单元145”的场合的模拟结果。还有，图14的(A)以及图15的(A)示出了转向角θh的时间变化；图14的(B)以及图15的(B)示出了目标扭转角(目标转向扭矩)Δθ_ref(细线)和扭转角(转向扭矩)Δθ(粗线)的时间变化。在没有使用稳定补偿单元145的情况下，如果增加扭转角FB补偿单元142以及速度控制单元130的增益的话，则如图14的(B)所示那样，扭转角Δθ就会发生振动，从而扭转角Δθ就变得追随不了目标扭转角Δθ_ref。另一方面，在使用了稳定补偿单元145的情况下，如图15的(B)所示那样，因为细线与粗线基本上重合在一起，这样就抑制了振动的发生，从而能够充分地增加扭转角FB补偿单元142以及速度控制单元130的增益，这样就能够提高目标值追随性。

接下来，通过使用模拟结果，来对阻尼增益图123的效果进行说明。

作为车速感应的阻尼增益图123的效果，可以举出这两种效果，即，一种效果为“通过对与转向角速度成比例的目标转向扭矩进行补偿，使得能够具有作为转向感的粘性感”；另一种效果为“在从转动了转向盘的状态变成了驾驶员的手松开了转向盘的状态的情况下，转向盘不会产生振荡，能够具有收敛性，并且，还能够提高系统的稳定性”。进行了“用来确认上述这两种效果”的模拟。通过使手动输入扭矩从“在从开始到1[sec]的期间施加了3[Nm]”的状态(转向角θh比30[deg]稍微小一点)逐步变化到0[Nm]，来进行了“驾驶员的手松开了转向盘”的模拟。图16的(A)以及图16的(B)示出了模拟结果。与图14的(A)、图14的(B)、图15的(A)以及图15的(B)相同，图16的(A)示出了转向角θh的时间变化；图16的(B)示出了目标扭转角Δθ_ref(细线)和扭转角Δθ(粗线)的时间变化。还有，通过图16的(A)以及图16的(B)可知，转向角θh稳定地收敛到0[deg]。图17的(A)以及图17的(B)示出了“没有使用阻尼增益图123”的场合的模拟结果，在这种情况下，如图17的(A)以及图17的(B)所示那样，有时会以与控制相关的方式发生振荡。

对本发明的其他的实施方式(第2实施方式)进行说明。

尽管在第1实施方式中，作为角度相关信息，使用了电动机角速度ω_m，并且，通过设置针对电动机角速度ω_m的稳定补偿单元145，来实现整个EPS控制系统的稳定性，但是在第2实施方式中，作为角度相关信息，除了使用电动机角速度ω_m之外，还使用扭转角Δθ以及柱轴角θc，并且，针对扭转角Δθ、电动机角速度ω_m以及柱轴角θc，分别设置稳定补偿单元。

图18是表示第2实施方式的基本结构示例的结构框图，与如图3所示的第1实施方式的基本结构示例相比，EPS转向系统/车辆系统200输出扭转角Δθ、电动机角速度ω_m以及柱轴角θc，并且，扭转角Δθ、电动机角速度ω_m以及柱轴角θc都被输入到扭转角控制单元240中。第2实施方式的其他的结构与第1实施方式相同。因此，与如图6所示的第1实施方式的动作示例相比，本结构示例的动作是这样的，即，因为步骤S31的动作变成了“目标扭转角Δθ_ref、扭转角Δθ、电动机角速度ω_m以及柱轴角θc都被输入到扭转角控制单元240中”的动作，所以，步骤S40中的扭转角控制单元所进行的动作不同于第1实施方式的步骤S40中的扭转角控制单元所进行的动作。

图19示出了扭转角控制单元240的结构示例。与如图12所示的第1实施方式中的扭转角控制单元140的结构示例相比，在扭转角控制单元240中，追加了稳定补偿单元241、稳定补偿单元242、加法单元243以及加法单元244。因为扭转角控制单元240的其他的结构与第1实施方式中的扭转角控制单元140的结构相同，所以省略其说明。

扭转角Δθ被输入到“具有补偿值Cs1(传递函数)”的稳定补偿单元241中，还有，来自稳定补偿单元241的电流指令值Isb1被输入到加法单元244中。柱轴角θc被输入到“具有补偿值Cs2(传递函数)”的稳定补偿单元242中，还有，来自稳定补偿单元242的电流指令值Isb2被输入到加法单元243中。来自稳定补偿单元145的电流指令值Isb0(相当于第1实施方式中的电流指令值Isb)在加法单元243中与电流指令值Isb2相加，接着，在加法单元243中获得的加法结果在加法单元244中与电流指令值Isb1相加，然后，在加法单元244中获得的加法结果作为电流指令值Isb被输出到加法单元146中。作为稳定补偿单元241的传递函数(Cs1)和稳定补偿单元242的传递函数(Cs2)，例如，可以彼此独立地使用由下述式6来表示的二阶滤波器。

式6

其中，K_stan为增益，还有，fca以及fcb均为截止频率。

在这样的结构中，参照图20的流程图，对扭转角控制单元240的动作示例进行说明。

从开始到步骤S45，实施与第1实施方式相同的动作。

在稳定补偿单元241中，针对被输入进来的扭转角Δθ，实施稳定补偿(步骤S46A)，来自稳定补偿单元241的电流指令值Isb1被输入到加法单元244中。与第1实施方式的场合相同，电动机角速度ω_m被输入到稳定补偿单元145中，稳定补偿单元145对电动机角速度ω_m实施稳定补偿(步骤S46B)，来自稳定补偿单元145的电流指令值Isb0被输入到加法单元243中。柱轴角θc被输入到稳定补偿单元242中，稳定补偿单元242对柱轴角θc实施稳定补偿(步骤S46C)，来自稳定补偿单元242的电流指令值Isb2被输入到加法单元243中。

通过在加法单元243以及加法单元244中，对电流指令值Isb0、电流指令值Isb1以及电流指令值Isb2进行加法运算，这样就运算出电流指令值Isb(步骤S46D)。也就是说，电流指令值Isb2在加法单元243中与电流指令值Isb0相加，接着，在加法单元243中获得的加法结果在加法单元244中与电流指令值Isb1相加，然后，在加法单元244中获得的加法结果作为电流指令值Isb被输出。电流指令值Isb被输入到加法单元146中。之后(从步骤S47到结束)，实施与第1实施方式相同的动作。

此外，尽管在第2实施方式中，针对扭转角Δθ、电动机角速度ω_m以及柱轴角θc分别设置了稳定补偿单元，以便对扭转角Δθ、电动机角速度ω_m以及柱轴角θc分别进行稳定补偿，但也可以对这些稳定补偿进行挑选，并且，将挑选出来的稳定补偿适当地组合在一起。

另外，在上述实施方式(第1实施方式以及第2实施方式)中，与基本图121以及阻尼增益图123相同，作为滞后补正单元124，也可以使用“感应车速Vs”的滞后补正单元，还有，也可以在基本图121的后一级或前一级设置相位补偿单元。例如，在想带给驾驶员一种舒畅的转向感的情况下，只要设定相位超前补偿就可以了。还有，尽管在上述实施方式中，将“对扭矩信号T_{ref_a}、扭矩信号T_{ref_b}以及扭矩信号T_{ref_c}进行加法运算后获得的”加法结果作为目标转向扭矩T_ref，但也可以将扭矩信号T_{ref_a}作为目标转向扭矩T_ref，还有，也可以将“扭矩信号T_{ref_a}与扭矩信号T_{ref_c}相加后获得的”加法结果作为目标转向扭矩T_ref。

还有，也可以使“现有的辅助控制的电流指令值”、“SAT(Self-Aligning Torque，自对准扭矩)估计值的电流指令值”或“用于抑制转向盘振动的电流指令值”与扭转角控制单元的电流指令值I_ref相加。

另外，尽管在上述实施方式中，通过I-P控制(比例先行PI控制)来构成了速度控制单元，但也可以通过诸如PI控制、P(比例)控制、PID(比例积分微分)控制、PI-D控制(微分先行PID控制)、模型匹配控制、模型参考控制之类的常用的控制方式来构成速度控制单元。

尽管在上述实施方式中，通过对转向角θh进行微分运算，来求得转向角速度，但为了减少高频带噪声的影响，也可以对转向角速度适当地实施LPF处理。还有，也可以通过HPF(高通滤波器)和增益，来实施微分运算和LPF处理。另外，转向角速度也可以为“通过对由上侧角度传感器检测出的角度θ₁、由下侧角度传感器检测出的角度θ₂或由与电动机相连接的旋转角传感器检测出的角度进行微分运算和LPF处理后而获得的”信号，而不是转向角θh。

附图标记说明

1 转向盘(方向盘)

2 柱轴(转向轴或方向盘轴)

3 减速机构

10 扭矩传感器

12 车速传感器

14 转向角传感器

20 电动机

30 控制单元(ECU)

100、200 EPS转向系统/车辆系统

101 变换单元

110 向右转向/向左转向判定单元

120 目标转向扭矩生成单元

121 基本图

123 阻尼增益图

124 滞后补正单元

130 速度控制单元

140、240 扭转角控制单元

142 扭转角反馈(FB)补偿单元

145、241、242 稳定补偿单元

Claims (19)

1.一种电动助力转向装置，其具备“被安装在车辆的转向盘的柱轴上”的扭力杆，通过基于电流指令值来对与所述柱轴相连接的电动机进行驱动控制，以便对转向系统进行辅助控制，其特征在于：

所述电动助力转向装置具备目标转向扭矩生成单元、变换单元和扭转角控制单元，

所述目标转向扭矩生成单元基于车辆驾驶信息来生成目标转向扭矩，

所述变换单元通过使用所述扭力杆的弹簧常数，将所述目标转向扭矩变换成目标扭转角，

所述扭转角控制单元基于所述目标扭转角、所述扭力杆的扭转角以及所述电动机的角速度来计算出所述电流指令值，

“用来表示所述转向盘的向右转向或向左转向”的转向状态被输入到所述目标转向扭矩生成单元中，

所述目标转向扭矩生成单元具备基本图、相位补偿单元、滞后补正单元、阻尼增益单元以及输出单元，

所述基本图根据所述车辆驾驶信息来输出车速感应的第1扭矩信号，

所述相位补偿单元被设置在所述基本图的前一级或后一级，

所述滞后补正单元根据所述转向状态对所述车辆驾驶信息进行滞后补正，输出第2扭矩信号，

所述阻尼增益单元使所述车辆驾驶信息的微分值与车速感应阻尼增益相乘，输出第3扭矩信号，

所述输出单元将所述第1扭矩信号、所述第2扭矩信号和所述第3扭矩信号加在一起，输出所述目标转向扭矩，

所述扭转角控制单元由扭转角反馈补偿单元、速度控制单元以及稳定补偿单元构成，

所述扭转角反馈补偿单元针对所述目标扭转角与所述扭转角之间的偏差，输出目标扭转角速度，

所述速度控制单元输入所述目标扭转角速度以及扭转角速度，计算出“能够使所述扭转角速度追随所述目标扭转角速度”的所述电流指令值并将其输出，

所述稳定补偿单元针对至少一个角度相关信息，设定传递函数，并且，对所述电流指令值实施反馈，

所述电动助力转向装置以使所述扭转角追随与所述车辆驾驶信息相对应的值的方式进行控制。

2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述角度相关信息为所述电动机的角速度、所述扭转角以及柱轴角。

3.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：

通过一阶高通滤波器和增益，来设定针对所述电动机的角速度的所述传递函数。

4.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：

通过二阶或更高阶的滤波器，来设定针对所述扭转角以及所述柱轴角的所述传递函数。

5.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：

“用来对上限值和下限值进行限制”的限制器被设置在所述速度控制单元的后一级。

6.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：

“用来对上限值和下限值进行限制”的限制器被设置在所述速度控制单元的后一级。

7.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：

“用来对上限值和下限值进行限制”的限制器被设置在所述速度控制单元的后一级。

8.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：

“用来对上限值和下限值进行限制”的限制器被设置在所述速度控制单元的后一级。

9.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述扭转角反馈补偿单元使用传递函数的增益值。

10.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述扭转角反馈补偿单元使用传递函数的增益值。

11.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述扭转角反馈补偿单元使用传递函数的增益值。

12.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述扭转角反馈补偿单元使用传递函数的增益值。

13.根据权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述扭转角反馈补偿单元使用传递函数的增益值。

14.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述车辆驾驶信息为转向角、车速以及转向状态。

15.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述车辆驾驶信息为转向角、车速以及转向状态。

16.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述车辆驾驶信息为转向角、车速以及转向状态。

17.根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述车辆驾驶信息为转向角、车速以及转向状态。

18.根据权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述车辆驾驶信息为转向角、车速以及转向状态。

19.根据权利要求9所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述车辆驾驶信息为转向角、车速以及转向状态。

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