CN110650885A - 电动助力转向装置以及电动助力转向的控制方法 - Google Patents

电动助力转向装置以及电动助力转向的控制方法 Download PDF

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Abstract

提供一种电动助力转向装置，包括：对驾驶员的转向转矩进行检测的转向转矩检测部；对驾驶员的转向力进行辅助的电动机；对所述电动机的旋转速度的推定值即推定速度进行计算的推定速度运算部；基于所述转向转矩来对所述推定速度进行校正的推定速度校正部；对校正后的推定速度进行积分并计算所述电动机的推定角运算部；以及基于所述推定角来向所述电动机提供电力的供电部，当基于从所述转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量后的值的判定用信号、所述转向转矩以及所述推定速度为相同符号时，所述推定速度校正部对所述推定速度进行校正。

Description

电动助力转向装置以及电动助力转向的控制方法
技术领域
本发明涉及无需使用旋转角传感器就能够推定电动机的旋转角的电动助力转向装置以及电动助力转向的控制方法。
背景技术
现有电动助力转向装置中，如专利文献1、专利文献2那样，存在推定电动机的旋转角，进行使用了推定出的角度信号(以下，推定角)来代替由传感器检测出的旋转角的无传感器控制的装置。另外，并不限于电动助力转向装置，存在多个通过使用了如专利文献3那样的推定角的无传感器控制来对电动机进行驱动的控制装置。
使用了如上述那样的推定角的无传感器控制中，若产生电动机的旋转角和推定角的差异(以下，推定误差)，则由于无法产生电动机所希望的转矩，因此电动机转矩产生变动并产生振动。因此，进行使用了推定角的无传感器控制的电动助力转向装置中，存在驾驶员因由推定误差产生的转矩变动而变得难以进行转向这样的问题。推定误差产生的主要原因根据在推定角的运算式中作为参数而设定的电动机的电阻值、电感等的误差(以下，参数误差)、推定延迟等推定方法而各种各样。
对于这样的问题，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的相关性时，通过将相当于推定角的变化量的加算角即推定速度的限制值变小，从而进行控制角即推定角的校正。例如，当加算角即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，控制角和电动机转矩之间存在负的相关性，进行控制角即推定角的校正。
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号说明书
专利文献3：日本专利第4672236号说明书
发明内容
发明所要解决的技术问题
以下中，将右方向的转向所对应的转向转矩的符号和电动机的旋转速度的符号作为正进行说明。上述专利文献1的校正方法中，加算角即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对加算角即推定速度进行校正，能将推定角的推定误差变小。然而，即使驾驶员进行了通常的增打转向的情况下，转向转矩增加，电动机的旋转角也增加。此时，若转向转矩增加则转向转矩的微分值为正，若电动机的旋转角增加则电动机的旋转速度和推定速度为正。因此，该校正方法中，通常的转向也满足校正的条件。即，存在下述问题：在原本无需校正的情况下错误地进行限制，从而导致误差扩大。该问题的主要原因是不能区分检测出的转向转矩中所包含的驾驶员转向的频率分量以及基于电动机的转矩和旋转角的频率分量。
电动助力转向装置中，通过扭杆的上侧即方向盘侧的角度与扭杆的下侧即电动机侧的角度之间的扭转量，来对驾驶员的转向转矩进行检测。因此，检测出的转向转矩中不仅包含转向角的频率分量即驾驶员转向的频率分量，还包含电动机的旋转角的频率分量即电动机的转矩的频率分量。因此，需要通过去除检测出的转向转矩中所包含的驾驶员转向的频率分量，来高精度获得比驾驶员转向的频率分量要高的频率分量的电动机的转矩的减少。
本发明是为了解决上述那样的问题点而完成的，其目的在于得到一种通过高精度地进行推定速度的校正来抑制因推定角的推定误差而产生的转矩变动，从而能进行振动较小的稳定的无传感器控制的电动助力转向装置以及其控制方法。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明中，存在一种电动助力转向装置等，包括：对驾驶员的转向转矩进行检测的转向转矩检测部；对驾驶员的转向力进行辅助的电动机；对所述电动机的旋转速度的推定值即推定速度进行计算的推定速度运算部；基于所述转向转矩来对所述推定速度进行校正的推定速度校正部；对校正后的推定速度进行积分并计算所述电动机的推定角运算部；以及基于所述推定角来向所述电动机提供电力的供电部，当基于从所述转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量后的值的判定用信号、所述转向转矩以及所述推定速度为相同符号时，所述推定速度校正部对所述推定速度进行校正。
发明效果
本发明提供一种通过高精度地进行推定速度的校正来抑制因推定角的推定误差而产生的转矩变动，从而能进行振动较小的稳定的无传感器控制的电动助力转向装置以及其控制方法。
附图说明
图1是本发明的一实施方式所涉及的电动助力转向装置的一个示例的简要结构图。
图2是本发明的一实施方式所涉及的电动助力转向装置的ECU的功能框图。
图3是表示本发明的实施方式1所涉及的推定速度校正部和推定角运算部的结构的一个示例的功能框图。
图4是表示产生了因推定速度的误差引起的转矩变动的情况下的各因素变化的一个示例的图。
图5是表示本发明的实施方式1所涉及的滤波器Lj(s)和滤波器Hj(s)的增益特性的一个示例的图。
图6是表示了本发明的实施方式1所涉及的校正判定部的处理中、对推定速度、转向转矩以及判定用信号为相同符号的情况进行判定的处理的一个示例的流程图。
图7是表示了本发明的实施方式1所涉及的校正判定部的处理中、基于校正解除条件的判定和基于时间经过的判定的处理的一个示例的流程图。
图8是表示了本发明的实施方式1中的各标记的时间变化的一个示例的时序图。
图9是表示了本发明的实施方式1所涉及的校正执行部的处理的一个示例的流程图。
图10是表示了本发明的实施方式1的变形例所涉及的校正判定部的处理中、基于校正解除条件的判定和基于时间经过的判定的处理的一个示例的流程图。
图11是表示了本发明的实施方式1的变形例中的各标记的时间变化的一个示例的时序图。
图12是表示本发明的实施方式2所涉及的推定速度校正部和推定角运算部的结构的一个示例的功能框图。
图13是表示了本发明的实施方式2所涉及的校正执行部的处理的一个示例的流程图。
图14是表示本发明的实施方式3所涉及的推定速度校正部和推定角运算部的结构的一个示例的功能框图。
图15是表示了本发明的实施方式3所涉及的校正判定部的处理中、对推定速度、转向转矩以及判定用信号为相同符号的情况进行判定的处理的一个示例的流程图。
图16是表示本发明的实施方式3的变形例所涉及的滤波器Hc(s)和滤波器Lc(s)的增益特性的一个示例的图。
图17是表示本发明所涉及的电动助力转向装置的控制部分的硬件结构的一个示例的简要图。
图18是表示用基于本发明的实施方式1～3的变形例所涉及的转向转矩的推定方法来运算推定速度ω的情况下的推定速度校正部和推定角运算部的结构的一个示例的功能框图。
具体实施方式
根据本发明，当基于从转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量后的值的判定用信号、转向转矩以及推定速度为相同符号时，能够判定出推定速度和推定角产生了推定误差。
首先，根据转向转矩的符号和转向转矩的微分值的符号可知驾驶员转向的方向和转向转矩的增减，因此若转向转矩的符号和转向转矩的微分值的符号为相同符号，则能够对转向转矩的大小增加的情况进行判定。例如，转向转矩的符号和转向转矩的微分值的符号均为正，则能够对右转向中转向转矩的大小增加的情况进行判定。
并且，若从转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量的判定用信号的符号和推定速度的符号为相同符号，则能够判定为推定角的误差因推定速度的误差而增加从而电动机的转矩减少，转向转矩增加。这利用了下述情况：转向转矩的微分值和电动机的旋转速度之间有关系，比驾驶员转向的频率要高的频带中正负符号为相反。即，若为相同符号，则能够判定出推定速度存在误差。除此以外，通过将从转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量后的值设为判定用信号，从而能够提取检测出的转向转矩中所包含的电动机的转矩的变化，因此能够对检测出的转向转矩的增加是基于驾驶员力气的增加而产生的，还是基于电动机的转矩的减少而产生的进行区分并判定。
通过上述判定能够判定出推定角的误差增加，因此能够通过校正推定速度来使推定角的误差变小。由于能使推定角的误差变小，因此能够抑制因推定角的误差所产生的转矩变动，并能够提供振动较小的能进行稳定的无传感器控制的电动助力转向装置以及其控制方法。
下面，使用附图并按照各实施方式来对本发明所涉及的电动助力转向装置以及其控制方法进行说明。此外，在各实施方式中，用相同标号表示相同或相当部分，并省略重复说明。
实施方式1.
图1中表示示出本发明的一实施方式所涉及的电动助力转向装置的一个示例的简要结构图。在图1中，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、对驾驶员的转向进行辅助的电动机1、用于提供驱动电动机的电力的ECU(电子控制单元)2、以及检测驾驶员的转向转矩的转矩传感器102。
图1中，由未图示的驾驶员施加到方向盘101上的转向转矩会通过转矩传感器102的扭杆、转向轴103，再经由齿条·小齿轮105传递到齿条，从而来操纵车轮104。
图2是图1的ECU的功能框图。电动机1通过由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被传递至转向轴103，以在转向时减轻驾驶员所施加的转向转矩。电动机1例如可以使用永磁体同步电动机、感应电动机等通常已知的电动机。实施方式1中，设为三相交流的永磁体同步电动机。
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，基于推定角θ向电动机1提供电力。
另外，有时将电流检测器34和逆变器31设置在电动机1一侧，该情况下，ECU2具备从图2的单点划线A至左侧部分的结构。
电流指令运算部35对d轴电流指令id*和q轴电流指令iq*进行运算。d轴电流指令id*和q轴电流指令iq*为与电动机1的输出即电动机转矩Tm相关的指令值。d轴电流指令id*和q轴电流指令iq*的运算方法没有特别限定，但此处，将d轴电流指令id*设为0，q轴电流指令iq*根据转向转矩Trq来决定。d轴电流指令id*可以根据电动机1的旋转速度来决定。作为相当于电动机1的旋转速度的值，例如，可以基于后述的推定速度ωg来决定。
电压指令运算部33生成d轴电压指令vd*和q轴电压指令vq*，以使得d轴电流指令id*和q轴电流指令iq*、与d轴检测电流id和q轴检测电流iq在各轴分量中相一致。此处，设为对检测电流进行反馈的结构，但可以不使用检测电流而利用前馈来计算电压指令。
电流检测器34作为流向电动机1的各相的电流，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。此处，虽然检测了三相电流，但也可以根据检测相的电流来推定而无需检测一部分相的电流。
坐标转换部32基于推定角θ对d轴电压指令vd*和q轴电压指令vq*进行坐标转换，由此来生成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基于推定角θ对u相检测电流iu、v相检测电流iv以及w相检测电流iw进行坐标转换，由此来生成d轴检测电流id和q轴检测电流iq。
逆变器31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向电动机1施加，从而产生电动机转矩Tm。
推定速度运算部4对电动机的旋转速度ωe进行推定，并将推定出的值作为推定速度ω输出。推定速度ω的运算方法没有特别限定，但作为一个示例，如专利文献3那样，对利用了感应电压而进行推定的结构进行说明。该推定方法中，利用感应电压与电动机的旋转速度即旋转角的微分成比例的情况。
将
vd*：d轴电压指令
vq*：q轴电压指令
id：d轴检测电流
iq：q轴检测电流
作为输入，构成以下的式(1)至式(5)的观测器来对推定速度ω进行运算。
[数学式1]
Figure BDA0002267959800000081
Figure BDA0002267959800000083
Figure BDA0002267959800000084
Figure BDA0002267959800000085
此处，ω和ωr0为推定速度，id0为d轴推定电流，iq0为q轴推定电流，pdr0为推定磁通，ed为d轴偏差，eq为q轴偏差，R为电动机的电阻值，Ld为电动机的d轴电感，Lq为电动机的q轴电感。另外，s为拉普拉斯变换的微分算子，kp、ki、g11、g12、g21、g22、g31、g32、g41、g42为用于运算推定角θ的反馈增益，e01、e02、e03、e04为运算的中间变量。该推定方法中，由于将电动机的电阻值R、电感Ld、Lq作为参数来设定，因此因参数误差而在推定速度ω和推定角θ中产生推定误差Δω、Δθ。
图3是表示运算电动机的推定角θ的推定速度校正部5和推定角运算部6的结构的一个示例的功能框图。推定速度校正部5中，基于转向转矩Trq对由推定速度运算部4运算出的推定速度ω进行校正。而且，利用推定角运算部6对校正后的推定速度ωg进行积分并运算推定角θ。
推定速度校正部5包括：校正判定部51，该校正判定部51对基于从转向转矩Trq的微分值Td中去除了驾驶员转向的频率分量后的值的判定用信号Tdj、转向转矩Trq以及推定速度ω为相同符号的情况进行判定；校正执行部52，该校正执行部52基于推定速度ω与作为校正判定部51的输出的校正标记Fcp、Fcm，进行推定速度ω的校正。
此处，在详细说明推定速度校正部5之前，对本发明的问题即基于推定速度和推定角的误差所产生的转矩变动进行说明。图4是产生了因推定速度的误差引起的转矩变动的情况下的各因素变化的一个示例。从上段起表示了
(a)检测出的转向转矩Trq，
(b)转向转矩的微分值Td，
(c)电动机的旋转速度ωe，
(d)电动机的旋转角θe，
(e)旋转角的推定误差Δθ，
(f)电动机的转矩Tm。
另外，(c)(d)中电动机的旋转速度ωe和电动机的旋转角度θe用实线绘制实际的值，用虚线绘制推定速度ω、推定角θ的值，(e)中推定误差Δθ绘制实际的旋转角θe和推定角θ的差分Δθ＝θe-θ。此处，在时刻t1的时间点将推定速度ω固定为恒定值，从而便于理解地再现推定速度ω变得比实际的旋转速度ωe要大那样的误差。例如，若产生推定速度ω的运算异常，则有时将推定速度ω固定为恒定值。
在时刻t1推定速度ω变得比旋转速度ωe要大。与此同时，推定角θ由于与实际的旋转角θe逐渐远离，因此推定误差Δθ的大小增加。若推定误差Δθ的大小增加则电动机转矩Tm将减少下去，若推定误差Δθ的大小超过90deg则电动机转矩Tm成为与所希望的辅助方向相反的方向。伴随着电动机转矩Tm减少，转向转矩Trq将增加，因此转向转矩Trq的微分值Td向正方向增加。推定误差Δθ的值取-180deg至180deg的范围，因此若向负方向增加并超过-180deg则折返至180deg，成为推定误差Δθ逐渐减少的方向。若推定误差Δθ减少，则电动机转矩Tm的方向成为所希望的辅助方向，辅助量将增加下去。伴随着辅助量的增加，转向转矩Trq也将减少。由此，电动机转矩Tm因重复转矩的变动来产生振动，从而驾驶员变得难以驾驶。另外，此处表示了将推定速度ω固定为恒定值的情况，但并不限于固定为恒定值那样的推定速度ω的误差，例如，即使在推定速度ω产生了误差的情况下，利用运算中使用的参数的误差等也产生与电动机转矩Tm相同的转矩变动。
对推定速度校正部5内的校正判定部51的输入信号进行说明。校正判定部51中，首先，对用于判定的转向转矩Tj与根据转向转矩的微分值而运算出的判定用信号Tdj为相同符号进行判定，从而对转向转矩增加的情况进行判定。
若仅对转向转矩Trq的增加简单地进行判定，则可以直接使用检测出的转向转矩Trq和转向转矩的微分值Td，来进行符号的判定。本实施方式1中，根据转向转矩Trq和转向转矩的微分值Td分别进行滤波处理，以用于判定进行更高精度校正的必要性。尤其是，仅直接使用转向转矩的微分值Td，产生无法判定转向转矩Trq的增加是基于驾驶员的转向而产生的，还是基于电动机1的转矩Tm的减少而产生的这一上述问题。因此，通过对转向转矩的微分值Td的滤波处理来去除驾驶员转向的滤波分量具有相关技术中所没有的重大意义。
判定所用的转向转矩即判定用转向转矩Tj可以直接使用检测出的转向转矩Trq，但此处对所检测出的转向转矩Trq利用第1滤波器(Lj(s))502进行低通滤波处理，并使用下式(6)中计算出的值。通过低通滤波处理来去除比通常的驾驶员转向的频率要高的频率分量，从而即使转向转矩Trq因电动机的转矩Tm的变化而成为振动性响应，也能得到能够对平均是正还是负的方向进行判定这一追加的效果。另外，即使不是低通滤波处理，而是基于移动平均滤波器的平均化处理也能得到相同的效果，但也具有对低通滤波器所要着眼的频率分量的滤波器设计较为容易这样的优点。
[数学式2]
Tj＝Lj(s)·Trq...(6)
将低通滤波器Lj(s)设为下式(7)的一阶低通滤波器。通常，驾驶员转向的频率为3Hz左右以下。另外，例如，车道变换时转向频率在0.2Hz附近，通常进行这种低频的转向的例子较多。因此，将低通滤波器Lj(s)的截止频率ω1j设定为3Hz，以去除比通常驾驶员转向的频率要高的频率分量。
[数学式3]
Figure BDA0002267959800000111
其中，
s：拉普拉斯变换的微分算子。
判定用信号Tdj利用转向转矩Trq和电动机的旋转角θe的关系性来设定。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的扭转量来对转向转矩Trq进行检测。
若将扭杆的刚性设为Ks，则转向转矩Trq和电动机的旋转角θe的关系利用
θh：转向角
Pm：电动机1的极对数
Gn：电动机1和转向轴103之间的齿轮比，
由下式(8)来表示。
[数学式4]
Figure BDA0002267959800000121
此处，转向角θh依赖于驾驶员转向的频率。因此，若着眼于比电动助力转向装置的主谐振频率要高的频带，则能够如下式(9)那样近似得到。表示转向转矩Trq和电动机的旋转角θe的比的换算增益k为下式(10)。通常，振动由于产生在谐振频率以上，因此依赖于该换算增益能够提取高精度振动分量。另外，转向频率和谐振频率之间产生误差，但通常不产生振动，因而没有问题。若有需要，可以通过根据角度来使用转矩的逆模型从而得到更高精度的关系性。
[数学式5]
Figure BDA0002267959800000122
Figure BDA0002267959800000123
并且，若对上式(9)进行微分，则成为下式(11)。
[数学式6]
Figure BDA0002267959800000131
根据上式(11)，可知转向转矩的微分值Td和电动机1的旋转速度ωe之间有关系，转向转矩的微分值Td的符号和电动机1的旋转速度ωe的符号相反。判定用信号Tdj利用该关系来设定。
如上所述，上式(11)的近似式中，着眼于比驾驶员转向的频率更高的频率。因此，判定用信号Tdj如下式(12)那样，利用微分运算部(s)501对检测出的转向转矩Trq进行微分，通过第2滤波器Hj(s)503来提取并计算比驾驶员转向的频率要高的频率分量。
[数学式7]
Tdj＝Hj(s)·s·Trq…(12)
其中，
s：拉普拉斯变换的微分算子。
此处，将滤波器Hj(s)设为下式(13)的一阶高通滤波器。高通滤波器Hj(s)的截止频率ωhj设定为3Hz，以提取比通常驾驶员转向的频率要高的频率分量。图5(a)是表示滤波器Hj(s)的增益特性的一个示例的波特图，图5(b)是表示滤波器Lj(s)的增益特性的一个示例的波特图。
[数学式8]
根据上述的结构，若转向转矩和转向转矩的微分值为相同符号，即若判定用转向转矩Tj和判定用信号Tdj为相同符号，则能够对转向转矩的大小增加的情况进行判定。并且，根据上式(11)的关系性，通常，利用转向转矩的微分值Td和电动机的旋转速度ωe为相反符号的情况，来判定推定速度ω校正的必要性。具体而言，若相当于转向转矩的微分值Td的判定用信号Tdj与相当于电动机的旋转速度ωe的推定速度ω为相同符号，则能够判定为推定角θ的误差Δθ因推定速度ω的误差而增加从而电动机的转矩Tm减少，转向转矩Trq的大小增加。由于利用上式(11)的关系，而将判定用信号Tdj设为相当于实际的旋转速度ωe的值，因此能高精度地判定校正的必要性。并且，通过将判定用信号Tdj设为从转向转矩的微分值Td中去除了驾驶员转向的频率分量后的值，从而能够对转向转矩Trq的增加是基于驾驶员力气的增加而产生的，还是基于电动机的转矩Tm的减少而产生的进行区分并判定。
接着，对校正判定部51的处理进行说明。
图6是表示了校正判定部51的处理的流程图，表示了对推定速度ω、判定用转向转矩Tj以及判定用信号Tdj为相同符号进行判定的处理的一个示例。当推定速度ω为正值时(即步骤S11p为是时)，若转向转矩Tj为正值，并且，判定用信号Tdj为正值，则三个信号为相同符号，判定条件成立。此处，对判定用信号Tdj为正值的情况进行判定即可，但本实施方式1中，对大于正阈值α1的情况进行判定，以用于更高精度地判定电动机转矩Tm的变化。由此，能够判定出判定用信号Tdj变化较大、即电动机转矩Tm变化较大，并可知需要进行校正。
当转向转矩Tj为正值，并且，判定用信号Tdj大于正阈值α1时(即步骤S12p为是时)，将第1正侧标记F1p设为开启(F1p＝1)，将第1负侧标记F1m设为关闭(F1m＝0)(步骤S13)。
另一方面，推定速度ω为负值时(即步骤S11p为否、步骤S11m为是时)，对转向转矩Tj为负值、并且判定用信号Tdj为负值的情况进行判定。此时，通过对判定用信号Tdj小于负阈值-α1的情况进行判定，从而判定出电动机转矩Tm变化较大。当转向转矩Tj为负值、并且判定用信号Tdj小于负阈值-α1时，将第1负侧标记F1m设为开启(F1m＝1)，将第1正侧标记F1p设为关闭(F1p＝0)(步骤S15)。
当除上述情况以外时(即步骤S11m、S12p、S12m的任意一个为否时)，将第1标记F1p、F1m设为关闭(F1p＝0、F1m＝0)(步骤S14)。
图7是表示了校正判定部51的处理的流程图，表示了基于校正解除条件的判定和基于时间经过的判定的处理的一个示例。该处理中，保持图6的处理步骤S13或S15中作为开启过一次的标记。
以下，进行处理步骤S13中第1正侧标记F1p为开启时的说明。
首先，对第1正侧标记F1p为开启(F1p＝1)的情况进行判定(步骤S19)。当第1正侧标记F1p开启时(即步骤S19为是时)，将第2正侧标记F2p设为开启(F2p＝1)(步骤S21)。另一方面，当第1正侧标记F1p关闭时(即步骤S19为否时)，第2正侧标记F2p保持上一次值(步骤S22)。另外，将第2正侧标记F2p的初始状态设为关闭(F2p＝0)。
接着，对第2正侧标记F2p(F2p＝1)为开启的情况进行判定(步骤S23)。当第2正侧标记F2p开启时(即步骤S23为是时)，进一步对保持判定用信号Tc大于正阈值α2的情况进行判定(步骤S24)。
此处，对保持判定用信号Tc进行说明。转向转矩Trq的微分值Td变小表示消除了电动机转矩Tm的减少，即表示推定角θ的推定误差Δθ减少了。因此，为了持续进行校正直到推定角θ的推定误差Δθ减少为止，对转向转矩微分值Td变小的情况进行判定即可。因此，设定基于转向转矩微分值Td的校正解除条件，持续进行校正直到满足校正解除条件。作为校正解除条件，设定保持判定用信号Tc大于阈值α2。即，在保持判定用信号Tc为阈值α2以下的期间持续进行校正。
保持判定用信号Tc可以是基于转向转矩微分值Td的值。此处，作为保持判定用信号Tc，通过使用从转向转矩微分值Td中去除了驾驶员转向的频率分量的判定用信号Tdj，从而对转向转矩微分值Td中所包含的电动机转矩Tm的变化的信息进一步高精度地进行判定。
对于阈值α2，若设定为α2＜α1，则能够判定出比校正开始时更能够抑制因推定角θ的误差而导致的电动机转矩Tm的减少，因此能持续进行推定速度ω的校正直到显现出校正的效果。另外，即使是设定为α2＝α1的情况下，也能得到能够持续推定速度ω直到满足该校正解除条件的效果。例如，即使判定用转向转矩Tj因振动而暂时为负，第1正侧标记F1p为关闭的情况下，第2正侧标记F2p由于能够保持直到满足校正解除条件为止，因此能够持续进行推定速度ω的校正。
保持判定用信号Tc大于阈值α2时(即步骤S24为是时)，将第3正侧标记设为开启(F3p＝1)，将计数器cntp复位成0(步骤S31)。之后，前进至处理步骤S33。保持判定用信号Tc为阈值α2以下时(即步骤S24为否时)，将第2正侧标记设为关闭(F2p＝0)(步骤S25)，第3正侧标记F3p保持上一次值(步骤S32)。之后，前进至处理步骤S33。
另一方面，当第2正侧标记关闭(F2p＝0)时(即步骤S23为否时)，第3正侧标记F3p保持上一次值(步骤S32)。之后，前进至处理步骤S33。
另外，将第3正侧标记F3p的初始状态设为关闭(F3p＝0)，并将计数器cntp的初始值设为0。
如上所述，通过设定使用了基于转向转矩的微分值Td的保持判定用信号Tc的校正解除条件，从而直到满足校正解除条件为止，即在保持判定用信号Tc大于阈值α2的期间，持续进行推定速度ω的校正。由于推定角θ的误差Δθ的增减显现于转向转矩Trq，能够根据转向转矩的微分值Td判定出是否显现了校正的效果，因此能够持续进行校正直到显现出校正的效果为止。
处理步骤S33中，对第3正侧标记为开启的情况进行判定。第3正侧标记开启时(即步骤S33为是时)，使计数器cntp递增(步骤S34)，并前进至处理步骤S35。另一方面，第3正侧标记关闭时(即步骤S33为否时)，将正侧校正标记Fcp设为关闭(Fcp＝0)(步骤S40)。
处理步骤S35中，对计数器cntp小于阈值Cth的情况进行判定。当计数器cntp小于阈值Cth时(即步骤S35为是时)，将正侧校正标记Fcp设为否(Fcp＝1)(步骤S41)。另一方面，计数器cntp达到了阈值Cth时(即步骤S35为否时)，将第3正侧标记F3p设为关闭(F3p＝0)，将计数器cntp复位成0(步骤S36)。处理步骤S36之后，将正侧校正标记Fcp设为关闭(Fcp＝0)(步骤S40)。校正判定部51输出通过处理步骤S41或处理步骤S40决定了的正侧校正标记Fcp。
如上所述，通过构成为在计数器cntp小于阈值Cth的期间，即直到由阈值Cth指定的已预先确定的设定时间经过为止，持续进行推定速度ω的校正，从而能够实施校正直到充分显现出校正的效果为止，而不是瞬间校正。
另外，对于校正判定部51，第1负侧标记F1m为开启时的处理主要不同在步骤S24的处理。步骤S24中，对保持判定用信号Tc小于负阈值-α2的情况进行判定。除此以外的处理中，将各变量的下标从p变成m并进行同样的处理，输出负侧校正标记Fcm。
图8是表示了本发明的实施方式1中的各标记的时间变化的一个示例的时序图。从上起表示保持判定用信号Tc、第1正侧标记F1p、第2正侧标记F2p、第3正侧标记F3p、计数器cntp、正侧校正标记Fcp。
根据使用上述的图7进行了说明的处理，基于保持判定用信号Tc和第1正侧标记F1p来决定正侧校正标记Fcp。在时刻t11，若第1正侧标记F1p设为开启，则在处理步骤S21将第2正侧标记F2p设为开启。若第1正侧标记F1p开启，不言而喻，保持判定用信号Tc满足Tc＞α2，因此在处理步骤S31将第3正侧标记F3p设为开启。并且，由于第3正侧标记F3p开启，因此在处理步骤S34，使计数器cntp递增，成为cntp＝1。计数器cntp满足cntp＜Cth，因此在处理步骤S41将正侧校正标记Fcp设为开启。
接着，对在时刻t12将第1正侧标记F1p设为了关闭的情况进行考虑。即使将第1正侧标记F1p设为关闭，在处理步骤S22，第2正侧标记F2p保持上一次值并保持开启的状态不变。在时刻t12，由于保持判定用信号Tc满足Tc＞α2，因此在处理步骤S31，第3正侧标记F3p保持开启的状态不变，计数器被复位，成为cntp＝0。由于第3正侧标记F3p开启，因此在处理步骤S34，使计数器cntp递增，成为cntp＝1。由于计数器cntp满足cntp＜Cth，因此在处理步骤S41，正侧校正标记Fcp保持开启的状态不变。
在时刻t13若保持判定用信号Tc满足Tc≤α2，则在处理步骤S25将第2正侧标记F2p设为关闭。另外，在处理步骤S32第3正侧标记F3p保持上一次值并保持开启的状态不变。由于第3正侧标记F3p开启，因此在处理步骤S34，使计数器cntp递增。此时，
由于未进行处理步骤S31的计数器cntp的复位，因此计数器cntp逐渐增加下去。由于计数器cntp满足cntp＜Cth，因此在处理步骤S41正侧校正标记Fcp保持开启的状态不变。
在时刻t14若计数器cntp达到阈值Cth，则在处理步骤S36将第3正侧标记F3p设为关闭，计数器cntp被复位。并且，在处理步骤S40将正侧校正标记Fcp设为关闭。
图9是表示了校正执行部52的处理的一个示例的流程图。在校正判定部51的输出即正侧校正标记Fcp或负侧校正标记Fcm开启(Fcp＝1或Fcm＝1)时(即步骤S51为是时)，校正执行部52将推定速度ω校正成0，并设为校正后的推定速度ωg＝0(步骤S52)。除此以外时(即步骤S51为否时)，使用推定速度ω，输出校正后的推定速度ωg＝ω(步骤S53)。推定角运算部6中，对校正后的推定速度ωg进行积分并运算推定角θ。
以上，根据本发明的实施方式1，构成一种电动助力转向装置，包括：对驾驶员的转向转矩进行检测的转向转矩检测部；对驾驶员的转向力进行辅助的电动机；对所述电动机的旋转速度的推定值即推定速度进行计算的推定速度运算部；基于所述转向转矩来对所述推定速度进行校正的推定速度校正部；对校正后的推定速度进行积分并计算所述电动机的推定角运算部；以及基于所述推定角来向所述电动机提供电力的供电部，当基于从所述转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量后的值的判定用信号、所述转向转矩以及所述推定速度为相同符号时，所述推定速度校正部对所述推定速度进行校正。
该结构中，当基于从转向转矩的微分值Td中去除了驾驶员转向的频率分量的值的判定用信号Tdj、转向转矩Trq以及推定速度ω为相同符号时，能够判定出推定速度ω和推定角θ产生了推定误差Δω、Δθ。
首先，根据转向转矩Trq的符号和转向转矩的微分值Td的符号可知驾驶员转向的方向和转向转矩的增减，因此若转向转矩Trq的符号和转向转矩的微分值Td的符号为相同符号，则能够对转向转矩Trq的大小增加的情况进行判定。例如，若转向转矩Trq的符号和转向转矩的微分值Td的符号均为正，则能够对右转向中转向转矩Trq的大小增加的情况进行判定。
并且，若从转向转矩的微分值Td中去除了驾驶员转向的频率分量的判定用信号Tdj的符号和推定速度ω的符号为相同符号，则能够判定为推定角θ的误差Δθ因推定速度ω的误差而增加从而电动机转矩Tm减少，转向转矩Trq增加。此处利用了下述情况：转向转矩的微分值Td和电动机的旋转速度ωe之间有关系，比驾驶员转向的频率要高的频带中正负符号为相反。即，若为相同符号，则能够判定出推定速度ω存在误差。除此以外，通过将从转向转矩的微分值Td中去除了驾驶员转向的频率分量后的值设为判定用信号Tdj，从而能够提取检测出的转向转矩Trq中所包含的电动机转矩Tm的变化，因此能够对检测出的转向转矩Trq的增加是基于驾驶员的力气的增加而产生的，还是基于电动机转矩Tm的减少而产生的进行区分并判定。
通过上述判定能够判定出推定角θ的误差Δθ增加，因此能够通过校正推定速度ω来使推定角θ的误差Δθ变小。由于能使推定角的误差Δθ变小，因此能够抑制因推定角的误差Δθ所产生的转矩变动，从而提供一种振动较小的能进行稳定的无传感器控制的电动助力转向装置。
并且，推定速度校正部5构成为当判定用信号Tdj的大小即绝对值为阈值以上时校正推定速度ω。通过对判定用信号Tdj的大小即绝对值为阈值以上的情况进行判定，从而能够判定出转向转矩Trq因推定误差Δθ而变化较大，因此判定精度提高。
推定速度校正部5构成为当正侧校正标记Fcp或负侧校正标记Fcm设为开启时，将推定速度ω校正为0。校正标记Fcp、Fcm设为开启时，推定速度ω与实际旋转速度ωe成为相反方向，因此通过将推定速度ω设为零，从而能够防止对错误的推定速度ω进行积分而使推定角θ的误差Δθ扩大。
并且，通过持续进行校正直到设定时间经过为止，从而能够进行校正直到充分显现出校正的效果为止，而不是瞬间校正。
并且，推定角θ所包含的推定误差Δθ的增减通过电动机转矩Tm变动而显现于转向转矩Trq，因此构成为持续进行推定速度ω的校正直到满足基于转向转矩的微分值Td的校正解除条件，从而能够根据转向转矩的微分值Td判定出是否显现出了校正的效果。因此，能够持续进行校正直到显现出校正的效果。
另外，校正判定部51中的标记保持的处理例如可以替换成如下。图10是表示了基于校正解除条件的判定和基于时间经过的判定的变形例的流程图。该情况下，基于校正解除条件的判定和基于时间经过的判定的处理如下述那样改变。
首先，对第1正侧标记F1p为开启(F1p＝1)的情况进行判定(步骤S19)。第1正侧标记F1p开启(F1p＝1)时(即步骤S19为是时)，将第3正侧标记设为开启(F3p＝1)，将计数器cntp复位成0(步骤S31)。之后，前进至处理步骤S33。另一方面，当第1正侧标记F1p关闭(F1p＝0)时(即步骤S19为否时)，第3正侧标记F3p保持上一次值(步骤S32)。之后，前进至处理步骤S33。
处理步骤S33中，对第3正侧标记为开启(F3p＝1)的情况进行判定。第3正侧标记开启(F3p＝1)时(即步骤S33为是时)，使计数器cntp递增(步骤S34)，并前进至步骤S35。另一方面，第3正侧标记关闭(F1p＝0)时(即步骤S33为否时)，将正侧校正标记Fcp设为关闭(Fcp＝0)(步骤S40)。
处理步骤S35中，对计数器cntp小于阈值Cth的情况进行判定。当计数器cntp小于阈值Cth时(即步骤S35为是时)，前进至处理步骤S24的判定。另一方面，当计数器cntp达到了阈值Cth时(即步骤S35为否时)，将第3正侧标记F3p设为关闭(F3p＝0)，将计数器cntp复位成0(步骤S36)之后，将正侧校正标记Fcp设为关闭(Fcp＝0)(步骤S40)。
处理步骤S24中，对保持判定用信号Tc大于阈值α2的情况进行判定。保持判定用信号Tc大于阈值α2时(即步骤S24为是时)，将正侧校正标记Fcp设为开启(F3p＝1)(步骤S41)。
另一方面，当保持判定用信号Tc为阈值α2以下时(即步骤S24为否时)，将第3正侧标记F3p设为关闭(F3p＝0)，将计数器cntp复位成0(步骤S36)之后，将正侧校正标记Fcp设为关闭(Fcp＝0)(步骤S40)。
对于构成为上述的情况也能得到下面的效果。
·通过设定使用了基于转向转矩的微分值Td的保持判定用信号Tc的校正解除条件，从而直到满足校正解除条件为止，即在保持判定用信号Tc大于阈值α2的期间，持续进行推定速度ω的校正。由于推定角的误差Δθ的增减显现于转向转矩Trq，能够根据转向转矩的微分值Td判定出是否显现了校正的效果，因此能够持续进行校正直到显现出校正的效果为止。
·通过构成为在计数器cntp小于阈值Cth的期间，即直到由阈值Cth指定的设定时间经过为止，持续进行推定速度ω的校正，从而能够实施校正直到充分显现出校正的效果为止，而不是瞬间校正。
并且，通过之后基于处理步骤S24的保持判定用信号Tc执行判定是否持续进行校正的处理，从而在持续进行校正过程中，即在将第3正侧标记F3p保持在开启的期间，只要满足基于保持判定用信号Tc的校正解除条件，就能迅速地停止将标记设为关闭并停止校正。因此，例如即使将由阈值Cth指定的设定时间设定得过长至必要以上，也能通过持续进行了校正而得到能降低产生不需要的校正及带来坏影响的可能性这种追加的效果。
图11是表示了本发明的实施方式1的变形例中的各标记的时间变化的一个示例的时序图。从上起表示保持判定用信号Tc、第1正侧标记F1p、第2正侧标记F2p、第3正侧标记F3p、计数器cntp、正侧校正标记Fcp。根据使用上述的图10进行了说明的处理，基于保持判定用信号Tc和第1正侧标记F1p来决定正侧校正标记Fcp。在时刻t21，若将第1正侧标记F1p设为开启，则在处理步骤S31，将第3正侧标记F3p设为开启。并且，在计数器cntp被复位，暂时成为cntp＝0之后，由于第3正侧标记F3p开启，因此在处理步骤S34使计数器cntp递增，成为cntp＝1。由于计数器cntp满足cntp＜Cth，并且保持判定用信号Tc满足Tc＞α2，因此在处理步骤S41将正侧校正标记Fcp设为开启。若第1正侧标记F1p为开启，不言而喻，保持判定用信号Tc满足Tc＞α2。
接着，对在时刻t22将第1正侧标记F1p设为了关闭的情况进行考虑。即使将第1正侧标记F1p设为关闭，在处理步骤S32第3正侧标记F3p保持上一次值并保持开启的状态不变。然而，计数器cntp未被复位。由于第3正侧标记F3p开启，因此在处理步骤S34使计数器cntp递增。此时，计数器cntp由于未被复位而逐渐增加下去。在计数器cntp满足cntp＜Cth，并且，保持判定用信号Tc满足Tc＞α2的期间，正侧校正标记Fcp保持开启的状态不变。
之后，若在时刻t23保持判定用信号Tc满足Tc≤α2，则在处理步骤S36将第3正侧标记F3p设为关闭，计数器cntp被复位。并且，在处理步骤S40将正侧校正标记Fcp设为关闭。此时，使用图10进行了说明的结构中，即使计数器cntp没有达到阈值Cth，若保持判定用信号Tc满足Tc≤α2则正侧校正标记Fcp设为关闭这一点是其特征，这一点与使用图7进行了说明的结构不同。
另外，图7和图10是校正判定部51的各自一个示例，如本实施方式那样并不限定于与图6分离后的流程，不言而喻，若同样地对正侧校正标记Fcp和负侧校正标记Fcm进行决定则会得到相同的效果。
实施方式2.
本实施方式2中，推定速度校正部5的结构与所述实施方式1不同，其它与实施方式1相同。具体而言，推定速度校正部5内的校正执行部52的处理以及具备校正用信号运算部53，这点与实施方式1不同。图12是表示对本发明的实施方式2所涉及的电动机的控制角即推定角θ进行运算的推定速度校正部5和推定角运算部6的结构的一个示例的功能框图。校正用信号运算部53将换算增益与转向转矩的微分值(s·Trq＝Td)相乘求出的值作为校正用信号ωc进行运算。并且，校正执行部52中，当正侧校正标记Fcp或负侧校正标记Fcm开启时对推定速度ω进行校正的值与实施方式1不同，通过校正用信号ωc来对推定速度ω进行校正。
如上所述，根据上式(11)的近似式可知，转向转矩的微分值Td和电动机的旋转速度ωe之间有相关性。因此，利用该相关性来对推定速度ω进行校正。即，通过将换算增益k与转向转矩的微分值(s·Trq＝Td)相乘求出的校正用信号ωc来对推定速度ω进行校正。
如下式(14)那样，校正用信号ωc通过将上式(10)的换算增益k与转向转矩的微分值(s·Trq)相乘来计算。并且，下式(14)中，通过赋予去除驾驶员转向的频率分量的滤波器Hc(s)，从而能够高精度地得到相当于电动机的旋转速度ωe的信号。此处，用下式(15)的一阶高通滤波器来设定滤波器Hc(s)。截止频率ωhc可以设定为去除驾驶员转向的频率分量。例如，若设定为3Hz，则变成与图5(a)所示的滤波器Hj(s)相同的特性，能去除驾驶员转向的频率分量。
[数学式9]
ωc＝Hc(s)·k·s·Trq…(14)
Figure BDA0002267959800000241
实施方式2中，正侧校正标记Fcp开启时，判定为推定速度ω变得比实际的旋转速度ωe要大，从而将推定速度ω校正得较小。例如，通过校正用信号ωc来限制上限值，从而能够将推定速度ω校正得较小。
图13是表示了实施方式2所涉及的校正执行部52的处理的一个示例的流程图。校正执行部52在校正判定部51的输出即正侧校正标记Fcp开启(Fcp＝1)时(即步骤S61为是时)前进至处理步骤S63，在正侧校正标记Fcp关闭(Fcp＝0)时(即步骤S61为否时)前进至处理步骤S62。
处理步骤S63中，对推定速度ω大于后述的校正用信号ωc的情况进行判定，并限制推定速度ωg的上限值。当ω＞ωc时(即步骤S63为是时)，推定速度ω的上限值被限制，输出校正后的推定速度ωg＝ωc(步骤S65)。由此，能将校正后的推定速度ωg校正得较小。另一方面，当ω≤ωc时(即步骤S63为否时)，直接使用推定速度ω并输出校正后的推定速度ωg＝ω(步骤S66)。
处理步骤S62中，负侧校正标记Fcm开启(Fcm＝1)时(即步骤S62为是时)前进至处理步骤S64，当负侧校正标记Fcm关闭(Fcm＝0)时(即步骤S62为否时)，由于正侧校正标记Fcp和负侧校正标记Fcm关闭，因此在所述处理步骤S66中输出校正后的推定速度ωg＝ω。
处理步骤S64中，对推定速度ω小于后述的校正用信号ωc的情况进行判定，并限制推定速度ω的下限值。当ω＜ωc时(即处理步骤S64为是时)，推定速度ω的下限值被限制，输出校正后的推定速度ωg＝ωc(步骤S67)。由此，能将校正后的推定速度ωg校正得较大。另一方面，当ω≥ωc时(即处理步骤S64为否时)，直接使用推定速度ω并输出校正后的推定速度ωg＝ω(步骤S66)。
如上所述，推定速度校正部5构成为通过将换算增益k与转向转矩的微分值Td相乘得到的校正用信号ωc来对推定速度ω进行校正。由此，利用电动机的旋转速度ωe和转向转矩的微分值Td的相关性，能够实施精度更高的校正。其它的与实施方式1相同的结构的部分，能得到与实施方式1相同的效果。
实施方式3.
本实施方式3中，推定速度校正部5的结构与所述实施方式1、2不同，其它与实施方式1、2相同。具体而言，推定速度校正部5内的校正执行部52的处理、与校正用信号运算部53的输出即校正用信号ωc的运算方法不同。图14是表示对本发明的实施方式3所涉及的电动机的控制角即推定角θ进行运算的、推定速度校正部5和推定角运算部6的结构的一个示例的功能框图。
如下式(16)那样，校正用信号ωc由第1校正用信号ω1和第2校正用信号ω2的和来计算。第1校正用信号ω1与实施方式2所示的上式(14)同样，将换算增益k与从转向转矩的微分值(s·Trq＝Td)中通过滤波器Hc(s)去除了驾驶员转向的频率分量后的值相乘，由下式(17)来计算。另外，第2校正用信号ω2由下式(18)从推定速度ω中通过滤波器Lc(s)提取驾驶员转向的频率分量来计算。滤波器Lc(s)基于滤波器Hc(s)由下式(19)来设定。由此，能够从原信号中去除比驾驶员转向的频率分量要高的频率分量，并提取驾驶员转向的频率分量。
[数学式10]
ωc＝ωc1+ωc2…(16)
ωc1＝Hc(s)．k．s．Trq…(17)
ωc2＝Lc(s)·ω…(18)
并且，若由上式(19)设定滤波器Lc(s)，则由于将滤波器Hc(s)和滤波器Lc(s)相加而成为1，因此能恢复原输入信号。即，在推定速度ω没有误差的情况下，通过第1校正用信号ω1和第2校正用信号ω2的和，得到能恢复原推定速度这种追加的效果。
由此，通过构成为作为电动机的旋转速度ωe的基本分量的驾驶员转向的频率分量根据推定速度ω来计算，比驾驶员转向的频率分量要高的频率分量根据转向转矩的微分值Td来计算，从而能对校正用信号ωc进行计算作为相当于实际的旋转速度ωe的信号。另外，上式(18)中，第2校正用信号ωc2的运算中使用了推定速度ω，但也可以使用校正后的推定速度ωg来得到同样的效果。
本实施方式3的校正用信号运算部53中，除了对推定速度ω、判定用转向转矩Tj以及判定用信号Tdj为相同符号的情况进行判定的所述实施方式1所示的结构以外，还可以对推定速度ω的符号和判定用速度ωj的符号为相反符号的情况进行判定。
此处，为了简化运算，作为判定用信号即判定用速度ωj使用的信号使用根据转向转矩的微分值而运算出的上式(16)的校正用信号ωc。即，设为判定用速度ωj＝校正用信号ωc。判定用速度ωj是作为相当于实际的旋转速度的信号计算出的值，并可以是用与推定速度ω的运算方法不同的方法运算出的值，并可以用与校正用信号ωc不同的方法来运算。
图15是对实施方式3的校正判定部51中的推定速度ω、判定用转向转矩Tj以及判定用信号Tdj为相同符号的情况进行判定的流程图。处理步骤S71p、S71m中，对推定速度ω的符号和判定用速度ωj的符号为相反符号的情况进行判定。推定速度ω的符号、与作为相当于实际的旋转速度ωe的信号计算出的判定用信号ωc的符号为相反符号是表示推定速度ω的误差较大，表示需要进行校正。
处理步骤S71p中，推定速度ω为正值且判定用速度ωj为负值时(即步骤S71p为是时)，前进至处理步骤S12p，除此以外(即步骤S71p为否时)前进至处理步骤S71m。
处理步骤S71m中，推定速度ω为负值且判定用速度ωj为正值时(即步骤S71m为是时)，前进至处理步骤S12m，除此以外时(即步骤S71m为否时)前进至处理步骤S14。
处理步骤S12p中，对判定用转向转矩Tj为正值，并且，判定用信号Tdj为正值的情况进行判定。此处，对判定用信号Tdj为正值的情况进行判定即可，但本实施方式3中，对大于正阈值α1的情况进行判定，以用于更高精度地判定电动机转矩Tm的变化。由此，能够判定出判定用信号Tdj变化较大、即电动机转矩Tm变化较大，并可知需要进行校正。当判定用转向转矩Tj为正值，并且，判定用信号Tdj大于正阈值α1时(即步骤S12p为是时)，将第1正侧标记F1p设为开启(F1p＝1)，将第1负侧标记F1m设为关闭(F1m＝0)(步骤S13)。此时，推定速度ω、判定用转向转矩Tj以及判定用信号Tdj为正值，符号相同，此外，推定速度ω的符号和判定用速度ωj的符号为相反符号，因此能判定为需要进行校正。另一方面，判定用转向转矩Tj为正值，并且，判定用信号Tdj不满足大于正阈值这一条件时(即步骤S12p为否时)，前进至处理步骤S14。
处理步骤S12m中，对判定用转向转矩Tj为负值，并且，判定用信号Tdj为负值的情况进行判定。此时，通过对判定用信号Tdj小于负阈值-α1的情况进行判定，从而判定出电动机转矩Tm变化较大。当判定用转向转矩Tj为负值，并且，判定用信号Tdj小于负阈值-α1时(即步骤S12m为是时)，将第1负侧标记F1m设为开启(F1m＝1)，将第1正侧标记F1p设为关闭(F1p＝0)(步骤S15)。此时，推定速度ω、判定用转向转矩Tj以及判定用信号Tdj为负值，符号相同，此外，推定速度ω的符号和判定用速度ωj的符号为相反符号，因此能判定为需要进行校正。另一方面，判定用转向转矩Tj为负值，并且，判定用信号Tdj不满足小于负阈值-α1这一条件时(即步骤S12m为否时)，前进至处理步骤S14。
处理步骤S14中，将第1正侧标记F1p、第1负侧F1m设为关闭(F1p＝0、F1m＝0)(步骤S14)。
对于之后的处理，基于上述的第1正侧标记F1p、第1负侧F1m，与实施方式2相同进行推定速度ω的校正，计算校正后的推定速度ωg。
通过上述结构，推定速度校正部5构成为通过根据转向转矩的微分值s·Trq运算出的第1校正用信号ωc1、与根据推定速度ω运算出的第2校正用信号ωc2的和ωc1+ωc2＝ωc来对推定速度ω进行校正。并且，构成为第1校正用信号ωc1将换算增益k与从转向转矩的微分值s·Trq中通过滤波器Hc(s)去除的驾驶员转向的频率分量后的值相乘并计算，第2校正用信号从推定速度ω通过滤波器Lc(s)提取并计算驾驶员转向的频率分量。该结构中，由于利用了电动机的旋转速度ωe与转向转矩的微分值s·Trq有相关性的情况，因此能够得到相当于实际的旋转速度ωe的值。并且，通过由该第1校正用信号ωc1和第2校正用信号ωc1的和计算出的校正用信号ωc，对推定速度ω进行校正，从而能实施高精度的校正。
另外，本实施方式3中，判定为当推定速度ω的符号和校正用信号ωc的符号为相反符号时需要进行推定速度ω的校正，但也可以将该条件设为其它条件。例如，可以判定为当推定速度ω和校正用信号ωc的差大于已预先确定的设定值α3时，即|ω-ωc|＞α3时需要进行校正。该情况下，可知推定速度ω存在误差，也可以说需要进行校正。
此外，也能如下述那样变更实施方式1至3。
上述的实施方式1至3中，推定速度ω的运算如专利文献3那样设为了利用感应电压来推定的方法，但并不特别限定推定方法。推定速度ω的运算方法和判定用信号Tdj的运算方法若不同，则不限于利用感应电压来推定的方法，也可以利用其它的方法来运算推定速度ω，也能实现所希望的校正。例如，如专利文献2那样，可以是基于通过转矩传感器检测出的转向转矩的推定方法。专利文献2的推定方法中，使电动机1产生高频转矩Tmhf，基于由转矩传感器102检测的转向转矩Trq中所显现的响应来运算角度相当信号θt。推定速度ω对角度相当信号θt暂时进行微分来求出。图18是表示用基于转向转矩的推定方法来运算推定速度ω的情况下的推定速度校正部5和推定角运算部6的结构的一个示例的功能框图。在角度相当信号运算部41基于转向转矩Trq来运算角度相当信号θt，在微分运算部42对角度相当信号θt暂时进行微分来求出推定速度ω。之后，可以对推定速度ω实施推定速度校正部5的处理，对校正后的推定速度ωg进行积分并运算推定角θ即可。
通过给出下式(20)的d轴电流指令id*和q轴电流指令iq*从而使高频转矩Tmhf产生。d轴电流指令id*将d轴高频电流指令Aid加到d轴基本电流指令id0*而得到。另外，q轴电流指令iq*将q轴高频电流指令Aiq加到q轴基本电流指令iq0*而得到。d轴基本电流指令id0*例如根据电动机的旋转速度ωe来决定。另外，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和q轴高频电流指令Aiq由振幅A、频率ww的余弦波和正弦波给出。将余弦波和正弦波设为时间t的函数。
[数学式11]
Figure BDA0002267959800000301
以下中，为了简单说明，将d轴基本电流指令id0*、q轴基本电流指令iq0*设为0。电动机的输出转矩Tm大致正比于q轴电流指令iq*而得到。因此，通过基于上式(20)向电动机1提供电力，从而在没有推定误差Δθ的情况下，如下式(21)那样，产生正比于q轴高频电流指令Aiq的高频转矩Tmhf。此处，Kt为电动机的输出转矩的比例常数。
[数学式12]
Tmhf＝Kt·A·sin(ww·t)…(21)
另一方面，在存在推定误差Δθ的情况下，如下式(22)那样，q轴高频电流Aiq和高频转矩Tmhf中产生相位差Δθq。因此，q轴高频电流Aiq和高频转矩Tmhf的相位差Δθq为具有推定误差Δθ的信息的信号。
[数学式13]
Tmhf＝Kt·A·sin(ww·t+Δθq)…(22)
角度相当信号θt能够利用相位差Δθq具有推定误差Δθ的信息的情况来运算。高频转矩Tmhf反映于利用转矩传感器102检测的转向转矩Trq，因此相位差Δθq能基于转向转矩Trq而计算出。角度相当信号θt的运算以基于转向转矩Trq计算出的相位差Δθq变小的方式，通过由下式(23)(24)表示的反馈控制来进行。
[数学式14]
Figure BDA0002267959800000311
ω＝s·θt…(24)
此处，kpp、kii是用于运算角度相当信号θt的反馈增益。
该推定方法的情况下，例如，推定延迟为推定误差Δθ的主要原因。该推定方法中，对基于转向转矩Trq运算出的角度相当信号θt进行微分并计算推定速度ω，但是与判定用信号Tdj的运算为不同的方法。因此，即使是该推定方法，通过基于判定用信号Tdj进行是否进行校正的判定，从而能够降低推定误差Δθ，能抑制因推定误差Δθ而产生的转矩变动。
然而，实施方式2或3的情况下，即使对于校正用信号ωc，用与推定速度ω不同的运算方法计算是得到校正效果的条件。
上述实施方式2或3中，正侧校正标记Fcp开启时，设为了限制推定速度ω的上限值的结构，但可以不依赖于推定速度ω的值，而将校正后的推定速度ωg设为ωg＝ωc。该结构中，校正用信号ωc设为相当于实际的旋转速度ωe的值，因此能降低推定误差Δθ。
上述的实施方式2或3中，对于上式(14)中计算的校正用信号ωc，或上式(16)至(18)中计算的校正用信号ωc,可以将换算增益k设定得比上式(10)要大。由此，通过使校正后的推定速度ωg的大小变大，从而能够使推定角θ快速接近实际的旋转角，能降低推定角θ的误差。
并且，可以在一开始将换算增益k设定得较大，并伴随着时间而逐渐减小。由此，通过在一开始将校正后的推定速度ωg的大小变大从而使推定角θ接近实际的旋转角θe，并伴随着时间而逐渐减小，从而能够用与实际的旋转速度ωe相等的值来对推定速度ω进行校正。
本实施方式1至3的滤波器Hj(s)、Hc(s)、Lj(s)、Lc(s)可以变更为如下述那样。
(1)滤波器的截止频率的变更例
上述实施方式的滤波器Hj(s)、Hc(s)中，作为比驾驶员转向的频率要高的频率，将截止频率ωhj、ωhc设定为3Hz，但只要能够提取振动分量即可，截止频率ωhj、ωhc并不限定于3Hz。例如，若产生30Hz的振动，则可以将截止频率ωhj和ωhc设定成10Hz以能提取30Hz的振动。另外，截止频率ωhj和ωhc无需一定要相同，例如，可以将ωhj设定成3Hz，将ωhc设定成5Hz。该情况下，由于3Hz和5Hz为附近的频率，因此能提取相同的频率分量。
(2)滤波器的结构的变更例1
所述滤波器Hj(s)和Hc(s)利用相同的滤波器来设定，但只要能去除驾驶员转向的频率分量即可，无需一定要相同。例如，截止频率ωhj、ωhc设为相同，可以将滤波器Hj(s)设为一阶高通滤波器，将滤波器Hc(s)设为二阶高通滤波器。另外，可以将滤波器Hj(s)设为一阶高通滤波器，将滤波器Hc(s)设定为将用于去除传感器噪声的一阶低通滤波器添加到一阶高通滤波器的滤波器。上述的情况下，能够通过滤波器Hj(s)、Hc(s)提取的主要的频率分量为同样的频率分量。
同样地，对于滤波器Lj(s)和Lc(s)，只要能提取出驾驶员转向的频率分量即可，无需一定要相同。
(3)滤波器的结构的变更例2
滤波器Hc(s)和Lc(s)并不限于高通滤波器和低通滤波器，例如，可以设定为如下式(25)那样的带通滤波器和带阻滤波器的组合。
[数学式15]
Figure BDA0002267959800000331
这里，
s：拉普拉斯变换的微分算子，
Kb：比例增益，
ωb：滤波器角频率，
ζ：滤波器衰减系数。
通常，电动助力转向装置中，在从电动机1的输出转矩直到由转矩传感器102检测的转向转矩Trq为止的传输特性中，在数10Hz左右以上的高频带中的增益变小。因此，因数10Hz左右以上的高频率分量的推定误差Δθ产生的振动较小，因此对转向的影响较小，可以忽略。
因此，设定作为带通滤波器的滤波器Hc(s)中，例如，将振动较大的50Hz以下的频带设为通频带。并且，滤波器Hc(s)将3Hz以上的频带设为通频带，以作为比通常的驾驶员转向的频率要高的频率分量。图16是表示了实施方式3的变形例所涉及的滤波器Hc(s)和滤波器Lc(s)的增益特性的一个示例的波特图。由于将滤波器Hc(s)的通频带设定为比驾驶员转向的频率要高的频率，因此通过上述式(25)的滤波器Lc(s)提取的频率分量包含驾驶员转向的频率分量。
并且，在将滤波器Hc(s)设定为这样的带通滤波器的情况下，除了上述实施方式3的效果以外，还得到对振动较大的频率实施确定了目标的准确校正这种追加的效果。另外，由于存在转矩传感器102的传感器噪声、检测延迟，因此通过带通滤波器能去除上述的影响。
另外，由于对滤波器Hj(s)、Lj(s)中是否包含驾驶员转向的频率分量可以说是相同的，因此，可以以相同的方式设定为带通滤波器和带阻滤波器的组合。
另外，由图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、以及推定速度运算部4、推定速度校正部5、推定角运算部6构成的控制部分可以由各自的控制电路来构成，或汇总成为一个控制电路来构成。
关于这一点，实现上述功能的处理电路可以是专用硬件，也可以是执行存储于存储器的程序的CPU(也称为Central Processing Unit、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微机、处理器、DSP)来构成。
图17(a)简要表示由硬件来构成了上述功能的情况下的硬件结构，图17(b)简要表示由软件构成了上述功能的情况下的硬件结构。
在上述各部分的功能由图17(a)所示的硬件构成的情况下，处理电路1000相当于例如单一电路、复合电路、编程处理器、并联编程处理器、ASIC、FPGA或它们的组合。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由处理电路来实现。
在上述各部分的功能由图17(b)所示的CPU构成的情况下，上述各部分的功能通过软件、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。作为处理电路的处理器2000读取存储于存储器2100的程序并加以执行，从而实现各部分的功能。也可以说这些程序是使计算机执行上述各部的步骤、方法的程序。此处，所谓存储器2100例如相当于RAM、ROM、闪存、EPROM、EEPROM等非易失性或易失性的半导体存储器、以及磁盘、软盘、光盘、压缩磁盘、小型磁盘、DVD等。
另外，对于上述各部分的功能，可以用专用硬件来实现一部分，并用软件或固件来实现一部分。
由此，处理电路可以利用硬件、软件、固件或它们的组合来实现上述各功能。
另外，在硬件构成的情况下将处理所需的各种信息预先设定于电路，另外在软件构成的情况下将处理所需的各种信息预先存储于存储器。
此外，本发明不局限于上述各实施方式，并包含它们所有可能的组合。
如上所述本发明中，电动助力转向装置设为包括：对驾驶员的转向转矩(Trq)进行检测的转向转矩检测部(102)；对驾驶员的转向力进行辅助的电动机(1)；对所述电动机的旋转速度的推定值即推定速度(ω)进行计算的推定速度运算部(4)；基于所述转向转矩(Trq)来对所述推定速度(ω)进行校正的推定速度校正部(5)；对校正后的推定速度(ωg)进行积分并计算所述电动机的推定角(θ)；以及基于所述推定角(θ)来向所述电动机提供电力的供电部(3)，当基于从所述转向转矩的微分值(Td、s·Trq)中去除(Hj(s))了驾驶员转向的频率分量后的值的判定用信号(Tdj)、所述转向转矩(Trq)以及所述推定速度(ω)为相同符号时，所述推定速度校正部(5)对所述推定速度(ω)进行校正。
另外，电动助力转向装置的控制方法设为包括：对辅助驾驶员的转向力的电动机(1)的旋转速度的推定值即推定速度(ω)进行计算；基于检测出的驾驶员的转向转矩(Trq)对所述推定速度(ω)进行校正；对校正后的推定速度(ωg)进行积分并计算所述电动机的推定角(θ)；以及基于所述推定角(θ)向所述电动机提供电力，当基于从所述转向转矩的微分值(Td、s·Trq)中去除(Hj(s))了驾驶员转向的频率分量后的值的判定用信号(Tdj)、所述转向转矩(Trq)以及所述推定速度(ω)为相同符号时，对所述推定速度(ω)进行校正。
由此，当基于从转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量后的值的判定用信号、转向转矩以及推定速度为相同符号时，能够判定出推定速度和推定角产生了推定误差。
根据转向转矩的符号和转向转矩的微分值的符号可知驾驶员转向的方向和转向转矩的增减，因此若转向转矩的符号和转向转矩的微分值的符号为相同符号，则能够对转向转矩的大小增加的情况进行判定。
并且，若从转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量后的判定用信号的符号和推定速度的符号为相同符号，则能够判定为推定角的误差因推定速度的误差而增加，从而电动机的转矩减少，转向转矩增加。这利用了下述情况：转向转矩的微分值和电动机的旋转速度之间有相关性，比驾驶员转向的频率要高的频带中正负符号为相反。即，若为相同符号，则能够判定出推定速度存在误差。除此以外，通过将从转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量后的值设为判定用信号，从而能够提取检测出的转向转矩中所包含的电动机的转矩的变化，因此能够对检测出的转向转矩的增加是基于驾驶员的力气的增加而产生的，还是基于电动机的转矩的减少而产生的进行区分并判定。
通过上述判定能够判定出推定角的误差增加，因此能够通过校正推定速度来使推定角的误差变小。由于能使推定角的误差变小，因此能够抑制因推定角的误差所产生的转矩变动，并能够提供振动较小的能进行稳定的无传感器控制的电动助力转向装置。
另外，当基于从所述转向转矩的微分值(Td、s·Trq)中去除(Hj(s))了驾驶员转向的频率分量后的值的所述判定用信号(Tdj)、所述转向转矩(Trq)以及所述推定速度(ω)为相同符号，并且，所述判定用信号(Tdj)的大小大于设定阈值时，所述推定速度校正部(5)对所述推定速度(ω)进行校正。
由此，通过对判定用信号的大小大于已预先设定的阈值的情况进行判定，从而能够判定出转向转矩因推定误差而变化得较大，因此判定的精度提高。
另外，所述推定速度校正部(5)将所述推定速度(ω)校正为零。
由此，当满足校正条件时，由于推定速度存在误差，推定速度变得比实际速度要大，因此通过将推定速度设为零，从而能防止对错误的推定速度进行积分进而推定角的误差扩大的情况。
另外，所述推定速度校正部(5)通过将换算增益(k)与所述转向转矩的微分值(Td、s·Trq)相乘得到的校正用信号(ωc)对所述推定速度(ω)进行校正。
由此，由于电动机的旋转速度与转向转矩的微分值存在相关性，因此利用该相关性，能够实施精度更高的校正。
另外，所述推定速度校正部(5)通过根据所述转向转矩的微分值(Td、s·Trq)运算出的第1校正用信号(ωc1)与根据所述推定速度(ω)运算出的第2校正用信号(ωc2)的和(ωc)来对所述推定速度(ω)进行校正。
由此，能边利用推定速度的基本分量，边基于根据转向转矩运算出的值来对因振动引起的频率分量的推定误差进行校正，因此能实施精度更高的校正。
另外，所述第1校正用信号(ωc1)通过将换算增益(k)与从所述转向转矩的微分值(Td、s·Trq)中去除(Hc(s))了驾驶员转向的频率分量后的值相乘来计算，所述第2校正用信号(ωc2)通过从所述推定速度(ω)中提取(Lc(s))驾驶员转向的频率分量来计算。
由此，能边利用推定速度的基本分量，边基于根据转向转矩运算出的值对因振动引起的瞬间变化了的推定误差进行校正。并且，由于电动机的旋转速度与转向转矩的微分值存在相关性，因此能够实施精度更高的校正。
另外，当基于从所述转向转矩的微分值(Td、s·Trq)中去除(Hj(s))了驾驶员转向的频率分量后的值的所述判定用信号(Tdj)、所述转向转矩(Trq)以及所述推定速度(ω)为相同符号时，所述推定速度校正部(5)对所述推定速度(ω)进行校正，直到设定时间经过为止。
由此，通过持续进行校正直到预定的设定时间经过为止，从而能够进行校正直到充分显现出校正的效果为止，而不是瞬间校正。
另外，当基于从所述转向转矩的微分值(Td、s·Trq)中去除(Hj(s))了驾驶员转向的频率分量后的值的所述判定用信号(Tdj)、所述转向转矩(Trq)以及所述推定速度(ω)为相同符号时，所述推定速度校正部(5)对所述推定速度(ω)进行校正直到满足基于所述转向转矩的微分值(Td、s·Trq)的校正解除条件。
由此，推定误差的增减显现于转向转矩，因此能够根据转向转矩的微分值判断是否显现出校正的效果。因此，能够持续进行校正直到显现出校正的效果为止。
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可应用于多种机型的电动助力转向装置。
符号说明
1 电动机
2 ECU
3 供电部
4 推定速度运算部
5 推定速度校正部
6 推定角运算部
31 逆变器
32 坐标转换部
33 电压指令运算部
34 电流检测器
35 电流指令运算部
41 角度相当信号运算部
42 微分运算部
51 校正判定部
52 校正执行部
53 校正用信号运算部
101 方向盘
102 转矩传感器
103 转向轴
104 车轮
105 齿条·小齿轮
1000 处理电路
2000 处理器
2100 存储器

Claims (9)

1.一种电动助力转向装置，其特征在于，包括：
转向转矩检测部，该转向转矩检测部对驾驶员的转向转矩进行检测；
电动机，该电动机对驾驶员的转向力进行辅助；
推定速度运算部，该推定速度运算部对所述电动机的旋转速度的推定值即推定速度进行计算；
推定速度校正部，该推定速度校正部基于所述转向转矩来对所述推定速度进行校正；
推定角运算部，该推定角运算部对校正后的推定速度进行积分并计算所述电动机的推定角；以及
供电部，该供电部基于所述推定角向所述电动机提供电力，
当基于从所述转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量后的值的判定用信号、所述转向转矩以及所述推定速度为相同符号时，所述推定速度校正部对所述推定速度进行校正。
2.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
当基于从所述转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量后的值的所述判定用信号、所述转向转矩以及所述推定速度为相同符号，并且，所述判定用信号的大小大于设定阈值时，所述推定速度校正部对所述推定速度进行校正。
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，
所述推定速度校正部将所述推定速度校正为零。
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，
所述推定速度校正部通过将换算增益与所述转向转矩的微分值相乘得到的校正用信号来对所述推定速度进行校正。
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，
所述推定速度校正部通过根据所述转向转矩的微分值运算出的第1校正用信号与根据所述推定速度运算出的第2校正用信号的和来对所述推定速度进行校正。
6.如权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述第1校正用信号通过将换算增益与从所述转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量后的值相乘来计算，
所述第2校正用信号通过从所述推定速度中提取驾驶员转向的频率分量来计算。
7.如权利要求1至6的任一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，
当基于从所述转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量后的值的所述判定用信号、所述转向转矩以及所述推定速度为相同符号时，所述推定速度校正部对所述推定速度进行校正直到设定时间经过为止。
8.如权利要求1至7的任一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，
当基于从所述转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量后的值的所述判定用信号、所述转向转矩以及所述推定速度为相同符号时，所述推定速度校正部对所述推定速度进行校正直到满足基于所述转向转矩的微分值的校正解除条件为止。
9.一种电动助力转向装置的控制方法，其特征在于，包括：
计算对驾驶员的转向力进行辅助的电动机的旋转速度的推定值即推定速度；
基于检测出的驾驶员的转向转矩对所述推定速度进行校正；
对校正后的推定速度进行积分并计算所述电动机的推定角；以及
基于所述推定角向所述电动机提供电力，
当基于从所述转向转矩的微分值中去除了驾驶员转向的频率分量后的值的判定用信号、所述转向转矩以及所述推定速度为相同符号时，对所述推定速度进行校正。
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