CN110962920A - 扭矩控制装置和助力转向装置 - Google Patents

扭矩控制装置和助力转向装置 Download PDF

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Abstract

提供扭矩控制装置和助力转向装置，能够赋予考虑了频段的影响的高效的粘性衰减。一个方式的转向控制装置根据方向盘的旋转角而对驱动转向机构的马达的旋转角进行控制，其中，该转向控制装置具有：扭矩控制部，其将上述方向盘的旋转角作为指令值而对上述马达的扭矩进行控制；以及相位超前处理部，其将上述马达的旋转角和角速度中的至少一方作为指令值而对该马达的扭矩进行反馈控制，针对整个频段中的包含上述马达与上述转向机构的共振频率在内的一部分的频段，使反馈的信号波形的相位超前。

Description

扭矩控制装置和助力转向装置
技术领域
本发明涉及扭矩控制装置和助力转向装置。
背景技术
以往，作为电动助力转向装置的转向控制(辅助控制)，公知有实现共振模式的稳定化的控制技术。
例如，在专利文献1中，公知有对辅助控制单元添加稳定化控制单元以实现粘性衰减的构造。在上述构造中，使用由扭矩传感器检测到的操舵扭矩而进行扭矩反馈控制。
这里，由于进行扭矩反馈，从而对目标扭矩的追随性受到马达的损失扭矩和扭矩波动的影响，因此进一步添加舵角控制，由此能够改善上述特性。
专利文献1：日本特开2014-162321号公报
但是，在单纯的角速度反馈中，由于会在整个频段产生作用，因此也会对操舵特性赋予粘性衰减，无法高效地赋予粘性衰减。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供能够赋予考虑了频段的影响的高效的粘性衰减的扭矩控制装置和助力转向装置。
本发明的一个方式的转向控制装置根据方向盘的旋转角而对驱动转向机构的马达的旋转角进行控制，其中，该转向控制装置具有：扭矩控制部，其将上述方向盘的旋转角作为指令值而对上述马达的扭矩进行控制；以及相位超前处理部，其将上述马达的旋转角和角速度中的至少一方作为指令值而对该马达的扭矩进行反馈控制，针对整个频段中的包含上述马达与上述转向机构的共振频率在内的一部分的频段，使反馈的信号波形的相位超前。
另外，本发明的一个方式的助力转向装置具有：上述转向控制装置；马达，其由上述转向控制装置进行控制；以及助力转向机构，其由上述马达进行驱动。
根据本发明，能够赋予考虑了频段的影响的高效的粘性衰减。
附图说明
图1是示出本发明的助力转向装置的一个实施方式的概略图。
图2是示出电动助力转向装置的结构的框图。
图3是示出模拟结果的曲线图。
标号说明
1：转向控制装置；9：电动助力转向装置；10：马达；11：第1控制部；12：第2控制部；121、122：高通滤波器；123：反馈增益计算部；124：相位超前处理部；911：方向盘；912：车轮；913：车轴；914：操舵轴；915：扭杆；917：扭矩传感器。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的转向控制装置和助力转向装置的实施方式进行说明。但是，为了避免以下的说明不必要地冗长，使本领域技术人员容易理解，有时省略过度详细的说明。例如，有时省略公知的事项的详细说明和对实质上相同的结构的重复说明。
图1是示出本发明的助力转向装置的一个实施方式的概略图。
如图1所示，在本实施方式中，例示了柱式的电动助力转向装置。电动助力转向装置9搭载于汽车的车轮的操舵机构。电动助力转向装置9是借助内置有马达10的转向控制装置1的动力而直接减轻操舵力的柱式的助力转向装置。电动助力转向装置9具有转向控制装置1、操舵轴914以及车轴913。
操舵轴914将从方向盘911经由扭杆915传递的输入扭矩传递给具有车轮912的车轴913。当方向盘911被操作时，产生操舵角θh，扭杆915扭转而产生操舵扭矩。操舵扭矩从扭杆915传递给包含有车轮912、车轴913以及操舵轴914的转向机构。
转向控制装置1的动力经由齿轮等而传递给操舵轴914。在柱式的电动助力转向装置9中采用的马达10设置于发动机室(未图示)的内部。另外，作为一例，图1所示的电动助力转向装置9是柱式的，但本发明的助力转向装置也可以是齿条式的。转向控制装置1根据方向盘911的旋转角而对驱动转向机构的马达10的旋转角进行控制。
从扭杆915向操舵轴914传递的扭矩是使用扭矩传感器917来检测的。扭矩传感器917的检测值输入给转向控制装置1而用于转向控制装置1的目标输出的计算。
马达10的旋转轴(输出轴)与操舵轴914经由减速齿轮等而相互结合。因此，无论使操舵轴914旋转的扭矩是由马达10产生的扭矩还是其他扭矩，马达10与操舵轴914始终一同旋转。因此，根据马达10的转速，通过齿轮比等来计算转向角θs。这样计算出的转向角θs也用于转向控制装置1的目标输出的计算。
通过从方向盘911经由扭杆915传递的操舵扭矩和由转向控制装置1的动力产生的辅助扭矩施加于操舵轴914，产生作为操舵轴914的旋转角的转向角θs。
图2是示出电动助力转向装置9的结构的框图。
在图2中，θh表示操舵角，θs表示转向角，Ktor表示扭杆915的扭转系数，STG(s)表示转向特性。
由于方向盘911的操舵角θh与转向角θs之差，扭杆915扭转而产生扭矩。由扭矩传感器917检测在扭杆915中产生的扭矩并输入给转向控制装置1。
转向控制装置1具有第1控制部11和第2控制部12。该控制部11、12的块表示将输入到马达10的控制信号的计算和与该控制信号对应的马达10的输出结合的功能。
第1控制部11根据由扭矩传感器917检测的扭矩的检测值而进行反馈控制。即，通过由马达10产生基于扭矩的检测值的辅助扭矩而使扭杆915的扭矩减小。其结果为，用于操作方向盘911的操作力减小。
另外，作为用于产生辅助扭矩的反馈控制，除了像上述那样减小扭矩的反馈控制(扭矩控制)之外，也可以使用减小操舵角θh与转向角θs之差的反馈控制(舵角控制)。在使用该舵角控制的情况下，具备检测方向盘911的操舵角θh的角度传感器，角度传感器的检测值输入给第1控制部11。第1控制部11将方向盘的旋转角(操舵角θh)作为指令值而对马达10的扭矩进行控制。
第2控制部12对使通过扭杆915连结起来的双惯性系统(方向盘911和转向机构)中的共振状态衰减的扭矩成分进行控制。向第2控制部12输入转向角θs和车速，该第2控制部12输出相当于粘性衰减的扭矩。
第2控制部12具有2级高通滤波器121、122、反馈增益计算部123以及相位超前处理部124。向2级高通滤波器121、122输入转向角θs，实施2级滤波处理。这样的滤波处理相当于转向角θs的二阶微分，作为滤波处理的结果，计算出角加速度。
由反馈增益计算部123计算对角加速度的增益值，通过将角加速度乘以增益值，得到了补偿马达10的惯性的补偿值。这样，反馈增益计算部123进行角加速度的反馈控制。另外，向反馈增益计算部123输入车速，增益值是根据车速而进行增减的。
这里，对惯性补偿的效果进行说明。
图3是示出模拟结果的曲线图。
在图3中，用曲线图示出模拟了转向角θs的结果，该转向角θs是相对于对马达10输入的指令值而产生的输出。在图3的上部分示出了输出相对于输入的增益，在下部分示出了输入信号的相位与输出信号的相位的差分值。各曲线图的横轴表示输入信号的频率。
图3中所示的单点划线的线L1、L4表示仅考虑了第1控制部11的贡献的模拟结果。另外，图3中所示的虚线的线L2、L5表示也考虑了惯性补偿的贡献的模拟结果。
观察增益的曲线图，在单点划线的线L1中，在1Hz附近存在较小的共振点(第1共振点)，在超过了10Hz附近存在较大的共振点(第2共振点)。与此相对，在虚线的线L2中，共振点的频率向高频侧移动，并且增益的峰也缩小。因此，可知：通过惯性补偿，共振的强度降低。
另一方面，系统的稳定性是通过共振峰的下摆达到了0dB的频率(图中的虚线箭头)时的相位(图中的黑点所示的部位)来判断的。如果该相位为-180度以下，则包含与输入相反的相位的成分，系统处于不稳定的状态。另外，在黑点所示的部位的相位接近-180度的情况下，在实际机器中也有可能成为-180度以下，稳定性不足。
基于这样的观点来观察相位的曲线图中的单点划线的线L4和虚线的线L5，可知：黑点所示的部位的相位接近-180度，因此稳定性不足。
返回图2继续进行说明。
第2控制部12中的相位超前处理部124对由反馈增益计算部123得到的补偿值实施使信号波形的相位超前的相位超前处理。由相位超前处理部124执行相位超前处理的情况下的相位超前量为依赖于信号波形的频率的相位超前量。具体而言，相位超前处理部124针对整个频段中的包含方向盘911与转向机构的共振频率(第2共振点的频率)在内的一部分的频段，使反馈的信号波形的相位超前。而且，相位超前处理部124将上述第2共振点处的相位超前量设为比其他频率下的相位超前量大的相位超前量。即，相位超前处理部124使相位超前量最大的频率与第2共振点的共振频率一致。另外，也向相位超前处理部124输入车速，相位超前量是根据车速而进行增减的，相位超前处理部124使信号波形的相位超前与车速对应的大小。
当被实施了这样的相位超前处理后的信号波形输入到马达10时，马达10产生相当于针对上述双惯性系统的粘性阻力的扭矩成分。另外，由于该粘性阻力是被限定在第2共振点的共振频率的周边的粘性阻力，因此能够得到高效的粘性衰减。
参照图3的曲线图对这样的相位超前处理的效果进行说明。
图3中所示的实线的线L3、L6表示考虑了第2控制部12的惯性补偿和相位超前处理双方的贡献的模拟结果。
观察增益的曲线图可知：与虚线的线L2相比，在实线的线L3中，增益的峰进一步缩小。另外，观察相位的曲线图中的实线的线L6可知：黑点所示的部位的相位充分远离-180度，系统稳定。
另外，在上述说明中，示出了在转向控制装置1中内置有马达10的例子，但本发明的转向控制装置也可以是仅是不内置马达的控制侧的装置。
应当认为，上述实施方式在所有方面都是例示的而非限制性的。本发明的范围不是由上述实施方式、而是由权利要求书来表示的，旨在包含与权利要求书等同的含义及范围内的所有变更。

Claims (5)

1.一种转向控制装置，其根据方向盘的旋转角而对驱动转向机构的马达的旋转角进行控制，其中，
该转向控制装置具有：
扭矩控制部，其将所述方向盘的旋转角作为指令值而对所述马达的扭矩进行控制；以及
相位超前处理部，其将所述马达的旋转角和角速度中的至少一方作为指令值而对该方向盘的扭矩进行反馈控制，针对整个频段中的包含所述方向盘与所述转向机构的共振频率在内的一部分的频段，使反馈的信号波形的相位超前。
2.根据权利要求1所述的转向控制装置，其中，
所述相位超前处理部进行角加速度的反馈控制作为所述反馈控制。
3.根据权利要求1或2所述的转向控制装置，其中，
所述相位超前处理部将所述共振频率下的相位超前量设为比其他频率下的相位超前量大的相位超前量。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的转向控制装置，其中，
所述相位超前处理部使所述信号波形的相位超前与车速对应的大小。
5.一种助力转向装置，其具有：
权利要求1至4中的任意一项所述的转向控制装置；
马达，其由所述转向控制装置进行控制；以及
助力转向机构，其由所述马达进行驱动。
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