CN110352155B - 电动助力转向装置及电动助力转向的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通过对推定角中包含的推定误差进行修正,从而抑制由推定误差产生的转矩变动,并且能够进行振动较小且稳定的无传感器控制的电动助力转向装置。该电动助力转向装置构成为包括:检测驾驶员的转向转矩的转矩传感器、辅助驾驶员的转向力的电动机、推定所述电动机的旋转角并且输出推定角的旋转角推定部、根据所述转向转矩计算修正用信号的修正用信号运算部、将所述推定角分离成第1频率分量与第2频率分量的频率分离部、将基于所述修正用信号对所述第2频率分量进行修正后的第2频率分量修正信号与所述第1频率分量相加所得的值作为控制角来计算的推定角修正部、以及基于所述控制角向所述电动机供电的供电部。
Description
技术领域
本发明涉及具备不使用旋转角传感器而能够推定电动机的旋转角的结构的电动助力转向装置及电动助力转向的控制方法。
背景技术
在以往的电动助力转向装置中存在如专利文献1、专利文献2那样对电动机的旋转角进行推定,并且不使用由传感器检测到的旋转角而使用推定的角度信号(以下也记载为推定角)来进行无传感器控制的装置。另外,并不限于电动助力转向装置,也大量存在如专利文献3那样通过使用推定角的无传感器控制来对电动机进行驱动的控制装置。
在如上述那样的使用推定角的无传感器控制中,当电动机的旋转角和推定角发生差异(以下也记载为推定误差)时,电动机无法产生期望的转矩,因此电动机转矩发生变动并且产生振动。因此,在进行使用推定角的无传感器控制的电动助力转向装置中,由于因推定误差而产生的转矩变动,存在驾驶员难以进行转向的问题。产生推定误差的原因根据推定方法存在多种多样:推定角的计算式中作为参数进行设定的电动机的电阻值、电感器等的误差(以下也记载为参数误差)、推定延迟等。
对于这样的问题,在专利文献1中,当推定角即控制角和电动机转矩之间存在负相关性时,通过将相当于推定角的变化量的加法运算角即推定速度的限制值变小来对控制角即推定角进行修正。负相关性是指当增加控制角即推定角时,电动机转矩减小。由于转向转矩的微分值具有与电动机转矩的变化方向相反的符号,因此当加法运算角(推定速度)的符号和转向转矩的微分值的符号为相同符号时,能够判别在控制角和电动机转矩之间存在负相关性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2010-213550号公报
专利文献2:日本专利第5837230号公报
专利文献3:日本专利第4672236号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在上述的专利文献1的控制角即推定角的修正方法中,在加法运算角(推定速度)的符号和转向转矩的微分值的符号为相同符号时能够进行修正,而在加法运算角(推定速度)的符号和转向转矩的微分值的符号为相反符号且产生推定误差时无法进行修正。
另外,在增打方向盘时,转向转矩增大并且转向转矩的微分值成为正值,电动机的旋转角以及控制角也增大并且加法运算角α也成为正值。因此,判别为存在负相关性并且将加法运算角限制成较小。因此,在转向速度较快时,即电动机的旋转速度较快时,由于将加法运算角限制成较小,因此推定误差扩大。因此,存在这样的问题:该修正的效果限定于转向速度较慢时,即电动机的转速较慢时。
另外,专利文献1中通过逐渐减小加法运算角(推定速度)的限制值来对控制角(推定角)进行减小修正,然而由于不是通过与实际的旋转角的值相对应的值来进行修正,因此修正精度不足。
本发明是为了解决上述问题而完成的,其目的在于获得一种通过对包含于推定角中的推定误差进行修正,从而抑制由推定误差产生的转矩变动,并且能够进行振动较小且稳定的无传感器控制的电动助力转向装置及电动助力转向的控制方法。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的电动助力转向装置等包括:检测驾驶员的转向转矩的转矩传感器、辅助所述驾驶员的转向力的电动机、推定所述电动机的旋转角并且输出推定角的旋转角推定部、根据所述转向转矩计算修正用信号的修正用信号运算部、将所述推定角分离成第1频率分量和第2频率分量的频率分离部、将基于所述修正用信号对所述第2频率分量进行修正后的第2频率分量修正信号与所述第1频率分量相加所得的值作为控制角来计算的推定角修正部、以及基于所述控制角向所述电动机供电的供电部。
发明效果
根据本发明,提供一种通过对包含于推定角中的推定误差进行修正,从而抑制由推定误差产生的转矩变动,并且能够进行振动较小且稳定的无传感器控制的电动助力转向装置等。
附图说明
图1是表示本发明的电动助力转向装置的结构的一个示例的示意结构图。
图2是表示图1的ECU的结构的一个示例的控制框图。
图3是用于说明本发明的实施方式1的控制角的计算的框图。
图4是表示本发明的实施方式1的滤波器H2(s)和滤波器L(s)的增益特性的波特图。
图5是表示本发明的实施方式1的推定角修正部的处理的流程图。
图6是未进行本发明的修正时的各个值的时间响应波形的一个示例。
图7是进行了本发明的修正时的各个值的时间响应波形的一个示例。
图8是表示本发明的实施方式1的变形例的滤波器H2(s)和滤波器L(s)的增益特性的波特图。
图9是表示本发明的实施方式2的推定角修正部的处理的流程图。
图10是表示本发明的实施方式3的推定角修正部的处理的流程图。
图11是表示本发明的电动助力转向装置的控制部分的硬件结构的示例的图。
具体实施方式
根据本发明,由于能够利用由转向转矩计算出的修正用信号作为与实际旋转角相对应的值,对从推定角分离出的振动分量即第2频率分量进行修正,因此针对与转向转矩相类似的旋转角的分量能够降低推定误差。
另外,由于利用与实际旋转角相对应的值进行修正,从而能够进行较高精度的修正,因此能够抑制由推定误差产生的转矩变动。
并且,即使转向的速度较快时,由于在转向频率以下的频率不包括在第2频率分量中,因此能够在不受驾驶员转向影响的情况下对作为振动分量的第2频率分量进行修正。通过精度较高的修正能够抑制由推定误差产生的转矩变动,能够提供可以进行振动较小且稳定的无传感器控制的电动助力转向装置等。
以下,根据各实施方式利用附图对本发明的电动助力转向装置及电动助力转向的控制方法进行说明。另外,在各实施方式中,相同或相应部分以同一标号来表示,并省略重复的说明。
实施方式1.
图1中示出本发明的电动助力转向装置的示意性的结构的一个示例。图1的电动助力转向装置中设置有方向盘101、转向轴103、齿条·小齿轮105、车轮104、辅助驾驶员的转向力的电动机1、用于提供驱动电动机的电力的ECU(electronic control unit:电子控制装置)2、以及检测驾驶员的转向转矩的转矩传感器102。
在图1中,由未图示的驾驶员向方向盘101施加的转向转矩通过转矩传感器102的扭杆、转向轴103,经由齿条·小齿轮105传递到齿条,从而使车轮104转向。
图2是表示图1的ECU的结构的一个示例的控制框图。电动机1根据由ECU2内的供电部3提供的电力,产生电动机转矩Tm来作为输出。电动机转矩Tm传递到转向轴103来减轻转向时驾驶员所施加的必需的转向转矩。电动机1使用例如永磁体同步电动机或感应电动机等通常已知的电动机即可。实施方式1中为三相交流永磁体同步电动机。
供电部3由逆变器31、坐标转换部32、电压指令运算部33、电流检测器34、以及电流指令运算部35构成,基于控制角θc向电动机1供电。
电流指令运算部35对d轴电流指令id*以及q轴电流指令iq*进行计算。d轴电流指令id*以及q轴电流指令iq*是与电动机1的输出即电动机转矩Tm相关的指令值。对d轴电流指令id*以及q轴电流指令iq*的计算方法不作特别地限定,在此,d轴电流指令id*设为0,并且q轴电流指令iq*根据转向转矩Trq来决定。d轴电流指令id*也可根据电动机的转速来决定。
电压指令运算部33生成d轴电压指令vd*以及q轴电压指令vq*,以使得d轴电流指令id*以及q轴电流指令iq*与d轴检测电流id以及q轴检测电流iq在各轴分量中相一致。在此,虽然采用对检测电流进行反馈的结构,但是也可不使用检测电流而通过前馈来计算电压指令。
电流检测器34对u相检测电流iu、v相检测电流iv以及w相检测电流iw进行检测,以作为流过电动机1各相的电流。在此,虽然对三相电流进行检测,但也可不对一部分相的电流进行检测而通过其它检测相的电流来推定。
坐标转换部32基于控制角θc将d轴电压指令vd*以及q轴电压指令vq*进行坐标转换,从而生成u相电压指令vu*、v相电压指令vv*以及w相电压指令vw*。并且,坐标转换部32基于控制角θc将u相检测电流iu、v相检测电流iv以及w相检测电流iw进行坐标转换,从而生成d轴检测电流id以及q轴检测电流iq。
逆变器31通过将基于u相电压指令vu*、v相电压指令vv*以及w相电压指令vw*的三相交流电压作为电力施加到电动机1来产生电动机转矩Tm。
ECU2进一步包括旋转角推定部4、频率分离部5、推定角修正部6、修正用信号运算部7。
旋转角推定部4推定电动机的旋转角θe,并且将推定出的值作为推定角θ输出。不对电动机的旋转角θe的推定方法作特别地限定,作为一个示例,针对如专利文献3所述那样利用感应电压来推定的结构进行说明。该推定方法利用感应电压与电动机的旋转速度即旋转角的微分成正比这点。将d轴电压指令vd*及q轴电压指令vq*、以及d轴检测电流id及q轴检测电流iq作为输入,构成以下式(1)~(6)的观测器并且对推定角θ进行计算。
[数学式1]
θ=∫wdt…(1)
在此:
w,wr0:推定速度、
id0:d轴推定电流、
iq0:q轴推定电流、
pdr0:推定磁通、
ed:d轴偏差、
eq:q轴偏差、
R:电动机的电阻值、
Ld:电动机的d轴电感器、
Lq:电动机的q轴电感器、
s:拉普拉斯变换的微分算子、
kp、ki、g11、g12、g21、g22、g31、g32、g41、g42:
用于计算推定角θ的反馈增益、
e01、e02、e03、e04:计算的中间变量。
该推定方法中由于将电动机的电阻值R、电感器Ld、Lq作为参数进行设定,因此由于参数误差产生推定误差。
以下针对控制角θc的计算进行说明。图3是表示对控制角θc进行计算的过程的框图。频率分离部5根据由旋转角推定部4计算出的推定角θ,通过第1滤波器5a即滤波器L(s)和第2滤波器5b即滤波器H2(s)来分别求出第1频率分量θ1和第2频率分量θ2。修正用信号运算部7基于由转矩传感器102检测出的转向转矩Trq来计算修正用信号θt。修正用信号θt通过在换算部7a中乘以换算增益(k)之后,通过第3滤波器7b即滤波器H1(s)提取振动分量而计算出。推定角修正部6基于修正用信号θt通过运算部6a对第2频率分量θ2进行修正从而计算出第2频率分量修正信号θa。并且,将第2频率分量修正用信号θa在加法部6b中与第1频率分量θ1相加,计算出控制角θc。以下针对频率分离部5、推定角修正部6、修正用信号运算部7示出详细情况。
修正用信号运算部7基于由转矩传感器102检测出的转向转矩Trq来计算修正用信号θt。以下,针对修正用信号θt的计算进行阐述。
转矩传感器102根据扭杆上侧即方向盘侧的角度和扭杆下侧即电动机侧的角度间的扭转量来检测转向转矩Trq。若扭杆的刚性设为ks,则转向转矩Trq和电动机旋转角θe的关系使用转向角θh、电动机1的极对数Pm、齿轮比Gn,以下式(7)进行表述。
[数学式2]
在此,转向角θh依赖于驾驶员的转向频率。为此,着眼于高于电动助力转向装置的主谐振频率的频带,能够将其近似为下面的式(8)。表示转向转矩Trq和电动机的旋转角θe的比的换算增益k成为下式(9)。通常,由于振动发生在谐振频率以上,因此依赖于该换算增益能够高精度地提取振动分量。另外,转向频率和谐振频率之间虽然会产生误差,但由于通常不会产生振动因此没有问题。若有需要,则通过在从角度到转矩的反向模型中对换算增益赋予动态特性,从而能够实现更高精确的换算。
[数学式3]
如前所述那样,上式(8)的近似着眼于比驾驶员的转向频率更高的频率。为此,修正用信号θt如下式(10)那样,在换算部7a中将转向转矩Trq与换算增益k相乘,并且通过滤波器H1(s)(7b)提取出比驾驶员的转向频率更高的频率分量并进行计算。
[数学式4]
θt=H1(s)·k·Trq…(10)
在此,滤波器H1(s)(7b)设为下式(11)的1阶高通滤波器。一般地,驾驶员能够转向的频率在3Hz左右以下。另外,例如车道改变时的转向频率在0.2Hz附近,通常存在较多这样的低频率的转向的情况。在此,为了提取出比通常驾驶员的转向频率要高的频率分量,截止频率ωh1设定为3Hz。
[数学式5]
根据上述的结构,通过上式(8)的近似,修正用信号θt作为与实际旋转角相对应的值,能够根据转向转矩Trq计算出。根据转向转矩计算出的修正用信号θt由于是与实际旋转角θe的值相对应的值,因此能够进行较高精度的修正,并且针对与转向转矩Trq相类似的旋转角的分量能够降低推定误差。另外,修正用信号运算部7通过构成为将转向转矩与换算增益相乘,从而能够将转向转矩换算成与电动机的旋转角相对应的值,因此能够对第2频率分量θ2进行高精度的修正。
频率分离部5通过滤波处理,将推定角θ如下式(12)那样分离成包含转向分量的第1频率分量θ1、以及包含振动分量的第2频率分量θ2。
在此,转向分量是指驾驶员转向力的频率分量,振动分量是指表示电动助力转向装置的机械振动分量。
[数学式6]
上式(12)中的滤波器H2(s)以下式(13)进行设定。为了将上述的修正用信号θt和第2频率分量θ2设为相似或相同的频率分量,滤波器H2(s)由与滤波器H1(s)相同的1阶高通滤波器构成。另外,截止频率ωh2也与滤波器H1(s)的截止频率ωh1相同,设定为3Hz。
[数学式7]
通过使修正用信号θt和第2频率分量θ2具有相似或相同的频率分量,由此若无推定误差则第2频率分量应该和修正用信号一致,若有差异则能够判定存在推定误差,从而能够在不会过多或不足的情况下进行修正。为此,由于对推定角θ能够进行高精度的修正,因此能够抑制由推定误差产生的转矩变动。另外,上式(12)中的滤波器L(s)以下式(14)进行设定。
图4是表示了本实施方式1的滤波器H2(s)(5b)和滤波器L(s)(5a)的增益特性的波特图。(a)表示滤波器H2(s)的增益特性,(b)表示滤波器L(s)的增益特性。由于滤波器H2(s)提取出比通常的驾驶员的转向频率要高的频率分量,因此式(14)的滤波器L(s)作为包含驾驶员转向力的频率分量的信号能够计算第1频率分量θ1。从推定角θ分离出的第1频率分量θ1包含有驾驶员转向力的频率分量。通过该结构,针对控制角θc的转向分量由推定角θ计算出,并且针对振动分量能够对第2频率分量θ2进行修正,因此能够抑制由推定误差产生的转矩变动。
[数学式8]
并且,若以上式(14)设定滤波器L(s),则滤波器H2(s)和滤波器L(s)相加成为1,因此原始的输入信号能够复原。由此,可获得如下附加效果:在无推定误差的情况下,第2频率分量修正信号θa成为第2频率分量,若与第1频率分量相加则原始的推定角θ能够复原。
推定角修正部6首先基于修正用信号θt通过运算部6a对第2频率分量θ2进行修正从而计算第2频率分量修正信号θa。并且,将第2频率分量修正用信号θa在加法部6b中与第1频率分量θ1相加,由此计算出控制角θc。图5是表示推定角修正部6的处理的流程图。
计算第2频率分量修正信号θa,以使得基于第2频率分量θ2和修正用信号θt的正负符号关系对第2频率分量θ2进行修正。具体而言,第2频率分量θ2和修正用信号θt的符号关系为相同符号时(步骤S1),在第2频率分量θ2和修正用信号θt中将绝对值较小的一方的值作为第2频率分量修正信号θa进行修正(步骤S2、S4、S5)。在步骤S2中对绝对值的大小进行比较,若|θ2|≧|θt|,则在步骤S4中设为θa=θt,若|θ2|<|θt|,则在步骤S5中设为θa=θ2。第2频率分量θ2和修正用信号θt的符号关系是否为相同符号的判定例如像步骤S1那样,通过第2频率分量θ2和修正用信号θt的乘积是否在0以上来进行判定。
另外,第2频率分量θ2和修正用信号θt的符号关系为不同符号时(步骤S1),将对第2频率分量θ2修正后的第2频率分量修正信号θa设为0(步骤S3)。
控制角θc通过将第2频率分量修正信号θa与第1频率分量θ1相加来进行计算(步骤S6)。
根据上述结构,通过构成为推定角修正部6基于第2频率分量θ2和修正用信号θt的符号关系,对第2频率分量进行修正,从而能够根据第2频率分量与修正用信号的符号关系来实施恰当地修正。
另外,推定角修正部6通过构成为当第2频率分量θ2和修正用信号θt为相同符号时,将第2频率分量θ2和修正用信号θt中绝对值较小的一方的值作为第2频率分量修正信号θa,从而使包含在推定角θ中的振动分量接近于实际的振动分量,能够抑制推定误差的增大。
另外,推定角修正部6通过构成为当第2频率分量6和修正用信号θt为不同符号时,使第2频率分量修正信号θt为0,从而在第2频率分量θ2和修正用信号θt为不同符号时,第2频率分量θ2和修正用信号θt中的任何一个的可靠性较低,因此通过将第2频率分量θ2设为0,能够抑制推定误差的增大。
图6是不进行本发明的修正时的各个值的时间响应波形的一个示例,图7是进行了本发明的修正时的各个值的时间响应波形的一个示例。根据图6、图7能够确认本发明的效果。图6、图7均是纵轴(a)表示转向转矩Trq、(b)表示实际的电动机旋转角θe和控制角θc的角度、(c)表示推定误差(=θe-θc)、(d)表示第2频率的角度对应信号,横轴表示时间。(d)中,作为第2频率的角度对应信号表示从推定角θ分离出的第2频率分量θ2、根据转向转矩计算出的修正用信号θt、从电动机的旋转角θe分离出的第2频率分量相当量θe2。另外,在不进行修正的情况下,设为θc=θ。
根据图6,由(c)中产生推定误差(θe-θc)的时间可知,在(a)的转向转矩Trq中产生振动。另外,从电动机旋转角θe分离出的(d)的第2频率分量相当量θe2虽然与从推定角θ分离出的第2频率分量θ2差异较大,但与根据转向转矩计算出的修正用信号θt基本一致,通过基于该修正用信号θt进行修正,能够期待精度较高的修正。
根据图7可知,通过基于与从电动机的旋转角θe分离出的第2频率分量相当量θe2基本一致的修正用信号θt,对(d)中示出的从电动机的旋转角θe分离出的第2频率分量相当量θe2和从推定角θ分离出的第2频率分量θ2的差异进行修正,从而如(c)所示,推定误差(θe-θc)能够变小。另外,通过减小推定误差(θe-θc),从而能够抑制转矩变动且达到振动的降低。
以上,根据本发明的实施方式1,电动助力转向装置能够构成为包括:检测驾驶员的转向转矩的转矩传感器102、辅助驾驶员的转向力的电动机1、推定所述电动机的旋转角θe并且输出推定角θ的旋转角推定部4、根据所述转向转矩Trq计算修正用信号θt的修正用信号运算部7、将所述推定角θ分离成第1频率分量θ1与第2频率分量θ2的频率分离部5、将基于所述修正用信号θt对所述第2频率分量θ2进行修正后的第2频率分量修正信号θa与所述第1频率分量θ1相加所得的值作为控制角θc来计算的推定角修正部6、以及基于所述控制角θc向所述电动机1供电的供电部3。
在此,所述第1频率分量θ1包含驾驶员的转向力的频率分量即转向分量,所述第2频率分量θ2包含电动助力转向装置的机械的振动分量。
在该结构中,由于能够利用根据转向转矩Trq计算出的修正用信号θt作为与实际旋转角θe相对应的值,对从推定角θ分离出的振动分量即第2频率分量θ2进行修正,因此针对与转向转矩Trq相类似的旋转角的分量能够降低推定误差(θe-θc)。另外,由于通过利用与实际旋转角相对应的值进行修正,从而能够进行较高精度修正,因此能够抑制由推定误差(θe-θc)产生的转矩变动。并且,即使转向的速度较快时,由于在转向频率以下的频率不包括在第2频率分量θ2中,因此能够在不受驾驶员转向影响的情况下对作为振动分量即第2频率分量θ2进行修正。
另外,所述修正用信号(θt)构成为基于从所述转向转矩(Trq)提取与所述第2频率分量(θ2)相同频率分量的值。
具有与从推定角θ分离出的第2频率分量θ2相同频率分量的转向转矩Trq彼此具有相关性。根据该相关性,若无推定误差(θe-θc)则第2频率分量θ2和修正用信号θt应该一致,若存在差异则能够判定存在推定误差(θe-θc),从而能够在不会过多或不足的情况下进行修正。为此,由于对推定角θ能够进行高精度修正,因此能够抑制由推定误差(θe-θc)产生的转矩变动。
另外,通过构成为所述第1频率分量θ1包含驾驶员的转向力的频率分量,从而控制角θc的转向分量根据推定角θ计算出,并且针对振动分量能够对第2频率分量θ2进行修正,因此能够抑制由推定误差(θe-θc)产生的转矩变动。
另外,通过构成为所述修正用信号运算部7将所述转向转矩Trq与换算增益k相乘,能够将转向转矩Trq换算成与电动机的旋转角θe相对应的值,因此能够对第2频率分量θ2进行高精度修正。
此处,所述修正用信号运算部7在所述转向转矩Trq中乘以表示转向转矩Trq和所述电动机1的旋转角θe的比的所述换算增益(k)。
另外,通过构成为所述推定角修正部6基于所述第2频率分量θ2和所述修正用信号θt的正负符号关系,对所述第2频率分量θ2进行修正,因此能够根据第2频率分量θ2与修正用信号θt的符号关系来实施恰当的修正。
另外,通过构成为所述推定角修正部6在所述第2频率分量θ2和所述修正用信号θt的正负符号为相同符号时,将所述第2频率分量θ2和所述修正用信号θt中绝对值较小的一方的值设为所述第2频率分量修正信号θa,从而使包含在推定角θ中的振动分量大于实际的振动分量,能够抑制推定误差(θe-θc)的增大。
另外,通过构成为所述推定角修正部6在所述第2频率分量θ2和所述修正用信号θt的正负符号为不同符号时,使所述第2频率分量修正信号θa为0,从而在第2频率分量θ2和修正用信号θt为不同符号时,第2频率分量θ2和修正用信号θt中的任何一个的可靠性较低,因此通过将第2频率分量θ2设成0能够抑制推定误差(θe-θc)增大。
另外,本实施方式1中的图3示出的滤波器H1(s)(7b)和滤波器H2(s)(5b)也可变形成如下所述。
(1)滤波器的截止频率的变形例
在本实施方式1的H1(s)(7b)和滤波器H2(s)(5b)中虽然作为比驾驶员的转向频率要高的频率,将截止频率ωh1和ωh2设定成3Hz,但是能够提取振动分量即可,因此截止频率ωh1和ωh2不限于3Hz。例如,若产生30Hz的振动,则截止频率ωh1和ωh2也可设定成10Hz,以使得能够提取30Hz的振动。另外,截止频率ωh1和ωh2并不一定要相同,例如也可ωh1设定成3Hz,ωh2设定成5Hz。即使在该情况下,3Hz和5Hz由于是附近的频率,因此能够提取相同的频率分量。
(2)滤波器的结构的变形例1
在本实施方式1中,虽然所述滤波器H1(s)(7b)和滤波器H2(s)(5b)通过同一滤波器进行设定,但是若能够提取相同频率分量,则并不一定要是相同的滤波器。例如,也可以是截止频率ωh1和ωh2相同,而滤波器H1(s)(7b)设为1阶高通滤波器,滤波器H2(s)(5b)设为2阶高通滤波器。另外,也可以是滤波器H1(s)(7b)设为1阶高通滤波器,滤波器H2(s)(5b)设为对1阶高通滤波器追加去除传感器噪声用的1阶低通滤波器后的滤波器。即使在这些情况下,由滤波器H1(s)(7b)和滤波器H2(s)(5b)能够提取的主要频率分量也为相同的频率分量。
(3)滤波器的结构的变形例2
滤波器L(s)(5a)和滤波器H1(s)(7b)以及滤波器H2(s)(5b)不限于低通滤波器和高通滤波器的组合,例如也可设定成下式(15)那样的带阻滤波器和带通滤波器的组合。
[数学式9]
在此:
kb:滤波器增益,
ωb:滤波器频率,
ζ:衰减系数。
一般地,在电动助力转向装置中,在从电动机1的输出转矩到由转矩传感器102检测的转向转矩Trq为止的传递特性中,在大约数10Hz以上的高频带中的增益变小。为此,由大约数10Hz以上的高频分量的推定误差(θe-θc)产生的振动较小,因此对转向的影响较小,从而也可不对推定角θ进行修正。
在此,设定作为带通滤波器的滤波器H1(s)(7b)和滤波器H2(s)(5b)例如将振动大小在50Hz以下的频带设为通频带。并且,滤波器H1(s)(7b)和滤波器H2(s)(5b)作为比通常驾驶员的转向频率要高的频率分量,将3Hz以上的频带设为通频带。图8是表示了滤波器H2(s)(5b)和滤波器L(s)(5a)的增益特性的波特图。(a)表示滤波器H2(s)的增益特性,(b)表示滤波器L(s)的增益特性。由于滤波器H1(s)、滤波器H2(s)的通频带以比驾驶员的转向频率要高的频率进行设定,因此由上式(15)的滤波器L(s)提取的频率成分、即第1频率分成θ1包含驾驶员的转向频率分量。
由于第1频率分量θ1包含驾驶员的转向力的频率分量,因此可以根据推定角θ对控制角θc的转向分量进行计算,并且振动分量能够对第2频率分量θ2进行修正,因此能够抑制由旋转角θe的推定误差(θe-θc)产生的电动机转矩的影响。
并且,当利用这种带通滤波器对滤波器H1(s)和滤波器H2(s)进行设定的情况下,除了所述实施方式1的效果之外,还能够获得针对振动较大的频率实施精确修正这个附加效果。特别地,在带通滤波器的通频带以上的频带中,由于存在转矩传感器102的传感器噪声、检测延迟,因此这些影响能够通过带通滤波器进行去除。
本实施方式1中的推定角θ的计算利用如专利文献3中的感应电压进行推定的方法,但不限于该推定方法。若推定角θ的计算与修正用信号θt的计算方法不同,则可以不限于利用感应电压进行推定的方法,而通过使用其他方法计算推定角θ来实现期望的修正。例如,也可如专利文献2那样,是基于由转矩传感器102检测出的转向转矩Trq的推定方法。在专利文献2的推定方法中,使在电动机1中产生高频率转矩Tmhf,并且基于在由转矩传感器102检测出的转向转矩Trq中出现的响应来对推定角θ进行计算。
通过给出下式(16)的d轴电流指令id*以及q轴电流指令iq*来产生高频转矩Tmhf。
d轴电流指令id*通过将d轴高频电流(指令)Aid相加至d轴基本电流指令id0*中来获得。
q轴电流指令iq*通过将q轴高频电流(指令)Aiq相加至q轴基本电流指令iq0*中来获得。
d轴基本电流指令id0*例如根据电动机1的旋转速度来决定。
q轴基本电流指令iq0*例如根据转向转矩Trq来决定。
d轴高频电流(指令)Aid以及q轴高频电流(指令)Aiq通过振幅A、频率ww的余弦波以及正弦波来求出。余弦波以及正弦波是时间t的函数。
[数学式10]
以下为了进行简单地说明,将d轴基本电流指令id0*,q轴基本电流指令iq0*设为0。电动机1的输出转矩大致与q轴电流指令iq*成比例来获得。为此,通过基于上式(16)向电动机1供电,在无推定误差(θe-θc)的情况下,如下式(17)所示,产生与q轴高频电流指令Aiq*成比例的高频转矩Tmhf。在此,Kt是电动机1的输出转矩的比例常数。
[数学式11]
Tmhf=Kt·A·sin(ww·t)…(17)
另一方面,在存在推定误差(θe-θc)的情况下,如下式(18)所示,在q轴高频电流Aiq和高频转矩Tmhf中产生相位差Δθq。由此,q轴高频电流Aiq和高频转矩Tmhf的相位差Δθq是具有推定误差(θe-θc)的信息的信号。
[数学式12]
Tmhf=Kt·A·sin(ww·t+Δθq)…(18)
推定角θ能够利用相位差Δθq具有推定误差的信息来进行计算。高频转矩Tmhf能够反映在由转矩传感器102检测出的转向转矩Trq中,因此相位差Δθq能够基于转向转矩Trq进行计算。推定角θ的计算根据下式(19)的反馈控制来进行,以使得基于转向转矩Trq计算出的相位差Δθq变小。
[数学式13]
在此:
kpp、kii:用于对推定角θ进行计算的反馈增益。
在该推定方法的情况下,例如推定延迟成为推定误差的主要原因。该推定方法中,基于转向转矩Trq对推定角θ进行计算,是与修正用信号θt的计算不同的方法。由此,即使是该推定方法,基于修正用信号θt对第2频率分量θ2进行修正也能够降低推定误差,并且能够抑制由推定误差产生的转矩变动。
实施方式2.
该实施方式2除了与所述实施方式1的推定角修正部6的处理不同以外,其它与实施方式1相同。具体而言,第2频率分量θ2和修正用信号θt为不同符号时的处理与实施方式1不同。
图9是表示本实施方式2中的推定角修正部6的处理的流程图。计算第2频率分量修正信号θa,以使得基于第2频率分量θ2和修正用信号θt的正负符号关系对第2频率分量θ2进行修正。
具体而言,第2频率分量θ2和修正用信号θt的符号关系为相同符号时(步骤S1),在第2频率分量θ2和修正用信号θt中将绝对值较小的一方的值作为第2频率分量修正信号θa进行修正(步骤S2、S4、S5)。在步骤S2中对绝对值的大小进行比较,若|θ2|≧|θt|,则在步骤S4中设为θa=θt,若|θ2|<|θt|,则在步骤S5中设为θa=θ2。第2频率分量θ2和修正用信号θt的符号关系是否为相同符号的判定例如像步骤S1那样,通过第2频率分量θ2和修正用信号θt的积是否在0以上来进行判定。
另外,第2频率分量θ2和修正用信号θt的符号关系为不同符号时(步骤S1),将对第2频率分量θ2修正后的第2频率分量修正信号θa作为修正用信号θt进行修正(步骤S3b)。
控制角θc通过将第2频率分量修正信号θa与第1频率分量θ1相加来进行计算(步骤S6)。
根据上述的结构,通过构成为推定角修正部6在第2频率分量θ2和修正用信号θt的正负符号不同时,将修正用信号θt作为第2频率分量修正信号θa来计算,从而若第2频率分量θ2和修正用信号θt的符号不同,则设为第2频率分量θ2的可靠性较低,并且通过利用修正用信号θt进行替换来减小推定误差(θe-θc),因此能够减小由推定误差(θe-θc)产生的转矩变动。其它与实施方式1相同的结构部分能够获得与实施方式1相同的效果。
实施方式3.
该实施方式3除了与所述实施方式1的推定角修正部6的处理不同以外,其它与实施方式1相同。具体而言,第2频率分量θ2的修正方法与实施方式1不同。
图10是表示本发明实施方式3中的推定角修正部6的处理的流程图。如同实施方式1所记载,修正用信号θt是相当于实际电动机的旋转角θe的信号。因此,对第2频率分量θ2通过限制来进行修正,以使得振动分量即第2频率分量θ2和修正用信号θt间的差异不变大,并且第2频率分量θ2和修正用信号θt间的差异在预先确定的设定值α以内。
具体而言,第2频率分量θ2小于θt-α时,第2频率分量修正信号θa设为θa=θt-α(步骤S1c、S3c)。另外,第2频率分量θ2大于θt+α时,第2频率分量修正信号θa设为θa=θt+α(步骤S2c、S5c)。在此之外的情况下,即第2频率分量θ2在θt-α≦θ2≦θt+α的范围内时,第2频率分量修正信号θa设为θa=θ2(步骤S4)。
控制角θc通过将第2频率分量修正信号θa与第1频率分量θ1相加来进行计算(步骤S6)。
由此,推定角修正部6构成为限制第2频率分量θ2,以使得第2频率分量θ2和修正用信号θt间的差异在设定值α以内。
即使是这种结构,由于能够利用根据转向转矩Trq计算出的修正用信号θt作为与实际旋转角θe相对应的值,对从推定角θ分离出的振动分量即第2频率分量θ2进行修正,因此针对与转向转矩Trq相类似的旋转角的分量能够降低推定误差(θe-θc)。由于通过利用与实际旋转角θe相对应的值进行修正,从而能够进行较高精度的修正,因此能够抑制由推定误差(θe-θc)产生的转矩变动。并且,即使转向的速度较快时,由于在转向频率以下的频率不包括在第2频率分量θ2中,因此能够在不受驾驶员转向影响的情况下对作为振动分量即第2频率分量θ2进行修正。通过精度较高的修正,能够抑制由推定误差(θe-θc)产生的转矩变动,能够提供可以进行振动较小且稳定的无传感器控制的电动助力转向装置。其它与实施方式1相同的结构部分能够获得与实施方式1相同的效果。
另外,图2的ECU2的、供电部3的坐标转换部32、电压指令运算部33、电流指令运算部35、以及旋转角推定部4、频率分离部5、推定角修正部6、修正用信号运算部7所组成的控制部分可由各个控制电路构成,也可以由一个控制电路统一构成。
关于这点,实现这些功能的处理电路可以由专用的硬件构成,也可以由执行存储在存储器中的程序的CPU(Central Processing Unit:也称中央处理单元、中央处理装置、处理装置、计算装置、微处理器、微计算机、处理器、DSP)构成。
图11的(a)示意性地示出了当这些功能由硬件构成时的硬件结构,图(b)示意性地示出了当由软件构成时的硬件结构。
通过图11(a)示出的硬件来构成上述各部分的功能时,处理电路1000对应于例如单一电路、复合电路、程序化后的处理器、并行程序化后的处理器、ASIC、FPGA或将它们组合后的部件。上述各部分的功能可以分别用处理电路来实现,也可以汇总各部分的功能并用处理电路来实现。
当通过图11(b)所示的CPU来构成上述各部分的功能时,上述各部分的功能可以由软件、固件、或软件和固件的组合来实现。软件、固件记述为程序,存储于存储器2100中。处理电路即处理器2000读取存储在存储器2100中的程序并执行,从而实现各部分的功能。这些程序是使计算机执行上述各部分的步骤及方法的程序。在此,存储器2100对应于例如RAM、ROM、闪存、EPROM、EEPROM等非易失性或易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、压缩光盘、迷你光盘、DVD等。
另外,针对上述各部分的功能,也可用专用的硬件来实现一部分,并用软件或固件来实现一部分。
由此,处理电路能利用硬件、软件、固件或它们的组合来实现上述各功能。
另外处理所必需的各种信息在硬件结构的情况下预先设定于电路,而在软件结构的情况下预先存储于存储器。
此外,本发明不局限于上述各实施方式,包含它们所有可能的组合。
工业上的实用性
本发明的电动助力转向装置以及电动助力转向的控制方法能够适用于多种机型的电动助力转向装置。
标号说明
1电动机,2ECU,3供电部,4旋转角推定部,5频率分离部,5a滤波器L(s),5b滤波器H2(s),6推定角修正部,6a运算部,6b加法部,7修正用信号运算部,7a换算部,7b滤波器H1(s),31逆变器,32坐标转换部,32电压指令运算部,34电流检测器,35电流指令运算部,101方向盘,102转矩传感器,103转向轴,104车轮,105齿条·小齿轮,10000处理电路,2000处理器,2100存储器。
Claims (12)
1.一种电动助力转向装置,其特征在于,包括:
转矩传感器,该转矩传感器检测驾驶员的转向转矩;
电动机,该电动机对所述驾驶员的转向力进行辅助;
旋转角推定部,该旋转角推定部推定所述电动机的旋转角并输出推定角;
修正用信号运算部,该修正用信号运算部根据所述转向转矩计算修正用信号;
频率分离部,该频率分离部将所述推定角分离成第1频率分量和第2频率分量;
推定角修正部,该推定角修正部将基于所述修正用信号对所述第2频率分量进行修正后的第2频率分量修正信号与所述第1频率分量相加后的值作为控制角来计算;以及
供电部,该供电部基于所述控制角向所述电动机供电。
2.如权利要求1所述的电动助力转向装置,其特征在于,
所述修正用信号基于从所述转向转矩提取出与所述第2频率分量相同的频率分量的值。
3.如权利要求1或2所述的电动助力转向装置,其特征在于,
所述第1频率分量包含驾驶员的转向力的频率分量。
4.如权利要求1或2所述的电动助力转向装置,其特征在于,
所述修正用信号运算部将所述转向转矩与换算增益相乘。
5.如权利要求1或2所述的电动助力转向装置,其特征在于,
所述推定角修正部基于所述第2频率分量与所述修正用信号的正负符号关系对所述第2频率分量进行修正。
6.如权利要求5所述的电动助力转向装置,其特征在于,
所述推定角修正部在所述第2频率分量与所述修正用信号的正负符号为相同符号时,将所述第2频率分量与所述修正用信号中绝对值较小的一方的值设为所述第2频率分量修正信号。
7.如权利要求5所述的电动助力转向装置,其特征在于,
所述推定角修正部在所述第2频率分量与所述修正用信号的正负符号不同时,将所述第2频率分量修正信号设为0。
8.如权利要求5所述的电动助力转向装置,其特征在于,
所述推定角修正部在所述第2频率分量与所述修正用信号的正负符号不同时,将所述修正用信号作为所述第2频率分量修正信号来计算。
9.如权利要求1或2所述的电动助力转向装置,其特征在于,
所述推定角修正部对所述第2频率分量进行限制以使得所述第2频率分量与所述修正用信号间的差异在设定值以内。
10.如权利要求4所述的电动助力转向装置,其特征在于,
所述修正用信号运算部将所述转向转矩与表示转向转矩和所述电动机的旋转角的比的所述换算增益相乘。
11.如权利要求1或2所述的电动助力转向装置,其特征在于,
所述第1频率分量包含驾驶员的转向力的频率分量,所述第2频率分量包含机械的振动分量。
12.一种电动助力转向的控制方法,其特征在于,
对辅助驾驶员的转向力的电动机的旋转角进行推定并且求出推定角;
根据检测出的所述驾驶员的转向转矩对修正用信号进行计算;
将所述推定角分离成第1频率分量和第2频率分量;
将基于所述修正用信号对所述第2频率分量进行修正后的第2频率分量修正信号与所述第1频率分量相加后的值作为控制角来计算;并且
基于所述控制角向所述电动机供电。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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