CN110891849B - 电动助力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高性能的电动助力转向装置，该电动助力转向装置在自动转向控制期间中，当驾驶员转动了转向盘的时候，不会给驾驶员带来不协调感。本发明的电动助力转向装置具有在“至少基于转向扭矩来驱动电动机”的手动转向控制和“通过转向角控制单元来驱动电动机，以便使实际转向角追随目标转向角”的自动转向控制之间进行切换的功能，其具备目标转向角补正单元和补正输出单元，其中，该目标转向角补正单元针对转向扭矩进行与转向状态以及车速相对应的运算处理，并且，输出目标转向角补正值；该补正输出单元通过使用目标转向角补正值来对目标转向角进行补正，并且，将经补正后得到的补正目标转向角输入到控制单元。

Description

电动助力转向装置

技术领域

本发明涉及一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置具有在车辆的转向控制中“在自动转向控制模式(诸如驻车辅助之类的转向角控制模式)和手动转向控制模式(辅助控制模式)之间进行切换”的切换功能，通过基于电动机电流指令值来驱动电动机，以便将辅助力赋予给车辆的转向系统。本发明尤其涉及一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置对自动转向控制模式的转向角控制的目标转向角值进行补正，以便变成与施加了转向扭矩的方向相同的方向，并且，通过根据车速以及转向状态来改变补正量，从而改善了“在转向扭矩没有达到切换阈值的状态下”的驾驶员的转向感。

背景技术

利用电动机的旋转力将转向辅助力(辅助力)赋予给车辆的转向机构的电动助力转向装置(EPS)，将电动机的驱动力经由减速装置并通过诸如齿轮或皮带之类的传送机构作为转向辅助力施加到转向轴或齿条轴上。为了准确地产生转向辅助力的扭矩，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经过减速齿轮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，在柱轴2上设有用于检测出转向盘1的转向角θr的转向角传感器14和用于检测出转向扭矩Th的扭矩传感器10，对转向盘1的转向力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2相连接。电池13对用于控制电动助力转向装置的控制单元(ECU)30进行供电，并且，经过点火开关11，点火信号IG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Th和由车速传感器12检测出的车速Vs来进行辅助控制的电流指令值的运算，根据通过对电流指令值实施补偿等而得到的电压控制指令值Vref来控制供应给电动机20的电流。此外，尽管通过转向角传感器14来检测出转向角θr，但也可以从与电动机20相连接的旋转传感器处来获得转向角θr。

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MPU(Micro Processor Unit，微处理器单元)、MCU(Micro Controller Unit，微控制器单元))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Th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Th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；按照过热保护条件而被限制了最大电流的电流指令值Iref3被输入到减法单元32B中；减法单元32B运算出电流指令值Iref3与被反馈回来的电动机电流值Im之间的偏差Iref4(＝Iref3－Im)；该偏差Iref4被输入到用于进行转向动作的特性改善的PI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。

还有，诸如分解器之类的旋转传感器21被连接到电动机20，通过旋转传感器21来检测出实际转向角θs。另外，在加法单元32A中对来自补偿单元34的补偿信号CM进行加法运算，通过补偿信号CM的加法运算来进行系统的补偿，从而改善收敛性和惯性特性等。补偿单元34首先在加法单元344中使自对准扭矩(SAT)343与惯性342相加，然后，在加法单元345中再使在加法单元344中得到的加法结果与收敛性341相加，最后，将在加法单元345中得到的加法结果作为补偿信号CM。

在这样的电动助力转向装置中，近年来出现了“具有自动转向控制模式(诸如驻车辅助之类的转向角控制模式)和手动转向控制模式(辅助控制模式)，并且，具有在这些控制模式之间进行切换的切换功能”的车辆，在实现自动转向的情况下，一般来说，采用“独立地拥有转向角控制和辅助控制，并且，在转向角控制的输出和辅助控制的输出之间进行切换”的结构。在转向角控制中使用“具有出色的响应性和出色的外部干扰抑制性能”的位置速度控制，位置控制由P(比例)控制来构成，还有，速度控制由PI(比例积分)控制等来构成。

参照图3对“具备转向角控制模式以及辅助控制模式的功能，并且，具有切换转向控制模式的功能”的一般的电动助力转向装置进行说明。如图3所示，用于检测出电动机旋转角θs的诸如分解器之类的旋转传感器151被连接到电动机150，经由车辆侧ECU130以及EPS侧ECU140对电动机150进行驱动控制。车辆侧ECU130具备了切换指令单元131和目标转向角生成单元132，其中，切换指令单元131基于用来表示驾驶员的意思的按钮、开关等，来输出转向角控制模式或辅助控制模式的切换指令SW；目标转向角生成单元132基于来自摄像头(图像)、激光雷达等的信号，来生成目标转向角θt。另外，由被设置在柱轴(转向轴或方向盘轴)上的转向角传感器14检测出的实际转向角θr经由车辆侧ECU130被输入到EPS侧ECU140内的转向角控制单元200中。

切换指令单元131基于用来识别“进入转向角控制模式”的信号，例如，基于被设置在仪表板或转向盘周围的用来表示驾驶员的意思的按钮或开关，或者，基于被设置在变速杆上的基于驻车模式等的车辆状态信号，来输出切换指令SW。然后，切换指令SW被输入到EPS侧ECU140内的切换单元142中。还有，目标转向角生成单元132基于来自摄像头(图像)、激光雷达等的数据并使用公知的方法来生成目标转向角θt，并且，将生成的目标转向角θt输入到EPS侧ECU140内的转向角控制单元200中。

EPS侧ECU140具备了辅助控制单元141、转向角控制单元200、切换单元142、电流控制/驱动单元143和电动机角速度运算单元144，其中，辅助控制单元141输出“基于转向扭矩Th以及车速Vs来运算出”的辅助控制指令值Itref；转向角控制单元200基于目标转向角θt、实际转向角θr以及电动机角速度ωr来运算出用来进行转向角控制的转向角控制指令值Imref，并且将其输出；切换单元142按照切换指令SW来切换辅助控制指令值Itref和转向角控制指令值Imref；电流控制/驱动单元143基于来自切换单元142的电动机电流指令值Iref(＝Itref或Imref)来对电动机150进行驱动控制；电动机角速度运算单元144基于来自旋转传感器151的电动机旋转角θs来求得电动机速度，然后再使用电动机速度和齿轮比来运算出实际转向角速度ωr。还有，电动机角速度运算单元144在相当于微分的运算的后一级设置了用于消除高频噪声的低通滤波器(LPF)。

如图4所示，转向角控制单元200由位置控制单元210和速度控制单元220来构成，其中，位置控制单元210输出转向角速度指令值ωc，以便使实际转向角θr追随目标转向角θt；速度控制单元220输出转向角控制指令值Imref，以便使实际转向角速度ωr追随转向角速度指令值ωc。另外，切换单元142基于来自车辆侧ECU130的切换指令单元131的切换指令SW，来切换由辅助控制单元141执行的辅助控制模式(手动转向控制)和由转向角控制单元200执行的转向角控制模式(位置/速度控制模式)，在辅助控制中，输出辅助控制指令值Itref，还有，在转向角控制中，输出转向角控制指令值Imref。

在具备了这样的功能的电动助力转向装置中，在现有技术中，通过基于预先存储好的“车辆的移动距离与转向车轮的转向角之间的关系”来对致动器(电动机)进行控制，从而能够自动地进行倒车驻车和纵队驻车。还有，现有的转向控制装置通过计算出电动机电流指令值，以便使实际转向角和根据车辆而设定的目标转向角变成一致，从而实现了自动转向控制。例如，在日本专利第4057955号公报(专利文献1)中所公开的自动转向控制装置中，当从转向角控制切换到扭矩辅助控制的时候，通过根据辅助扭矩量来变更渐变过渡时间(fade transition time)，从而减少了“切换控制时产生的不协调感”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4057955号公报

专利文献2：日本特开2015-93569号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在进行“使实际转向角追随目标转向角”的自动转向的电动助力转向装置的自动转向控制期间中，在判定为“驾驶员转动了转向盘”的情况下，期待“中止自动控制，顺畅地切换到手动转向控制的辅助控制”。还有，在“即使在转向角控制期间中，也没有达到用于判定驾驶员是否进行了转向的阈值”的情况下，期待“针对驾驶员的转向操作，继续进行没有不协调感的转向角控制”。另外，在“即使在转向角控制期间中，也没有达到用于判定驾驶员是否进行了转向的阈值”的情况下，期待“针对驾驶员的转向操作，继续进行没有不协调感的控制”。

尽管自动转向控制进行控制，以便使实际转向角和目标转向角变成一致，但是在“因驾驶员操作了转向机构，从而导致施加了转向扭矩”的情况下，实际转向角会偏离目标转向角。因此，自动转向控制以“对抗转向扭矩”的方式，输出“其方向与转向转矩的方向相反”的电动机电流指令值，以便使实际转向角和目标转向角变成一致。

另一方面，辅助控制输出“其方向与转向转矩的方向相同”的电动机电流指令值，以便对转向扭矩进行辅助。因此，当从“施加了转向扭矩”的场合的自动转向控制切换到手动转向控制的时候，因为自动转向控制的输出的方向和手动转向控制的的输出的方向是彼此相反的，所以在驾驶员施加了转向扭矩之后，通过自动转向控制来一时性地实施了“其方向与转向转矩的方向相反”的辅助之后，通过渐变处理(fade process)来逐渐切换到手动转向控制。也就是说，最终会变成实施“其方向与转向转矩的方向相反”的辅助。在从自动转向控制切换到手动转向控制的时候，这种现象就会给驾驶员带来“被卡住的感觉”和不协调感。还有，在进行了“不会切换到辅助控制”的小于或等于阈值的转向的情况下，因为为了对抗驾驶员的转向，试图使转向角控制的输出与目标转向角变成一致，所以驾驶员不能进行自由的转向。

还有，日本特开2015-93569号公报(专利文献2)公开了一种转向控制装置，该转向控制装置使转向角偏差与“目标转向扭矩与转向扭矩之间的偏差的物理值”相对应，根据转向介入，一边改变比率一边进行混合，混合后，通过使驾驶员的转向介入反映在目标值中以便减少偏差。尽管专利文献2将驾驶员的转向介入反映在目标值中，但是由于针对辅助偏差以及追随偏差均设置了权重，并且，使单位变成一致后，按照权重来进行混合，所以控制系统就会变得复杂。另外，由于不是“考虑了驾驶员的动态转向”的结构，所以很难设定动态转向特性。

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高性能的电动助力转向装置，该电动助力转向装置在自动转向控制期间中，当驾驶员转动了转向盘的时候，能够通过简易的结构来顺畅地切换转向，从而不会给驾驶员带来不协调感。

解决技术问题的技术方案

本发明涉及一种一种电动助力转向装置，其具有在“通过至少基于转向扭矩来运算出的第1电动机电流指令值来驱动电动机”的手动转向控制和“通过由转向角控制单元运算出的第2电动机电流指令值来驱动所述电动机，以便使实际转向角追随目标转向角”的自动转向控制之间进行切换的功能。其特征在于：具备目标转向角补正单元和补正输出单元。所述目标转向角补正单元针对所述转向扭矩进行与转向盘的“增加转动的转向”或“减少转动的转向”以及车速相对应的运算处理，并且，输出目标转向角补正值。所述补正输出单元通过使用所述目标转向角补正值来对所述目标转向角进行补正，并且，将经补正后得到的补正目标转向角输入到所述转向角控制单元。所述目标转向角补正单元由相位补偿单元、死区增益单元以及限制器来构成。所述相位补偿单元基于所述转向盘的“增加转动的转向”或“减少转动的转向”，对所述转向扭矩进行相位超前补偿或相位延迟补偿。所述死区增益单元输入来自所述相位补偿单元的第1补偿转向扭矩，在所述第1补偿转向扭矩小的区域具有死区，并且，输出“根据所述车速，在与所述第1补偿转向扭矩的增加方向相同的方向上增加”的第2补偿转向扭矩。所述限制器根据所述车速对所述第2补偿转向扭矩的上下限值进行限制，并且，输出所述目标转向角补正值。

本发明涉及一种电动助力转向装置，其具有在“通过至少基于转向扭矩来运算出的第1电动机电流指令值来驱动电动机”的手动转向控制和“通过由转向角控制单元运算出的第2电动机电流指令值来驱动所述电动机，以便使实际转向角追随目标转向角”的自动转向控制之间进行切换的功能。其特征在于：具备目标转向角补正单元和补正输出单元。所述目标转向角补正单元针对所述转向扭矩进行与转向盘的“增加转动的转向”或“减少转动的转向”以及车速相对应的运算处理，并且，输出目标转向角补正值。所述补正输出单元通过使用所述目标转向角补正值来对所述目标转向角进行补正，并且，将经补正后得到的补正目标转向角输入到所述转向角控制单元。所述目标转向角补正单元由死区增益单元、相位补偿单元以及限制器来构成。所述死区增益单元输入所述转向扭矩，在所述转向扭矩小的区域具有死区，并且，输出“根据所述车速，在与所述转向扭矩的增加方向相同的方向上增加”的第1补偿转向扭矩。所述相位补偿单元基于所述转向盘的“增加转动的转向”或“减少转动的转向”，对所述第1补偿转向扭矩进行相位超前补偿或相位延迟补偿。所述限制器根据所述车速对来自所述相位补偿单元的第2补偿转向扭矩的上下限值进行限制，并且，输出所述目标转向角补正值。

本发明涉及一种电动助力转向装置，其具有在“通过至少基于转向扭矩来运算出的第1电动机电流指令值来驱动电动机”的手动转向控制和“通过由转向角控制单元运算出的第2电动机电流指令值来驱动所述电动机，以便使实际转向角追随目标转向角”的自动转向控制之间进行切换的功能，本发明的上述目的可以通过下述这样来实现，即：具备目标转向角补正单元和补正输出单元，所述目标转向角补正单元针对所述转向扭矩进行与转向状态以及车速相对应的运算处理，并且，输出目标转向角补正值，所述补正输出单元通过使用所述目标转向角补正值来对所述目标转向角进行补正，并且，将经补正后得到的补正目标转向角输入到所述转向角控制单元。

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：所述目标转向角补正单元由相位补偿单元、死区增益单元以及限制器来构成，所述相位补偿单元基于所述转向状态，对所述转向扭矩进行相位超前补偿或相位延迟补偿，所述死区增益单元输入来自所述相位补偿单元的第1补偿转向扭矩，在所述第1补偿转向扭矩小的区域具有死区，并且，输出“根据所述车速，在与所述第1补偿转向扭矩的增加方向相同的方向上增加”的第2补偿转向扭矩，所述限制器根据所述车速对所述第2补偿转向扭矩的上下限值进行限制，并且，输出所述补正目标转向角；或，第2相位补偿单元被设置在所述死区增益单元的后一级；或，所述目标转向角补正单元由死区增益单元、相位补偿单元以及限制器来构成，所述死区增益单元输入所述转向扭矩，在所述转向扭矩小的区域具有死区，并且，输出“根据所述车速，在与所述转向扭矩的增加方向相同的方向上增加”的第1补偿转向扭矩，所述相位补偿单元基于所述转向状态，对所述第1补偿转向扭矩进行相位超前补偿或相位延迟补偿，所述限制器根据所述车速对来自所述相位补偿单元的第2补偿转向扭矩的上下限值进行限制，并且，输出所述补正目标转向角；或，第2相位补偿单元被设置在所述死区增益单元的前一级；或，所述死区增益单元的输出增益随着所述车速的增加而减少；或，所述限制器的限制值随着所述车速的增加而减小；或，根据所述车速来改变所述死区；或，所述转向状态为转向盘的“增加转动的转向”或“减少转动的转向”；或，基于“所述实际转向角与电动机角速度之间的关系”、“所述实际转向角与转向角速度之间的关系”、“所述转向扭矩与所述转向角速度之间的关系”、“所述转向角速度与‘所述目标转向角与所述实际转向角之间的偏差’之间的关系”或“‘所述目标转向角的变化率与所述转向角速度之间的偏差’与‘所述目标转向角与转向角之间的偏差’之间的关系”，来进行所述“增加转动的转向”和所述“减少转动的转向”的判定；或，所述补正输出单元为加法单元。

发明的效果

根据本发明的电动助力转向装置，尽管在诸如驻车辅助、自动行驶之类的自动转向控制时，进行转向盘的转向角控制，但当驾驶员施加了转向扭矩的时候，对目标转向角进行补正以便变成与施加了转向扭矩的方向相同的方向，实施转向角控制以便使得与该目标转向角变成一致，并且，通过根据车速以及转向状态来改变补正量。通过这样做，在“以一定的比率将针对补正后的目标转向角的转向角控制的输出和基于转向扭矩的辅助控制的输出加在一起后，来进行控制”的情况下，由于能够使自动转向控制的输出的方向与手动转向控制的输出的方向变成一致，从而自动转向控制的控制输出与手动转向控制的控制输出之间就很难产生干涉，所以就能够减少“在进行切换的时候产生的”带给驾驶员的不协调感。还有，能够改善“在转向扭矩没有达到切换阈值的状态下”的转向感，并且，还可以提高驾驶员的安全性。

还有，在本发明中，因为在对急剧的目标转向角进行平滑化之后，再对其进行控制，所以即使在自动驾驶期间中，也不会给驾驶员带来不安的感觉。

附图说明

图1是表示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系统的结构示例的结构框图。

图3是表示具有“在自动转向控制模式和手动转向控制模式之间进行切换”的切换功能的电动助力转向装置的一个示例的结构框图。

图4是表示转向角控制单元的结构示例的结构框图。

图5是表示本发明的结构示例的结构框图。

图6是表示本发明的目标转向角补正单元的结构示例(第1实施方式)的结构框图。

图7是表示死区增益单元的特性示例的特性图。

图8是表示限制器的特性示例的特性图。

图9是用于说明相位补偿的特性图。

图10是表示转向状态(增加转动的转向/减少转动的转向)的判定示例的图。

图11是表示转向角控制单元的结构示例的结构框图。

图12是表示变化率限制器的结构示例的结构框图。

图13是表示变化率限制值的特性示例的特性图。

图14是表示本发明的整体动作示例的流程图。

图15是表示目标转向角补正单元的动作示例的流程图。

图16是表示本发明的目标转向角补正单元的结构示例(第2实施方式)的结构框图。

图17是表示本发明的目标转向角补正单元的其他的结构示例(第3实施方式和第4实施方式)的结构框图。

具体实施方式

在本发明中，当驾驶员施加了转向扭矩的时候，对目标转向角进行补正以便变成与施加了转向扭矩的方向相同的方向，实施转向角控制以便使得与该目标转向角变成一致。还有，通过根据车速来改变补正单元的补正量，这样就可以根据起因于车速的车辆特性的变化，来适当地设定补正量。设定针对扭矩的补正量的斜率(增益)，使得其随着车速的增加而减少，并且，通过使用“随着车速的增加而减少”的限制值来对补正单元的补正量进行限制，这样就不会被过度地补正。

在本发明中，除上述结构之外，还在具有死区的增益单元的前一级或后一级设置相位补偿单元，或者，还在具有死区的增益单元的前一级和后一级都设置相位补偿单元，并且，在转向盘的增加转动的转向的时候和在减少转动的转向的时候，变更相位补偿单元的相位补偿的特性。通过这样做，在驾驶员“在转向角控制不会被中止的范围内”进行了转向的情况下，就可以在补正量限制值的范围内，使车辆偏转。限制器是为了防止“自动驾驶期间中的起因于驾驶员的过度的车辆偏转”而设置的。还有，当从转向角控制切换到辅助控制的时候，因为也以一定的比率将针对补正后的目标转向角的转向角控制的输出和基于转向扭矩的辅助控制的输出加在一起后来进行控制，所以能够使转向角控制的输出的方向与辅助控制的输出的方向变成一致，这样转向角控制的控制输出与辅助控制的控制输出之间就很难产生干涉，从而能够减少“在进行切换的时候产生的”带给驾驶员的不协调感。

还有，因为通过在增加转动的转向的时候和在减少转动的转向的时候，切换相位补偿单元的特性，这样在增加转动的转向时的补正量与减少转动的转向时的补正量之间就会产生差异，所以能够改变转向扭矩的滞后。通过改变相位补偿特性，就能够调整动态转向特性。例如，在增加转动的转向的时候设定为相位延迟的场合，因为针对转向扭矩的变化，补正量会发生延迟，导致在增加转动的转向期间中转向扭矩变大，所以在“能够扩大滞后”的相位补偿单元的相位延迟大的情况下，由于基于转向扭矩的补正量会发生延迟，与相位延迟小的场合相比，转向扭矩变大。例如，在扩大滞后的情况下，通过与减少转动的转向时的相位特性相比，使增加转动的转向时的相位特性变成相位延迟，这样一来，与不切换相位补偿单元的特性的时候相比，就能够设置“具有较宽的滞后宽度的转向时的滞后”。通过设置“具有较宽的滞后宽度的的滞后”，就具备了这样的优点，即，不但能够调整转向感，而且也不会对“起因于来自路面的外部干扰和转向角控制量的变化”的扭矩变化做出过度的反应。

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

与图3相对应的图5示出了本发明的实施方式。如图5所示，具备了“用于输出目标转向角补正值θha”的目标转向角补正单元230，目标转向角补正单元230通过针对来自扭矩传感器154的转向扭矩Th进行与来自增加转动的转向/减少转动的转向判定单元160的转向状态ST以及车速Vs相对应的运算处理，来求得目标转向角补正值θha，还有，目标转向角θt在加法单元145中与来自目标转向角补正单元230的目标转向角补正值θha相加，这样就对目标转向角θt进行了补正。在加法单元145中经补正后得到的补正目标转向角θto被输入到转向角控制单元200中。另外，转向角控制单元200输入实际转向角θr以及电动机角速度ω，并且，输出运算出的电动机电流指令值Imref。

目标转向角补正单元230具有如图6所示的结构(第1实施方式)。如图6所示，目标转向角补正单元230由相位补偿单元231、死区增益单元232以及限制器233来构成，其中，相位补偿单元231基于转向状态ST，对转向扭矩Th进行相位超前补偿或相位延迟补偿；死区增益单元232输入来自相位补偿单元231的补偿转向扭矩Th1，在补偿转向扭矩Th1小的区域具有如图7的(A)、图7的(B)以及图7的(C)所示那样的死区DB，并且，输出“在与补偿转向扭矩Th1的增加方向相同的方向上增加”的补偿转向扭矩Th2；限制器233对补偿转向扭矩Th2的上下限值进行限制，并且，输出目标转向角补正值θha。

车速Vs被输入到死区增益单元232中，还有，死区增益单元232具有如图7的(A)所示那样的固定的死区DB，并且，输出“线性变化”的补偿转向扭矩Th2。另外，死区增益单元232的输出增益(斜率)随着车速Vs的增加而减少。也就是说，死区增益单元232具有死区DB，并且，输出“随着车速Vs的增加而减小”的补偿转向扭矩Th2。尽管图7的(A)为“死区DB是固定的，并且，输出增益(斜率)是线性的”示例，但是如图7的(B)所示那样，也可以根据车速Vs来改变死区DB。也就是说，车速Vs越高，则死区DB像DB1→DB2→DB3那样也越大。还有，尽管在图7的(A)以及图7的(B)中输出增益线性地增加，但是如图7的(C)所示那样，输出增益也可以非线性地增加。尽管在图7的(C)中死区(DB4、DB5以及DB6)随着车速Vs而发生变化，但是死区(DB4、DB5以及DB6)也可以是固定的。

另外，车速Vs还被输入到限制器233中，还有，限制器233具有如图8所示那样的“限制值随着车速Vs的增加而减小”的特性。也就是说，限制器233通过使用“随着车速Vs的增加而减小”的限制值，来对上下限值进行限制。

还有，因为通过使用增加转动的转向时的转向状态ST和减少转动的转向时的转向状态ST，来切换相位补偿单元231的特性，这样在增加转动的转向时的补正量与减少转动的转向时的补正量之间就会产生差异，所以能够改变转向扭矩Th的滞后。图9示出了“没有相位补偿的场合”(用实线表示的特性B)、“相位延迟补偿的场合”(用虚线表示的特性C)以及“相位超前补偿的场合”(用点划线表示的特性D)的特性，在相位补偿单元231的相位延迟大的情况下，由于针对转向扭矩Th的变化，补正量会发生延迟，所以与相位延迟小的场合相比，转向扭矩变大。在自动转向期间中，由于当驾驶员进行了转向从而导致扭矩上升的话，则试图将转向盘返回到目标转向角θt，所以转向角θ与转向扭矩Th之间的关系就变成像图9中的特性A一样。通过采用“根据扭矩对目标转向角θt进行补正”的结构，就能够将转向角θ与转向扭矩Th之间的关系改变成像图9中的特性B一样。还有，在相位超前补偿的场合，因为早早地进行补正，所以转向角θ与转向扭矩Th之间的关系就变成像图9中的特性D一样；在相位延迟补偿的场合，因为补正会发生延迟，所以转向角θ与转向扭矩Th之间的关系就变成像图9中的特性C一样。

被输入到相位补偿单元231中的转向状态ST是在增加转动的转向/减少转动的转向判定单元160中通过判定而获得的。例如，如图10所示那样，在转向角θ的符号与电动机角速度ω的符号一致的场合，增加转动的转向/减少转动的转向判定单元160将转向状态ST判定为“增加转动的转向”；在转向角θ的符号不同于电动机角速度ω的符号的场合，增加转动的转向/减少转动的转向判定单元160将转向状态ST判定为“减少转动的转向”。尽管也可以通过使用以下的信号组合(即，以下的信号间关系)中的任意一种信号组合(信号间关系)来进行“增加转动的转向”或“减少转动的转向”的判定，但不论是使用哪一种信号组合，都是这样来进行“增加转动的转向”或“减少转动的转向”的判定的，即，在两个信号的符号一致的场合，增加转动的转向/减少转动的转向判定单元160将转向状态ST判定为“增加转动的转向”；在两个信号的符号不一致的场合，增加转动的转向/减少转动的转向判定单元160将转向状态ST判定为“减少转动的转向”。用于进行“增加转动的转向”以及“减少转动的转向”的判定的信号组合(信号间关系)是这样的，即，“实际转向角与电动机角速度之间的关系”、“实际转向角与转向角速度之间的关系”、“转向扭矩与转向角速度之间的关系”、“转向角速度与‘补正前的目标转向角与实际转向角之间的偏差’之间的关系”以及“‘补正前的目标转向角的变化率与转向角速度之间的偏差’与‘补正前的目标转向角与转向角之间的偏差’之间的关系”等。

在目标转向角补正单元230中经补正后得到的目标转向角补正值θha被输入到作为补正输出单元的加法单元145中。在加法单元145中对目标转向角θt进行补正后得到的补正目标转向角θto(＝θt+θha)被输入到转向角控制单元200中。还有，转向角控制单元200运算出电动机电流指令值Imref并将其输出。

图11示出了转向角控制单元200的结构示例。如图11所示，补正目标转向角θt0被输入到变化率限制器211中，变化率限制器211进行“来自加法单元145的补正目标转向角θt0急剧地发生了变化”的场合的平滑化，即，变化率限制器211在所规定的时间变化率的范围内使补正目标转向角θt平滑地发生变化，还有，经由用于消除高频外部干扰的LPF212后得到的目标转向角θta被加法输入到减法单元213A中。实际转向角θr被减法输入到减法单元213A中。经平滑化后得到的目标转向角θta与实际转向角θr之间的角度偏差在比例增益(Kpp)单元214中与增益Kpp相乘后，作为电动机速度指令值ωe被加法输入到减法单元213B中。来自电动机角速度运算单元144的电动机角速度ω被减法输入到减法单元213B中。由减法单元213B运算出的速度偏差Df经由积分单元216A后，在积分增益(Kvi)单元216B中与增益Kvi相乘，然后，被加法输入到减法单元213C中，并且，速度偏差Df在比例增益(Kvp)单元216C中与增益Kvp相乘后，被减法输入到减法单元213C中。作为在减法单元213C中获得的减法结果的电动机电流指令值Ib经由用于对上下限值进行限制的限制器217后，作为电动机电流指令值Imref被输出。

变化率限制器211对在补正目标转向角θt0急剧地发生了变化的情况下的补正目标转向角θt0进行平滑化，然后，将其输出。例如，变化率限制器211具有如图12所示那样的结构。也就是说，补正目标转向角θt0被加法输入到减法单元211-1中，作为“从补正目标转向角θt0中减去来自保持单元(Z^-1)211-4的过去值后得到的减法结果”的转向角θt1被输入到变化量设定单元211-2中，变化量设定单元211-2针对转向角θt1实施上下限处理后，将其作为变化量θt2输出到加法单元211-3。加法单元211-3将“变化量θt2与过去值相加后得到的加法结果”作为新的目标转向角θt3来输出。变化量设定单元211-2进行限制，以便不会超过“设定了变化量”的上限以及下限。在每个运算周期T实施的处理为这样的处理，即，求得输入(目标转向角)θt0与上一次的运算周期的目标转向角θt3之间的差分，在该差分超出了变化量设定单元211-2的上限以及下限的范围的情况下，反复进行“使受到了上限或下限的限制的差分θt2与过去值相加”的加法处理。图13示出了通过上述处理获得的结果的示例。如图13所示，将上限设定为S，即使在大小为4S的呈阶梯状的输入(目标转向角)θt0被输入进来的情况下，也可以通过使输出θt3以其成为大小为S的呈阶梯状的输出的方式来发生变化，这样最终就能够使输出θt3与目标转向角θt0变成一致。还有，在与输入(目标转向角)θt0的差分在变化量设定单元211-2的上限以及下限的范围内的情况下，因为输出变化量θt2(＝差分θt1)，并且，使变化量θt2与过去值相加，所以，其结果为，输出θt3与输入(目标转向角)θt0是一致的。还有，图13也对应“将上限设定为等于或大于4S”的场合。其结果为，即使在目标转向角θt0急剧地发生了变化的情况下，也能够发挥“能够使急剧地发生变化的目标转向角θt0平滑地发生变化，防止急剧的电流变化(＝急剧的转向)，并且，减少驾驶员的针对自动驾驶的不安的感觉”的作用。

在这样的结构中，参照图14的流程图，对整体的动作示例进行说明。

当转向系统的动作开始的时候，则实施“通过扭矩控制单元141来进行”的扭矩控制(步骤S1)，通过电流控制/驱动单元143并且基于电动机电流指令值Itref，来对电动机150进行驱动(步骤S2)。反复进行上述动作，直到切换指令SW从切换指令单元131中被输出为止(步骤S3)。

当“变成了自动转向控制，切换指令SW从切换指令单元131中被输出”的时候，输入转向扭矩Th(步骤S4)，增加转动的转向/减少转动的转向判定单元160对转向状态ST进行判定(步骤S5)，输入车速Vs(步骤S6)，目标转向角补正单元230运算出目标转向角补正值θha(步骤S10)。

还有，来自目标转向角生成单元132的目标转向角θt被输入进来(步骤S20)，通过在加法单元145中目标转向角θt与目标转向角补正值θha相加来进行补正(步骤S21)，经补正后得到的补正目标转向角θto被输入到转向角控制单元200中(步骤S22)。另外，来自转向角传感器152的实际转向角θr被输入进来(步骤S23)，来自电动机角速度运算单元144的电动机角速度ω被输入进来(步骤S24)，在转向角控制单元200中生成电动机电流指令值Imref(步骤S25)。然后，切换单元142基于来自切换指令单元131的切换指令SW来进行切换(步骤S26)，通过电流控制/驱动单元143并且基于来自转向角控制单元200的电动机电流指令值Imref，来对电动机150进行驱动(步骤S27)，返回到上述步骤S3。反复进行基于电动机电流指令值Imref的驱动控制，直到来自切换指令单元131的切换指令SW被变更为止。

接下来，参照图15的流程图，对目标转向角补正单元230的动作示例(图14的步骤S10)进行说明。

相位补偿单元231基于转向状态ST，对转向扭矩Th进行相位超前补偿或相位延迟补偿(步骤S11)，来自相位补偿单元231的补偿转向扭矩Th1被输入到死区增益单元232中，以便在死区增益单元232中基于车速Vs使其与增益相乘(步骤S12)。来自死区增益单元232的补偿转向扭矩Th2被输入到限制器233中，以便在限制器233中通过与车速Vs相对应的限制值，对补偿转向扭矩Th2的上下限值进行限制(步骤S13)，输出被限制了上下限值的目标转向角补正值θha(步骤S14)。

尽管在图6的目标转向角补正单元230中，将经相位补偿后得到的补偿转向扭矩Th1输入到死区增益单元232中，以便在死区增益单元232中使其与增益相乘，但是如图16所示那样，目标转向角补正单元也可以采用这样的结构，即，首先，将转向扭矩Th输入到死区增益单元232中以便在死区增益单元232中使其与增益相乘，然后，在相位补偿单元231中对在死区增益单元232中获得的乘法结果进行相位补偿(第2实施方式)。还有，如图17的(A)所示那样，也可以在如图6所示的第1实施方式中的死区增益单元232的后一级设置第2相位补偿单元231A(第3实施方式)。在这种情况下，可以使两个相位补偿单元(即，相位补偿单元231以及第2相位补偿单元231A)中的一个相位补偿单元主要用于目标补正，并且，使两个相位补偿单元(即，相位补偿单元231以及第2相位补偿单元231A)中的另一个相位补偿单元用于消除噪声等，这样就能够获得更加顺畅的感觉。还有，如图17的(B)所示那样，也可以在如图16所示的第2实施方式中的死区增益单元232的前一级设置第2相位补偿单元231B(第4实施方式)。在这种情况下，也可以使两个相位补偿单元(即，相位补偿单元231以及第2相位补偿单元231B)中的一个相位补偿单元主要用于目标补正，并且，使两个相位补偿单元(即，相位补偿单元231以及第2相位补偿单元231B)中的另一个相位补偿单元用于消除噪声等，这样就能够获得更加顺畅的感觉。

附图标记说明

1 转向盘(方向盘)

2 柱轴(转向轴或方向盘轴)

10、154 扭矩传感器

12 车速传感器

14 转向角传感器

20、150 电动机

30 控制单元(ECU)

130 车辆侧ECU

140 EPS侧ECU

141 辅助控制单元

142 切换单元

200 转向角控制单元

210 位置控制单元

220 速度控制单元

230 目标转向角补正单元

231、231A、231B 相位补偿单元

232 死区增益单元

233 限制器

Claims (14)

1.一种电动助力转向装置，其具有在“通过至少基于转向扭矩来运算出的第1电动机电流指令值来驱动电动机”的手动转向控制和“通过由转向角控制单元运算出的第2电动机电流指令值来驱动所述电动机，以便使实际转向角追随目标转向角”的自动转向控制之间进行切换的功能，其特征在于：

具备目标转向角补正单元和补正输出单元，

所述目标转向角补正单元针对所述转向扭矩进行与转向盘的“增加转动的转向”或“减少转动的转向”以及车速相对应的运算处理，并且，输出目标转向角补正值，

所述补正输出单元通过使用所述目标转向角补正值来对所述目标转向角进行补正，并且，将经补正后得到的补正目标转向角输入到所述转向角控制单元，

所述目标转向角补正单元由相位补偿单元、死区增益单元以及限制器来构成，

所述相位补偿单元基于所述转向盘的“增加转动的转向”或“减少转动的转向”，对所述转向扭矩进行相位超前补偿或相位延迟补偿，

所述死区增益单元输入来自所述相位补偿单元的第1补偿转向扭矩，在所述第1补偿转向扭矩小的区域具有死区，并且，输出“根据所述车速，在与所述第1补偿转向扭矩的增加方向相同的方向上增加”的第2补偿转向扭矩，

所述限制器根据所述车速对所述第2补偿转向扭矩的上下限值进行限制，并且，输出所述目标转向角补正值。

2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：

第2相位补偿单元被设置在所述死区增益单元的后一级。

3.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述死区增益单元的输出增益随着所述车速的增加而减少。

4.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述限制器的限制值随着所述车速的增加而减小。

5.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：

根据所述车速来改变所述死区。

6.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：

基于“所述实际转向角与电动机角速度之间的关系”、“所述实际转向角与转向角速度之间的关系”、“所述转向扭矩与所述转向角速度之间的关系”、“所述转向角速度与‘所述目标转向角与所述实际转向角之间的偏差’之间的关系”或“‘所述目标转向角的变化率与所述转向角速度之间的偏差’与‘所述目标转向角与转向角之间的偏差’之间的关系”，来进行所述转向盘的“增加转动的转向”和“减少转动的转向”的判定。

7.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述补正输出单元为加法单元。

8.一种电动助力转向装置，其具有在“通过至少基于转向扭矩来运算出的第1电动机电流指令值来驱动电动机”的手动转向控制和“通过由转向角控制单元运算出的第2电动机电流指令值来驱动所述电动机，以便使实际转向角追随目标转向角”的自动转向控制之间进行切换的功能，其特征在于：

具备目标转向角补正单元和补正输出单元，

所述目标转向角补正单元针对所述转向扭矩进行与转向盘的“增加转动的转向”或“减少转动的转向”以及车速相对应的运算处理，并且，输出目标转向角补正值，

所述补正输出单元通过使用所述目标转向角补正值来对所述目标转向角进行补正，并且，将经补正后得到的补正目标转向角输入到所述转向角控制单元，

所述目标转向角补正单元由死区增益单元、相位补偿单元以及限制器来构成，

所述死区增益单元输入所述转向扭矩，在所述转向扭矩小的区域具有死区，并且，输出“根据所述车速，在与所述转向扭矩的增加方向相同的方向上增加”的第1补偿转向扭矩，

所述相位补偿单元基于所述转向盘的“增加转动的转向”或“减少转动的转向”，对所述第1补偿转向扭矩进行相位超前补偿或相位延迟补偿，

所述限制器根据所述车速对来自所述相位补偿单元的第2补偿转向扭矩的上下限值进行限制，并且，输出所述目标转向角补正值。

9.根据权利要求8所述的电动助力转向装置，其特征在于：

第2相位补偿单元被设置在所述死区增益单元的前一级。

10.根据权利要求8所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述死区增益单元的输出增益随着所述车速的增加而减少。

11.根据权利要求8所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述限制器的限制值随着所述车速的增加而减小。

12.根据权利要求8所述的电动助力转向装置，其特征在于：

根据所述车速来改变所述死区。

13.根据权利要求8所述的电动助力转向装置，其特征在于：

基于“所述实际转向角与电动机角速度之间的关系”、“所述实际转向角与转向角速度之间的关系”、“所述转向扭矩与所述转向角速度之间的关系”、“所述转向角速度与‘所述目标转向角与所述实际转向角之间的偏差’之间的关系”或“‘所述目标转向角的变化率与所述转向角速度之间的偏差’与‘所述目标转向角与转向角之间的偏差’之间的关系”，来进行所述转向盘的“增加转动的转向”和“减少转动的转向”的判定。

14.根据权利要求8所述的电动助力转向装置，其特征在于：

所述补正输出单元为加法单元。

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