CN110461686B - 电动助力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明准确地检测转向转矩变动所产生的转向的反向，将对控制系统的稳定性造成的影响设为最小限度，并抑制反向时的转向转矩变动，从而降低驾驶员感受到的不快感。包括：反向检测部，该反向检测部在电动机的转速的大小在设定速度以下、电动机的旋转加速度为电动机的转速变为0的方向、且电动机的旋转加速度的大小在设定加速度以上的情况下，判定为转向的反向已开始；及电流指令控制部，该电流指令控制部基于转向转矩或电动机的转速，输出针对电动机的电流指令，电流指令控制部在反向检测部判定为转向的反向已开始的情况下，使电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大。

Description

电动助力转向装置

技术领域

本发明涉及基于转向转矩来输出辅助转矩的电动助力转向装置。

背景技术

在基于车辆的驾驶员对方向盘所施加的转向转矩来输出电动机的辅助转矩的电动助力转向装置中，确定与转向转矩大致成比例的辅助转矩，将该比例关系的放大率即转矩比例增益设定得较大，由此来降低驾驶员的转向转矩，并且抑制伴随着转矩比例增益的增大而产生的控制系统的振荡等振动，从而提高驾驶员的感受。另外，转矩比例增益也称为辅助斜率。

这里，因转矩比例增益等从传感器的输出信号到电流指令为止的控制系统的传递增益的放大而导致控制系统的稳定性下降，从而引起控制系统的振荡。另一方面，针对来自转向机构、路面的扰动转矩传递至方向盘的现象，增大控制系统的传递增益更能抑制控制系统的振荡。

由此，稳定性与扰动抑制存在权衡关系，因此，提出了各种用于兼顾振动的抑制的现有技术。特别地，在使方向盘的旋转方向反转的反向转向时，转向机构所产生的转矩变动传递至方向盘，导致驾驶员容易感到不快。

作为这样的现有技术，已知有关于对与电动机的旋转同步的周期性扰动进行抑制的补偿器的技术(例如，参照专利文献1)。专利文献1中，为了防止抑制周期性扰动的补偿器对转向的反向时的转矩变动带来影响，对电动机转速的符号的反转进行检测，之后以规定时间限制该补偿器的动作。

此外，作为其它现有技术，已知有关于用于抑制转向的反向时的惯性力的惯性补偿的技术(例如，参照专利文献2)。专利文献2中，当判定出电动机转速与转向转矩的符号的不一致时判断为反向，并进行与加速度大致成比例的惯性补偿控制，直到经过规定的旋转为止。

此外，作为检测转向的反向的现有技术，已知有如下技术：在转向转矩、电流在规定值以上，且电动机转速较小的情况下，判断为反向(例如，参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2011－121383号公报

专利文献2：日本专利特开2004－74984号公报

专利文献3：日本专利特开2008－120265号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在现有技术中存在如下问题。

即，专利文献1中，在检测转向的反向时，基于电动机转速的符号的反转来判断，因此存在如下问题：转速信号的噪声、振动容易引起误检测、判定的颤动。

此外，专利文献2中，根据电动机转速与转向转矩的符号的不一致来检测转向的反向，因此，在信号的符号反转时需要判断判定条件是否成立。因此，与专利文献1同样地，存在如下问题：转速信号、转向转矩信号的噪声、振动容易引起误检测、判定的颤动。

此外，电动机转速与转向转矩的符号的不一致原本就是回正的条件，因此存在如下问题：虽然在从前进转向反向为回正转向时能检测，但反之在从回正转向反向为前进转向时则无法检测。例如，在转弯行驶中进行修正转向的情况等下，少许回正后立即转为前进那样的反向无法被检测出。

此外，专利文献3中，在转向转矩、电流在规定值以上，且电动机转速较小的情况下检测转向的反向，因此存在如下问题：当转向速度较慢时，电动机转速变小，导致明明未进行反向转向，却误检测为进行了反向转向。

并且，存在如下问题：在转向的反向时，方向盘的旋转方向反转，因此，在反转的前后摩擦转矩的方向反转，这作为较大的扰动转矩而被传递至方向盘，导致驾驶员感到不快。存在如下问题：在上述现有技术中，并未谋求抑制因该摩擦的反转而导致的扰动转矩，无法充分地抑制转向转矩变动。

此外，上述反向时的转向转矩变动在较缓慢的加速度较小的反向时几乎不产生，但还存在如下问题：在上述现有技术中，即使是缓慢的反向，也检测转向的反向。

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电动助力转向装置，能准确地检测转向转矩变动所产生的转向的反向，能将对控制系统的稳定性造成的影响设为最小限度，并抑制反向时的转向转矩变动，从而降低驾驶员感受到的不快感。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的电动助力转向装置包括：电动机，该电动机基于驾驶员的转向转矩来输出转矩；电动机转速检测部，该电动机转速检测部对电动机的转速进行检测；加速度运算部，该加速度运算部基于电动机的转速，运算电动机的旋转加速度；反向检测部，该反向检测部在电动机的转速的大小在设定速度以下、电动机的旋转加速度为电动机的转速变为0的方向、且电动机的旋转加速度的大小在设定加速度以上的情况下，判定为转向的反向已开始；以及电流指令控制部，该电流指令控制部基于转向转矩或电动机的转速，输出针对电动机的电流指令，电流指令控制部在反向检测部判定为转向的反向已开始的情况下，使电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大。

发明效果

根据本发明所涉及的电动助力转向装置，其包括：电动机，该电动机基于驾驶员的转向转矩来输出转矩；电动机转速检测部，该电动机转速检测部对电动机的转速进行检测；加速度运算部，该加速度运算部基于电动机的转速，运算电动机的旋转加速度；反向检测部，该反向检测部在电动机的转速的大小在设定速度以下、电动机的旋转加速度为电动机的转速变为0的方向、且电动机的旋转加速度的大小在设定加速度以上的情况下，判定为转向的反向已开始；以及电流指令控制部，该电流指令控制部基于转向转矩或电动机的转速，输出针对电动机的电流指令，电流指令控制部在反向检测部判定为转向的反向已开始的情况下，使电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大。

因此，能准确地检测转向转矩变动所产生的转向的反向，能将对控制系统的稳定性造成的影响设为最小限度，并抑制反向时的转向转矩变动，从而降低驾驶员感受到的不快感。

附图说明

图1是示出本发明实施方式1所涉及的电动助力转向装置的结构图。

图2是示出本发明实施方式1所涉及的电动助力转向装置的控制装置的方框结构图。

图3是示出本发明实施方式1所涉及的电动助力转向装置的转矩变动补偿部的方框结构图。

图4是示出本发明实施方式1所涉及的电动助力转向装置中的反向检测部的处理的流程图。

图5是示出本发明实施方式1所涉及的电动助力转向装置中的反向开关增益的时间序列波形的说明图。

图6是示出本发明实施方式1所涉及的电动助力转向装置中的、反向检测时的电动机转速及电动机旋转加速度的时间响应波形的说明图。

图7是示出本发明实施方式1所涉及的电动助力转向装置中的、反向检测时的电动机转速及电动机旋转加速度的时间响应波形的说明图。

图8是示出本发明实施方式1所涉及的电动助力转向装置中的开环环路传递函数的波特图。

图9是示出现有电动助力转向装置中的转弯行驶中的修正转向时的转向角-转向转矩的李萨如波形的说明图。

图10是示出现有电动助力转向装置中的反向时的时间响应波形的说明图。

图11是示出本发明实施方式1所涉及的电动助力转向装置中的反向时的时间响应波形的说明图。

图12是示出本发明实施方式2所涉及的电动助力转向装置中的反向检测部的处理的流程图。

图13是示出本发明实施方式3所涉及的电动助力转向装置中的反向检测部的处理的流程图。

图14是示出本发明实施方式3所涉及的电动助力转向装置中的、结束时间的设定所涉及的初始加速度的绝对值与反向的结束时间之间的关系的说明图。

图15是示出本发明实施方式3所涉及的电动助力转向装置中的反向时的时间响应波形的说明图。

图16是示出本发明实施方式4所涉及的电动助力转向装置的控制装置的方框结构图。

图17是示出本发明实施方式4所涉及的电动助力转向装置中的开环环路传递函数的波特图。

图18是示出本发明实施方式5所涉及的电动助力转向装置的控制装置的方框结构图。

图19是示出本发明实施方式6所涉及的电动助力转向装置的控制装置的方框结构图。

图20是示出本发明实施方式6所涉及的电动助力转向装置的转矩变动补偿部的方框结构图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明所涉及的电动助力转向装置的优选实施方式进行说明，在各图中对于相同或相当的部分标注相同的标号来进行说明。

实施方式1.

图1是示出本发明实施方式1所涉及的电动助力转向装置的结构图。在图1中，该电动助力转向装置包括方向盘1、转向轴2、车轮3、4、电动机5、电动机转速传感器6、电动机减速齿轮7、转矩传感器8、控制装置9、电池即电源11、齿条·小齿轮12以及车速传感器13。

接着，参照图1，对该电动助力转向装置的动作进行说明。由未图示的驾驶员施加到方向盘1上的转向转矩通过转矩传感器8的扭杆、转向轴2，再经由齿条·小齿轮12传递到齿条，从而使车轮3、4转向。

电动机5经由电动机减速齿轮7与转向轴2相连结。此外，电动机5所产生的输出转矩经由电动机减速齿轮7传递至转向轴2，以减轻驾驶员在转向时所施加的转向转矩。作为电动机5，例如使用永磁体型同步电动机、感应电动机那样的交流电动机，或使用直流电动机。

转矩传感器8对因驾驶员使方向盘1转向而施加至转矩传感器8的轴上的转向转矩进行检测。具体而言，由于转向转矩，转矩传感器8的轴上将产生与转向转矩大致成比例的扭转，因此，转矩传感器8检测该扭转角，并换算为转向转矩信号τ0来输出。车速传感器13检测车辆的行驶速度，并输出车速信号Vx。电动机转速传感器6检测电动机转速，并输出电动机转速信号ωm。

控制装置9基于从转矩传感器8输出的转向转矩信号τ0、从车速传感器13输出的车速信号Vx、以及从电动机转速传感器6输出的电动机转速信号ωm，决定与电动机5输出的输出转矩相当的电流指令Iref的方向和大小。此外，为了使电动机5产生该输出转矩，控制装置9使用后述的电流控制部，根据电流指令Iref对从电源11流向电动机5的电流进行控制。

图2是示出本发明实施方式1所涉及的电动助力转向装置的控制装置的方框结构图。在图2中，控制装置9具有电流指令控制部14、电流控制部21、反向检测部32及加速度运算部33。

另外，控制装置9的结构要素通常作为微机的软件而安装。此外，微机由众所周知的中央处理装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、接口(IF)等构成，依次提取出存储在ROM中的程序，由CPU进行所希望的运算，并将运算结果暂时保存在RAM中等，由此执行软件并进行规定的控制动作。

接着，参照图2，对控制装置9的动作进行说明。加速度运算部33对电动机转速信号ωm进行微分，来计算电动机旋转加速度信号am。反向检测部32基于电动机转速信号ωm和电动机旋转加速度信号am，检测转向的反向，并输出反向开关增益Gsw。电流指令控制部14基于转向转矩信号τ0、电动机转速信号ωm及反向开关增益Gsw，输出电流指令Iref。

电流指令控制部14具有辅助稳定化控制部15、加法器29、转矩变动补偿部30及乘法器31。辅助稳定化控制部15基于转向转矩信号τ0和电动机转速信号ωm，计算反向补偿前的电流指令Iref0。

转矩变动补偿部30基于转向转矩信号τ0，计算转矩变动补偿电流指令Icmp0。这里，转矩变动补偿部30将使转向转矩信号τ0中的驾驶员的转向频率的分量降低、并利用更高的频率分量使传递增益增大后而得到的信号设为转矩变动补偿电流指令。

乘法器31将反向开关增益Gsw与转矩变动补偿电流指令Icmp0相乘，并计算新的转矩变动补偿电流指令Icmp。另外，如后述那样，反向开关增益Gsw是在检测出反向时为1、在未检测出反向时为0的信号。因此，转矩变动补偿电流指令Icmp仅在检测出反向时为0以外的值，在未检测出反向时为0。

加法器29将转矩变动补偿电流指令Icmp与电流指令Iref0相加，并输出反向补偿后的电流指令Iref。

接着，对辅助稳定化控制部15进行说明。这里，辅助稳定化控制部15可以采用现有的结构，例如采用与国际公开第2012/160850号的图19所记载的结构相同的结构。

辅助稳定化控制部15具有辅助映射20、相位补偿部22、加法器23、转矩补偿部24、辅助并行转矩增益Ktp(25)、速度补偿部26、速度控制增益Kv(27)、减法器28。

相位补偿部22对转矩传感器8输出的转向转矩信号τ0执行使高频增益降低或增加的增益补偿，计算补偿后的转向转矩信号Tsca。这里，相位补偿部22执行如下增益补偿：在与辅助转矩相关的闭环系统的环路传递函数的增益交叉频率附近使增益特性降低。

减法器28从补偿后的转向转矩信号Tsca中减去后述的电动机速度补偿指令Tvc来校正转向转矩信号，并计算校正后的转向转矩信号Tscb。

接着，在辅助映射20中，基于校正后的转向转矩信号Tscb，运算与辅助转矩相当的辅助电流指令Ia。辅助电流指令Ia也被称为辅助转矩信号或辅助指令。另外，也向辅助映射20输入车速信号Vx，并根据车速来变更辅助映射的输入输出特性。

速度补偿部26基于电动机转速信号ωm，输出由高通滤波器和低通滤波器补偿后的电动机转速信号Svc。此外，对补偿后的电动机转速信号Svc乘以电动机转速反馈的反馈增益即速度控制增益Kv(27)，来计算电动机速度补偿指令Tvc。

转矩补偿部24具有使转向频率的分量减少的高通滤波特性，并计算对从转矩传感器8输出的转向转矩信号τ0进行补偿后而得到的辅助并行转向转矩信号Tsp。此外，对辅助并行转向转矩信号Tsp乘以辅助并行转矩增益Ktp(34)，来计算辅助并行转向转矩补偿指令Tscp。

加法器23对从辅助映射20输出的辅助电流指令Ia加上辅助并行转向转矩补偿指令Tscp，来计算电流指令Iref0。另外，除了高通滤波特性以外，转矩补偿部24也可以具有对相位特性进行补偿的相位补偿特性，在该情况下，添加了能使转向转矩信号的频率特性成为最佳的自由度，因此能获得更有效的反馈特性。

另外，在上述辅助稳定化控制部15的示例中，以转向转矩信号τ0和电动机转速信号ωm为输入来输出电流指令Iref0，然而，作为输入，也可以不使用电动机转速信号ωm。例如，将速度补偿部26、速度控制增益Kv(27)和减法器28从辅助稳定化控制部15中删除，取而代之地，可以将辅助并行转矩增益Ktp(25)设定得较大，从而得到稳定化效果。即，辅助稳定化控制部15和电流指令控制部14也可以仅以转向转矩信号τ0为输入来构成。

此外，除了上述辅助稳定化控制部15，也可以将一般情况下所使用的补偿控制、例如在转向频率下对电动机惯性的增大的影响进行补偿的惯性补偿控制、提高粘性的粘性补偿控制等与辅助电流指令Ia进行加减运算等，来校正辅助电流指令Ia。

接着，参照图3，对转矩变动补偿部30进行说明。图3是示出本发明实施方式1所涉及的电动助力转向装置的转矩变动补偿部的方框结构图。在图3中，转矩变动补偿部30具有高通滤波器41、控制增益Kh(42)、带通滤波器43、控制增益Kb(44)及加法器45。

从转矩传感器8输出的转向转矩信号τo由高通滤波器41来补偿，以减少转向频率的分量，并且得到转向转矩的推进效果，并乘以控制增益Kh(42)。

此外，从转矩传感器8输出的转向转矩信号τ0由带通滤波器43来补偿，以减少转向频率的分量，并且得到使反向时的转矩变动的频率分量的频带通过、以减少更高频的分量的效果，并乘以控制增益Kb(44)。

接着，利用加法器45将控制增益Kh(42)的输出与控制增益Kb(44)的输出相加，相加后得到的信号作为转矩变动补偿电流指令Icmp0被输出。

接着，对图2所示的加速度运算部33进行说明。加速度运算部33对电动机转速信号ωm进行微分，并且实施减少高频分量的低通滤波处理以去除噪声，并输出电动机旋转加速度信号am。该低通滤波器设定为使转向分量通过，并且使比反向时的转矩变动要高的频率分量减少。通过实施低通滤波处理，从而反向检测时的精度与没有低通滤波器时相比更为提高。

接着，参照图4的流程图，对反向检测部32的动作进行说明。图4是示出本发明实施方式1所涉及的电动助力转向装置中的反向检测部的处理的流程图。

图4中，首先，在步骤S01中设定变量的初始值。具体而言，将反向开关增益和反向时间T设定为0。

接着，在步骤S02中，设定作为设定速度的速度阈值ε。速度阈值ε使用反向判定计数的确定时间Tkk、电动机旋转加速度am和校正值α，如下式那样进行设定。

ε＝Tkk×|am|+α

即，速度阈值ε是对电动机旋转加速度am的大小与计数确定时间Tkk之积加上校正值α后得到的值，成为与电动机旋转加速度am的大小成比例的值。

接着，在步骤S03中，判断判定成立状态是否连续成立了确定时间Tkk秒以上，该判定成立状态为电动机转速ωm的大小在设定速度以下，电动机旋转加速度am为电动机转速ωm变为0的方向，且电动机旋转加速度am的大小为设定加速度A以上。

该判定成立状态以根据电动机转速ωm的方向、以下2个中的任一个成立为条件。

1.在电动机转速ωm为正的情况下，当电动机转速ωm为速度阈值ε以下、且电动机旋转加速度am为加速度阈值-A以下时设为判定成立。

2.在电动机转速ωm为负的情况下，当电动机转速ωm为速度阈值-ε以上、且电动机旋转加速度am为加速度阈值A以上时设为判定成立。

由此，虽然根据电动机转速ωm的正负将情况分开，但构成了判定条件，而不检测信号的符号的反转。此外，根据电动机转速ωm的正负来改变加速度阈值的符号，从而判定电动机旋转加速度的方向和大小。例如，在电动机转速为负的情况下，在速度阈值-ε以上时判定出速度较小，在加速度阈值A以上时，判定出电动机转速处于以正的加速度从负转向0的状态。

此外，在步骤S03中，在判定成立状态连续成立了确定时间Tkk秒以上的情况下，判断为反向已开始并前进至步骤S04，在不成立的情况下，返回步骤S02并更新速度阈值。另外，确定时间Tkk设为不会因噪声而误成立即可，可以为极短的时间、例如0.1秒以下。

接着，在步骤S04中，将反向开关增益设为1。此外，在步骤S05中，设定反向的结束时间Tf。在本实施方式中，结束时间Tf以与反向转矩变动的周期相同顺序的固定值设定即可，根据到反向转矩变动衰减为止的时间来决定即可。

接着，在步骤S06中，以计数周期ΔT对反向时间T进行计数。即，对上次的反向时间T加上计数周期ΔT。

接着，在步骤S07中，判定反向时间T是否为衰退(fade-out)开始时间以上，在成立的情况下，前进至步骤S08，在不成立的情况下，返回步骤S06。

接着，在步骤S08中，进行反向开关增益的衰退处理。即，从上次的反向开关增益中减去用计数周期ΔT除以衰退期间而得到的值，并将由此得到的值设为本次的反向开关增益。由此，反向开关增益与时间成比例地衰减为0。

接着，在步骤S09中，判定反向时间T是否为反向结束时间Tf以上，在成立的情况下，暂时结束处理并再次开始反向检测，在不成立的情况下，返回步骤S06。

在图5中示出该流程图所涉及的反向开关增益Gsw的时间序列波形。图5中，在确定了反向开始的情况下，反向开关增益从0上升至1，当从反向开始起的时间到达了衰退开始时间时，反向开关增益随着时间衰减，并在结束时间Tf成为0。

接着，使用示出反向检测时的电动机转速ωm和电动机旋转加速度am的时间响应波形的一个示例的图6，对反向开始检测的逻辑及效果进行详细说明。这里，示出了如下情况：反向前的电动机转速ωm为负，电动机旋转加速度am为正，且随着时间减小。

在图6中，在时刻Ttb电动机转速跨过零且符号改变，产生了转向反向。此外，在时刻T1，将电动机旋转加速度设为am1，将电动机转速设为ωm1。另外，am1设为比加速度阈值要大。此时，在利用加速度与确定时间Tkk之积、即Tkk×|am1|将加速度假设为恒定的情况下，在Tkk秒间变化的电动机转速ωm1的大小、即速度变化预测量Δω1可以用下式来表示。

Δω1＝Tkk×|am1|

如图6所示，电动机转速ωm1的大小比速度变化预测量Δω1要小，若将符号也考虑在内来表现，则电动机转速ωm1比-Δω1要小，因此，反向开始判定步骤S03成立。

此外，通常情况下，反向时是在作为极短时间的确定时间内的电动机旋转加速度的变化，旋转加加速度不大。图6中，即使夸张得较大，在反向时刻Ttb，也能推定将电动机旋转加速度设为恒定时的速度变化预测(图6的虚线)，而与实线的真值没有太大差距，示出了能高精度地检测反向的定时的情况。

接着，使用示出反向检测时的电动机转速ωm和电动机旋转加速度am的时间响应波形的其它示例的图7，对反向开始检测的逻辑及效果进行详细说明。这里，示出了如下情况：反向前的电动机转速ωm为负，电动机旋转加速度am为正，且随着时间增大。

在图7中，在时刻Ttb电动机转速跨过零且符号改变，产生了转向反向。此外，在时刻T1，将电动机旋转加速度设为am1，将电动机转速设为ωm1。另外，am1设为比加速度阈值要大。此时，在利用加速度与确定时间Tkk之积、即Tkk×|am1|将加速度假设为恒定的情况下，示出在Tkk秒间变化的电动机转速ωm1的大小、即速度变化预测量Δω1。

如图7所示，电动机转速ωm1的大小比速度变化预测量Δω1与校正值α之和、即速度阈值ε1要小，若将符号也考虑在内来表现，则电动机转速ωm1比-(Tkk×|am1|+α)要小，因此，反向开始判定步骤S03成立。这里，将加速度的变化所产生的误差量考虑在内，并基于加加速度的上限来确定校正值α即可。

若比较图6与图7，则图6中的速度变化预测量Δω1更大。这是由于时刻T1下的电动机旋转加速度在图6中更大。反之，若以固定值来设定速度阈值，则需要根据图6的加速度更大的一方来进行设定，若将该速度阈值适用于图7的加速度较小的情况，则速度阈值过大，因此，相比于实际的反向时刻将大幅度提前确定反向，导致无谓地提高反向开关增益。由此，将设定速度即速度阈值设为与电动机旋转加速度大致成比例的值，由此，能高精度地检测反向的定时，并能将使转矩变动补偿有效的期间设为所需最低限度。

此外，无需捕捉速度跨过零且符号反转的瞬间，能通过与规定大小的速度阈值进行比较，来高精度地检测反向。

接着，使用示出从转向转矩到辅助转矩、并经由转向机构返回转向转矩为止的电动助力转向装置中的开环环路传递函数的图8，对反向开关增益为1时的转矩变动补偿部30的开环传递特性中的作用进行说明。在图8中，细实线示出现有的不存在转矩变动补偿部的情况，粗实线示出本实施方式的转矩变动补偿部30的开环环路传递函数。

在图8中，若以增益特性进行观察，则可知与不存在转矩变动补偿部的情况相比，在10～50Hz附近的频带增大。即，反向时的转向转矩变动的主要频率分量在10～50Hz附近，因此，使该频带的传递增益增大。另外，相位裕度、增益裕度等的稳定性相比于以往稍许下降，但在反向的一点点时间内确保没有问题的水平，并将稳定性的下降设为最小限度。

由此，将转矩变动补偿部30所得出的转矩变动补偿电流指令与原来的电流指令相加，从而使电流指令控制部14的从输入到输出为止的传递增益在转向转矩变动的频带中增大，由此，能使开环环路传递函数的该频带中的增益特性增大。其结果是，能抑制该频带中的扰动传递到方向盘。此外，在交叉频率以下的频带中，通过使开环的增益增大，从而能作为与扰动大致反向的电流指令来反馈，因此，能起到抵消扰动的作用。

图9是示出现有电动助力转向装置中的转弯行驶中的修正转向时的转向角-转向转矩的李萨如波形的说明图。具体而言，示出了在转弯行驶中对转向角进行微修正的转向、即进行了修正转向时的转向李萨如波形。

在图9中，箭头的方向表示时间的流逝，并且为如下流程：朝向右上的区域表示前进，在椭圆所包围的区域中产生反向，之后，在朝向左下的区域中转移至回正，之后产生反向，并再次返回至前进。

反向时，存在转向转矩像角状那样突出的部分，其示出了因反向时的摩擦转矩反转而产生的转向转矩变动。根据图9可知，不仅需要检测从前进起的反向，也需要检测从回正起的反向，以抑制转矩变动。

接着，使用示出修正转向时的时间响应波形的图10和图11，对本实施方式的效果进行说明。图10是基于没有转矩变动补偿部的现有结构的波形，图11是基于本实施方式的波形。

在图10和图11中，在时刻1.19秒附近产生从前进起的反向，在时刻1.5秒附近产生从回正起的反向。图10的现有示例的情况下，转向转矩的像角状那样突出的转矩变动有1个刻度左右，非常大，但根据图11的本实施方式，转向转矩变动可抑制为1个刻度的30～40％左右。

此外，如图11的最下段所示，可知在与电动机转速开始跨过零的反向开始时刻大致相同的定时，反向开关增益从0上升至1，能准确地对反向进行检测。此外，在反向开始确定后，当转矩变动结束时反向开关增益从1衰减为0，能防止在反向以外的区域中产生多余的振动。

另外，除了直接计算电动机5的转轴的旋转角度的方法以外，作为获得电动机转速信号ωm的方法，还存在使用电动机旋转角度传感器和速度运算器的方法。例如，可以用旋转变压器、编码器构成电动机旋转角度传感器，求出每规定时间的电动机旋转角度信号θm的变化量，并根据该变化量来计算电动机转速。即，电动机转速检测部可以由电动机旋转角度传感器与速度运算器的组合来构成，也可以由电动机转速检测传感器构成。

另外，在本实施方式中，转矩变动补偿部30由高通滤波器41和带通滤波器43这2个补偿器构成，但即使没有带通滤波器43，也可以得到相近的效果。即，图8所示的开环环路传递函数的虚线所示的特性示出了其效果，虽然在转矩变动的频带中增益特性的大小与有带通滤波器的情况相比稍逊，但也可以得到相近的效果。因此，也能同样地抑制反向时的转向转矩变动。

如上所述，根据实施方式1，根据本发明所涉及的电动助力转向装置，其包括：电动机，该电动机基于驾驶员的转向转矩来输出转矩；电动机转速检测部，该电动机转速检测部对电动机的转速进行检测；加速度运算部，该加速度运算部基于电动机的转速，运算电动机的旋转加速度；反向检测部，该反向检测部在电动机的转速的大小在设定速度以下、电动机的旋转加速度为电动机的转速变为0的方向、且电动机的旋转加速度的大小在设定加速度以上的情况下，判定出转向的反向已开始；以及电流指令控制部，该电流指令控制部基于转向转矩或电动机的转速，输出针对电动机的电流指令，电流指令控制部在反向检测部判定出转向的反向已开始的情况下，使电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大。

因此，基于电动机转速的大小与电动机旋转加速度的方向和大小、而非电动机转速的符号的反转或转向转矩的符号的反转来检测转向的反向，因此，能准确地检测反向，而不会因信号的噪声、振动而造成误检测、颤动。

此外，对于不产生转向转矩变动的加速度较小的反向不进行检测，因此，不会使传递增益无谓地增大，能将稳定性的下降设为最小限度。即，在像这样没有浪费的准确的反向检测时，使电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大，因此能起到如下以往所没有的显著效果：能大幅度抑制反向转向时的转向转矩变动，而不使控制系统的稳定性无谓地下降。

此外，设定速度即速度阈值基于与电动机旋转加速度大致成比例的值来构成，因此，能基于电动机旋转加速度，在极短的判定用的期间内预测电动机转速所变化的量，能基于该速度变化预测量来判定出电动机转速接近于0的情况，并能在电动机转速跨过0的瞬间高精度地确定反向开始判定。即，能准确地检测反向开始的定时。

此外，构成为在反向检测部判定出反向转向的开始后，到反向时的转矩变动产生的设定时间结束为止的期间，使电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大，因此，能在反向后所需最小限度的期间变更传递增益，能防止无谓地使控制系统的稳定性降低的情况。

此外，构成为电流指令控制部具备将转向转矩作为输入并输出补偿电流的转矩变动补偿部，控制装置利用补偿电流对电流指令进行校正，由此来使电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大，因此，能独立于辅助稳定化控制部来设计转矩变动补偿部，能得到最适于抑制转矩变动的结构，因而能大幅度降低转向转矩变动。

此外，如本实施方式那样，若转矩变动补偿部构成为具备使反向转向时的转矩变动的频带通过的带通滤波器或高通滤波器，则在转矩变动的频带中能使传递增益高效地增大，并易于抑制对其它频率造成的影响，因此，能确保稳定性，并最大限度得到转向转矩变动的抑制效果。

实施方式2.

以下，参照图12，对本发明实施方式2所涉及的电动助力转向装置进行说明。这里，与实施方式1的差异在于，在图12的步骤S02中，当设定速度阈值ε时，追加了加加速度校正项，对于这部分以外，由于与实施方式1相同因此省略说明，仅对差异点进行说明。

如图6和图7所示，当电动机旋转加速度am变化时，使用电动机旋转加速度am的微分、即电动机旋转加加速度jm，如下式那样对速度变化预测量Δω1进行校正，由此，能在更高精度的定时检测反向。

Δω1＝Tkk×|am1|+1/2×|jm|×Tkk²

若假设为电动机旋转加加速度jm在判定期间内为恒定，则速度变化量用加速度与确定时间Tkk之积、即Tkk×|am1|、和确定时间Tkk的平方与电动机旋转加加速度jm之积的二分一的和来表示。因此，将该速度变化量设为速度变化预测量Δω1，将速度阈值ε确定为Δω+α，由此能降低加加速度的影响部分所造成的误差。

由此，设定速度即速度阈值基于与电动机旋转加速度大致成比例的值来构成，因此，能基于电动机旋转加速度，在极短的判定用的期间内预测电动机转速所变化的量，能基于该速度变化预测量来判定出电动机转速接近于0的情况，并能在电动机转速跨过0的瞬间高精度地确定反向开始判定。即，能准确地检测反向开始的定时。

实施方式3.

以下，参照图13～图15，对本发明实施方式3所涉及的电动助力转向装置进行说明。这里，与实施方式1的差异在于，在图13的步骤S05中，利用初始加速度将结束时间Tf设定设为可变，对于这部分以外，由于与实施方式1相同因此省略说明，仅对差异点进行说明。

在步骤S05中，将该时刻的加速度设为初始加速度，并参照图14所示那样的、存储有结束时间Tf相对于初始加速度的关系的表格，来设定与初始加速度相对应的结束时间Tf。另外，步骤S05能在与步骤S03相同的运算周期内进行处理，因此，初始加速度可以使用与在步骤S03中确定出反向开始判定的瞬间的加速度相同的值。

另外，越是缓慢地进行反向，则反向时的转矩变动的产生期间越是存在变长的倾向。因此，在加速度的绝对值越大时越是缩短结束时间，由此，能使转矩变动补偿部仅在所需最小限度的期间起作用，能防止无谓地使稳定性降低的情况。

在图15中示出本实施方式所涉及的修正转向时的时间响应波形。在图10和图11中，刚要反向前的电动机旋转加速度大约增大为5左右，转向转矩变动的期间在0.05秒以下，反向开关增益为1的期间也约为0.03秒左右。

另一方面，在图15中，刚要反向前的电动机旋转加速度大约减小为0.4左右，转向转矩变动延长为0.1秒以上的期间。此时，将反向期间的结束时间Tf设为根据初始加速度可变，因此，如图15所示，在初始加速度较小的情况下，能将反向开关增益为1的期间延长为0.15秒左右，能抑制反向时的转向转矩变动。

由此，构成为在反向检测部判定出反向转向的开始后，到反向时的转矩变动产生的设定时间结束为止的期间，使电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大，因此，能根据电动机旋转加速度使转矩变动补偿仅在所需最低限度的期间有效，能防止无谓地使控制系统的稳定性降低的情况。

实施方式4.

以下，参照图16和图17，对本发明实施方式4所涉及的电动助力转向装置进行说明。这里，与实施方式1的差异在于，利用反向开关增益Gsw将图16所示的辅助稳定化控制部15内部的控制增益设为可变，以代替图2所示的转矩变动补偿部30，对于这部分以外，由于与实施方式1相同因此省略说明，仅对差异点进行说明。

在图16中，利用反向开关增益，将辅助稳定化控制部15内部的控制增益Ktp和Kv设为可变。具体而言，将在反向以外使用的控制增益设为通常用控制增益Ktp0和Kv0，将增大为比上述增益要大的仅在反向时使用的控制增益设为反向用控制增益Ktp1和Kv1。

辅助稳定化控制部15如下式那样计算实际上由辅助稳定化控制部15进行乘法运算的控制增益Ktp和Kv，以作为将反向开关增益Gsw设为加权系数的通常用控制增益和反向用控制增益的加权线性和。

Ktp＝(1-Gsw)×Ktp0+Gsw×Ktp1

Kv＝(1-Gsw)×Kv0+Gsw×Kv1

利用图17的开环环路传递函数示出本实施方式所涉及的效果。在图17中，细实线示出现有的不存在基于反向检测的转矩变动补偿的情况，粗实线示出本实施方式的包含基于反向检测的控制增益的可变结构在内的开环环路传递函数。即，细实线示出通常用控制增益Ktp0和Kv0的特性，粗实线示出反向用控制增益Ktp1和Kv1的特性。

在图17中，若利用增益特性进行观察，则可知通过切换为反向用控制增益Ktp1和Kv1，从而增益特性在10～50Hz附近的频带增大。即，反向时的转向转矩变动的主要频率分量在10～50Hz附近，因此，使该频带的传递增益增大。另外，相位裕度、增益裕度等的稳定性相比于以往稍许下降，但在反向的一点点时间内确保没有问题的水平，并将稳定性的下降设为最小限度。

这样，利用反向开关增益，将辅助稳定化控制部15内部的控制增益设为可变，从而使电流指令控制部14的从输入到输出为止的传递增益在转向转矩变动的频带中增大，由此，能使开环环路传递函数的该频带中的增益特性增大。其结果是，能抑制该频带中的扰动传递到方向盘。此外，在交叉频率以下的频带中，通过使开环的增益增大，从而能作为与扰动大致反向的电流指令来反馈，因此，能起到抵消扰动的作用。

另外，在上述辅助稳定化控制部15的示例中，以转向转矩信号τ0和电动机转速信号ωm为输入来输出电流指令Iref0，然而，作为输入，也可以不使用电动机转速信号ωm。例如，将速度补偿部26、速度控制增益Kv(27)和减法器28从辅助稳定化控制部15中删除，取而代之地，可以将辅助并行转矩增益Ktp(25)设定得较大，来得到稳定化效果。

因此，利用反向开关增益来设为可变的控制增益可以仅是辅助并行转矩增益Ktp(25)，由此，能使电流指令控制部14的从输入到输出为止的传递增益在转向转矩变动的频带中增大。

此外，反之，也可以采用如下结构：将转矩补偿部24、辅助并行转矩增益Ktp(25)和加法器23从辅助稳定化控制部15中删除，取而代之地，将速度控制增益Kv(27)设定得较大，由此来得到稳定化效果。

在此情况下，利用反向开关增益来设为可变的控制增益可以仅是速度控制增益Kv(27)，由此，能使电流指令控制部14的从输入到输出为止的传递增益在转向转矩变动的频带中增大。

此外，电流指令控制部构成为具备在反向检测时能对电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益进行变更的控制增益，并通过使该控制增益增大，来使电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大，因此，能利用控制增益的可变化、通过简单的运算来抑制反向时的转矩变动，而不新追加转矩变动补偿部。

实施方式5.

以下，参照图18，对本发明实施方式5所涉及的电动助力转向装置进行说明。这里，与实施方式1的差异在于，将图18所示的转矩变动补偿部30的输入设为电动机转速ωm，对于这部分以外，由于与实施方式1相同因此省略说明，仅对差异点进行说明。

在图18中，电动机转速ωm在谐振频率以上进行与转向转矩τ0的微分大致相同的响应，因此，反向时的转向转矩变动也同样地能通过电动机转速ωm来提取出。因此，转矩变动补偿部30的内部结构也采用与实施方式1至3同样的结构，能抑制转向转矩变动。

即，构成为电流指令控制部具备将电动机转速作为输入并输出补偿电流的转矩变动补偿部，控制装置利用补偿电流对电流指令进行校正，由此来使电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大，因此，能独立于辅助稳定化控制部来设计转矩变动补偿部，能得到最适于抑制转矩变动的结构，因而能大幅度降低转向转矩变动。

另外，上述实施方式1～3中，构成为在反向检测部判定出转向的反向已开始的情况下，使从电流指令控制部的输入即转向转矩信号到输出为止的传递增益增大，但在本实施方式5中，构成为在反向检测部判定出转向的反向已开始的情况下，使从电流指令控制部的输入即电动机转速信号到输出为止的传递增益增大。即，在反向检测时增大的传递增益的输入可以是转向转矩信号与电动机转速信号中的任一方，也可以如实施方式4所示，是转向转矩信号与电动机转速信号双方。

实施方式6.

以下，参照图19和图20，对本发明实施方式6所涉及的电动助力转向装置进行说明。这里，与实施方式1的差异在于，还对图19所示的转矩变动补偿部30的输入追加电流指令Iref来构成扰动观测器，对于这部分以外，由于与实施方式1相同因此省略说明，仅对差异点进行说明。

首先，参照图20，对转矩变动补偿部30进行说明。在图20中，转矩变动补偿部30具有基于转向转矩信号与电流指令来推定扰动转矩的扰动观测器50、以及补偿率增益58。此外，扰动观测器50具有转矩换算增益51、低通滤波器52、微分部53、带LPF的逆模型54、减法器55、转向分量去除滤波器56以及高频去除滤波器57。

扰动观测器50将换算为电动机转矩的转矩换算增益51与来自针对控制对象的控制器的输入即电流指令相乘，并实施减少高频分量的低通滤波器52的处理，以生成输入换算信号。

此外，扰动观测器50利用微分部53对转向转矩信号进行微分，利用带LPF的逆模型54进行处理，并推定针对控制对象的所有输入、即输入推定信号。此外，在减法器55中，扰动观测器50将输入换算信号从输入推定信号中减去，并推定从控制器以外向控制对象的输入信号、即扰动转矩。

之后，扰动观测器50对推定出的扰动转矩实施减少低频的转向分量的转向分量去除滤波器56的处理，利用高频去除滤波器57使高频分量也减少，并提取想要抑制的扰动转矩的频率分量，以输出推定扰动dest。

转矩变动补偿部30将补偿率增益58与推定扰动dest相乘，并输出转矩变动补偿电流指令Icmp0。补偿率增益58取-1到0的值，若设为-1，则意味着成为100％抵消扰动转矩的指令，若设为0，则意味着0％，若使用中间值，则可以是起到100％到0％之间的减少率的指令。

利用上述图17的开环环路传递函数示出本实施方式所涉及的效果。在图17中，细实线示出现有的不存在基于反向检测的转矩变动补偿的情况，粗虚线示出本实施方式的基于反向检测时的扰动观测器50的开环环路传递函数。

在图17中，若利用增益特性进行观察，则可知在反向检测时扰动观测器的转矩变动补偿电流指令起作用，由此，增益特性在10～50Hz附近的频带增大。即，反向时的转向转矩变动的主要频率分量在10～50Hz附近，因此，使该频带的传递增益增大。另外，相位裕度、增益裕度等的稳定性相比于以往稍许下降，但在反向的一点点时间内确保没有问题的水平，并将稳定性的下降设为最小限度。

这样，利用反向开关增益，在反向检测时输出扰动观测器的转矩变动补偿电流指令，从而使电流指令控制部14的从输入到输出为止的传递增益在转向转矩变动的频带中增大，由此，能使开环环路传递函数在该频带中的增益特性增大。其结果是，能抑制该频带中的扰动传递到方向盘。此外，在交叉频率以下的频带中，通过使开环的增益增大，从而能作为与扰动大致反向的电流指令来反馈，因此，能起到抵消扰动的作用。

另外，向扰动观测器输入的电流指令可以使用由电流检测器检测出的实际的电流，若将电流控制部的响应性设定得较高，则在转矩变动的频率下，可以作为大致相同的信号来处理。此外，向扰动观测器输入的转向转矩信号中，作为电动机转速信号ωm，可以废除微分部。此外，在转向的谐振频率以上，转向转矩的微分与电动机转速进行大致相同的响应，因此，即使将转向转矩替换为电动机转速信号，也能同样地推定扰动转矩。

此外，本实施方式的转矩变动补偿部具备将电流指令或电动机的电流设为输入并推定扰动转矩的扰动观测器，将增益与扰动转矩相乘来生成转矩变动补偿电流指令即补偿电流，因此，能利用基于观测器的设计方法的简单的设计来抑制反向时的转向转矩变动。

标号说明

5 电动机，

6 电动机转速传感器(电动机转速检测部)，

14 电流指令控制部，

30 转矩变动补偿部，

33 加速度运算部，

41 高通滤波器，

43 带通滤波器，

50 扰动观测器。

Claims (8)

1.一种电动助力转向装置，其特征在于，包括：

电动机，该电动机基于驾驶员的转向转矩来输出转矩；

电动机转速检测部，该电动机转速检测部对所述电动机的转速进行检测；

加速度运算部，该加速度运算部基于所述电动机的转速，运算所述电动机的旋转加速度；

反向检测部，该反向检测部在所述电动机的转速的大小在设定速度以下、所述电动机的旋转加速度为所述电动机的转速变为0的方向、且所述电动机的旋转加速度的大小在设定加速度以上的情况下，判定为转向的反向已开始；以及

电流指令控制部，该电流指令控制部基于所述转向转矩或所述电动机的转速，输出针对所述电动机的电流指令，

所述电流指令控制部在所述反向检测部判定为转向的反向已开始的情况下，使所述电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大。

2.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，

所述设定速度设定为与所述电动机的旋转加速度成比例的值。

3.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，

所述电流指令控制部在所述反向检测部判定为转向的反向已开始后，到反向时的转矩变动产生的设定时间结束为止的期间，使所述电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大。

4.如权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于，

所述电流指令控制部在所述反向检测部判定为转向的反向已开始后，到反向时的转矩变动产生的设定时间结束为止的期间，使所述电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大。

5.如权利要求1至4的任一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，

所述电流指令控制部具备转矩变动补偿部，该转矩变动补偿部将所述转向转矩或所述电动机的转速作为输入，并输出补偿电流，

利用所述补偿电流对所述电流指令进行校正，由此来使所述电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大。

6.如权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于，

所述转矩变动补偿部具有使转向的反向时的转矩变动的频带通过的带通滤波器或高通滤波器。

7.如权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于，

所述转矩变动补偿部具有扰动观测器，该扰动观测器将所述电流指令或所述电动机的电流作为输入，并推定扰动转矩。

8.如权利要求1至4的任一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，

所述电流指令控制部具备能变更所述传递增益的控制增益，

通过使所述控制增益增大，从而使所述电流指令控制部的从输入到输出为止的传递增益增大。

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