CN111094113A - 电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够进行抑制了转向感的变化的辅助控制的电动助力转向装置。电动助力转向装置具备基于辅助对应图来输出与转向扭矩(Ts)及车速(Vs)相应的电流指令值(Iref1)的电流指令值运算部(31)。电流指令值运算部(31)具备对已传递到方向盘的警告用的振动所引起的、转向扭矩(Ts)中包含的振动成分进行抑制的振动成分抑制部(312)。

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。
背景技术
作为车辆用转向装置之一的电动助力转向装置(EPS)利用马达的旋转力来对车辆的转向系统赋予辅助力(转向辅助力)。EPS通过包括减速机构的传递机构来将由从逆变器供给的电力控制的马达的驱动力作为辅助力赋予给转向轴或齿条轴。
近年来，以紧急自动制动等为代表的用于减轻前方碰撞伤害或维持车道的车辆控制等行驶辅助、发出车道偏离警报等警报的高级驾驶辅助系统(ADAS：Advanced DriverAssistance System)、为了停车辅助、避险、自动转向等而需要的前置摄像头模块(FCM：Front Camera Module)、间隙声纳或后声纳等超声波传感器的搭载在不断发展。
例如公开了如下一种车道偏离警报装置：利用摄像机来监视车辆的前方或后方的路面状态，在探测到车辆偏离于路面上的白线时，使在方向盘的辐条处设置的振动用致动器来进行励振，向驾驶员发出车道偏离的警报(例如，专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平06-076200号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在上述现有技术中，车道偏离警报的振动成分叠加于进行辅助控制时的转向扭矩的检测值从而对辅助控制造成影响，转向感可能发生变化。
本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于提供一种能够进行抑制了转向感的变化的辅助控制的电动助力转向装置。
用于解决问题的方案
为了实现上述的目的，本发明的一个方式所涉及的电动助力转向装置基于辅助对应图来驱动马达，从而对车辆的转向系统进行辅助控制，其中，所述辅助对应图定义有与转向扭矩及车速相应的电流指令值，所述电动助力转向装置具备电流指令值运算部，该电流指令值运算部基于所述辅助对应图来输出与所述转向扭矩及所述车速相应的电流指令值，所述电流指令值运算部具备振动成分抑制部，该振动成分抑制部对已传递到方向盘的警告用的振动引起的、所述转向扭矩中包含的振动成分进行抑制。
根据上述结构，能够进行抑制了由于车道偏离警报等的警告用的振动所引起的振动成分而带来的转向感的变化的辅助控制。
作为电动助力转向装置的期望的方式，优选的是，所述电流指令值运算部将所述转向扭矩与所述振动成分抑制部的输出之间的差值乘以规定的增益系数后与所述电流指令值相加。
由此，能够得到由振动成分抑制部对衰减的频率成分和相位进行了补偿的电流指令值。
作为电动助力转向装置的期望的方式，优选的是，所述电流指令值运算部还具备增益系数运算部，该增益系数运算部生成与作为所述振动成分抑制部的输出的扭矩信号的绝对值相应的所述增益系数。
由此，能够提高电动助力转向装置中的辅助控制的稳定性。
作为电动助力转向装置的期望的方式，优选的是，所述增益系数运算部生成与所述扭矩信号的绝对值成正比的所述增益系数。
由此，能够提高电动助力转向装置中的辅助控制的稳定性。
作为电动助力转向装置的期望的方式，优选的是，所述增益系数运算部根据所述扭矩信号的绝对值来生成与所述辅助对应图的变化量近似的所述增益系数。
由此，能够在解除转向感的不协调感的同时、提高电动助力转向装置中的辅助控制的稳定性。
作为电动助力转向装置的期望的方式，优选的是，所述振动成分抑制部是1阶低通滤波器、2阶低通滤波器、陷波滤波器或者低通型陷波滤波器。
由此，得到抑制了转向扭矩中包含的车道偏离警报等的警告用的振动所引起的振动成分的扭矩信号，转向感的变化得以抑制。
发明的效果
根据本发明，能够提供能够进行抑制了转向感的变化的辅助控制的电动助力转向装置。
附图说明
图1是示出电动助力转向装置的一般结构的图。
图2是表示对电动助力转向装置进行控制的控制单元的硬件结构的示意图。
图3是表示电动助力转向装置中的控制单元的内部块结构的一例的图。
图4是表示辅助对应图的一例的图。
图5是表示实施方式1所涉及的电流指令值运算部的一个结构例的框图。
图6是表示振动成分抑制部的第一特性例的图。
图7是表示振动成分抑制部的第二特性例的图。
图8是表示振动成分抑制部的第三特性例的图。
图9是表示振动成分抑制部的第四特性例的图。
图10是说明方向盘被赋予振动的情况下的转向扭矩的图。
图11是说明与图10所示的转向扭矩相应的实质上的电流指令值的图。
图12是表示比较例的仿真结果的一例的图。
图13是表示实施方式1的仿真结果的一例的图。
图14是表示实施方式2所涉及的电流指令值运算部的一个结构例的框图。
图15是表示增益系数对应图的第一例的图。
图16是表示增益系数对应图的第二例的图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明用于实施发明的方式(下面称为实施方式)。此外，本发明不受下述的实施方式限定。另外，下述实施方式中的结构要素包括本领域技术人员能够容易地设想到的结构要素、实质上相同的结构要素这样的所谓等同的范围内的结构要素。并且，下述实施方式中公开的结构要素能够适当组合。
(实施方式1)
图1是示出电动助力转向装置的一般结构的图。按从驾驶员提供的力进行传递的顺序，电动助力转向装置经方向盘1的管柱轴(转向轴、方向盘轴)2、减速机构3、万向节4a、4b、齿轮齿条机构5、拉杆6a、6b后再经由轮毂单元7a、7b而与转向车轮8L、8R连结。另外，在具有扭杆的管柱轴2设置有用于检测方向盘1的转向扭矩Ts的扭矩传感器10以及用于检测转向角θh的转向角传感器14，对方向盘1的转向力进行辅助的马达20经由减速机构3而与管柱轴2连结。从蓄电池13向对电动助力转向装置进行控制的控制单元(ECU)30供给电力，并且，经点火钥匙11向该控制单元30输入点火钥匙信号。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Ts以及由车速传感器12检测出的车速Vs来进行辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，利用对电流指令值实施补偿等所得到的电压控制指令值Vref，来控制向马达20提供的电流。
摄像机15拍摄车辆的前方或后方的路面，将拍摄得到的图像信息Ms发送到控制单元30。作为摄像机15，例如例示出CCD摄像机。
控制单元30连接于用于发送和接收车辆的各种信息的CAN(Controller AreaNetwork：控制器局域网)40等车载网络。另外，控制单元30也能够连接于用于发送和接收CAN 40以外的通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN 41。
控制单元30主要由CPU(也包括MCU、MPU等)构成。图2是表示对电动助力转向装置进行控制的控制单元的硬件结构的示意图。
构成控制单元30的控制用计算机1100具备CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)1001、ROM(Read Only Memory：只读存储器)1002、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)1003、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM：电可擦除可编程ROM)1004、接口(I/F)1005、A/D(Analog/Digital：模拟/数字)变换器1006、PWM(PulseWidth Modulation：脉宽调制)控制器1007等，它们连接于母线。
CPU 1001是执行电动助力转向装置的控制用计算机程序(下面称为控制程序)来对电动助力转向装置进行控制的处理装置。
ROM 1002保存用于对电动助力转向装置进行控制的控制程序。另外，RAM 1003被用作用于使控制程序动作的工作存储器。EEPROM 1004中保存有由控制程序输入输出的控制数据等。在对控制单元30接通电源后，在解压缩到RAM 1003的控制用计算机程序中使用控制数据，并将控制数据在规定的定时重写到EEPROM 1004。
ROM 1002、RAM 1003以及EEPROM 1004等是保存信息的存储装置，CPU 1001是能够直接访问的存储装置(初级存储装置)。
A/D变换器1006被输入转向扭矩Ts、马达20的电流检测值Im以及转向角θh的信号等，将这些信号变换为数字信号。
接口1005与CAN 40连接。接口1005用于受理来自车速传感器12的车速V的信号(车速脉冲)。
PWM控制器1007基于针对马达20的电流指令值来输出UVW各相的PWM控制信号。
图3是表示电动助力转向装置中的控制单元的内部块结构的一例的图。
转向扭矩Ts和车速Vs被输入到电流指令值运算部31。电流指令值运算部31基于转向扭矩Ts和车速Vs，参照预先存储的辅助对应图，运算并输出作为向马达20提供的电流的控制目标值的电流指令值Iref1。在本实施方式中，辅助对应图是预先设定的，存储在ROM1002等存储装置中。
图4是表示辅助对应图的一例的图。辅助对应图是所谓的查找表。在图4所示的例子中，横轴表示转向扭矩Ts，纵轴表示电流指令值Iref1。在本实施方式中，辅助对应图具有电流指令值Iref1与转向扭矩Ts相应地变化的特性。另外，在本实施方式中，辅助对应图具有当车速高(快)时电流指令值Iref1变小、当车速低(慢)时电流指令值Iref1变大的特性。此外，在图4中，示出了某个固定车速下的特性。
车道偏离判定部34例如基于从摄像机15输入的图像信息Ms来判定车辆是否偏离了车道、或者是否存在车辆偏离车道的可能性(是否处于车道偏离状态)。在车辆处于车道偏离状态的情况下，车道偏离判定部34输出规定的励振信号VC。励振信号VC的尺度(dimension)是电流值。励振信号VC例如包含20[Hz]的正弦波。此外，励振信号VC的频率不限于此。另外，励振信号VC例如也可以是包含规定频率的基本波的方形波或三角波。另外，车道偏离判定部34只要能够判定是否处于车道偏离状态即可，本公开不受车道偏离判定部34的车道偏离判定手法限定。
加法部32A将来自车道偏离判定部34的励振信号VC与电流指令值Iref1相加。由此，得到在电流指令值Iref1上叠加励振信号VC后的电流指令值Iref2。然后，在电流指令值Iref1上叠加励振信号VC后得到的电流指令值Iref2被输入到电流限制部33。
电流限制部33对电流指令值Iref2的最大电流进行限制来生成电流指令值Irefm。减法部32B运算来自电流限制部33的电流指令值Irefm与从马达20侧反馈的电流检测值Im之间的偏差I(Irefm-Im)。
PI控制部35输出对电流指令值Irefm与电流检测值Im之间的偏差I(Irefm-Im)进行PI控制后得到的电压控制指令值Vref。
PWM控制部36基于电压控制指令值Vref，经由逆变器电路37来对马达20进行PWM驱动。
电流检测器38检测马达20的电流检测值Im，反馈给减法部32B。此外，逆变器电路37例如将场效应晶体管(Field Effect Transistor：(下面称为FET。))用作驱动元件，该逆变器电路37由FET的桥电路构成。
通过上述结构，在车道偏离判定部34判定为处于车道偏离状态的情况下，由马达20对方向盘1赋予振动。
图5是表示实施方式1所涉及的电流指令值运算部的一个结构例的框图。如图5所示，实施方式1所涉及的电流指令值运算部31具备辅助对应图部311、振动成分抑制部312、差运算部313、乘法部314以及加法部315。
转向扭矩Ts被输入到振动成分抑制部312。振动成分抑制部312输出抑制了转向扭矩Ts中包含的振动成分的扭矩信号Tsf。
转向扭矩Ts的检测值包含通过从上述的车道偏离判定部34输出的励振信号VC向方向盘1传递的警告用的振动所引起的振动成分。
图6是表示振动成分抑制部的第一特性例的图。图7是表示振动成分抑制部的第二特性例的图。图8是表示振动成分抑制部的第三特性例的图。图9是表示振动成分抑制部的第四特性例的图。在图6至图9所示的例子中，上图表示增益特性，下图表示相位特性。在图6至图9中，例示了对方向盘1赋予的振动成分为20[Hz]的正弦波成分的情况下的特性。
振动成分抑制部312例如可以是具有如图6所示的特性的1阶低通滤波器。另外，振动成分抑制部312例如也可以是具有如图7所示的特性的2阶低通滤波器。另外，振动成分抑制部312例如也可以是具有如图8所示的特性的陷波滤波器。另外，振动成分抑制部312例如也可以是具有如图9所示的特性的低通型陷波滤波器。振动成分抑制部312只要能够抑制转向扭矩Ts中包含的振动成分即可，本公开不受振动成分抑制部312的特性限定。
期望为以下方式：在励振信号VC包含方形波或三角波等基本波的谐波成分的情况下，振动成分抑制部312例如能够如图6所示的1阶低通滤波器、图7所示的2阶低通滤波器、或者图9所示的低通型陷波滤波器那样抑制比励振信号VC的基本波成分(例如，20[Hz])高的频率。
扭矩信号Tsf和车速Vs被输入到辅助对应图部311。辅助对应图部311使用图4所示的辅助对应图来输出与扭矩信号Tsf及车速Vs相应的电流指令值Irefa。
转向扭矩Ts和扭矩信号Tsf被输入到差运算部313。差运算部313运算并输出转向扭矩Ts与扭矩信号Tsf之间的扭矩差值(Ts-Tsf)。
乘法部314输出将扭矩差值(Ts-Tsf)乘以规定的增益系数K后得到的补偿信号CM。在本实施方式中，增益系数K是预先设定的，存储在ROM 1002等存储装置中。另外，增益系数K具有将扭矩差值(Ts-Tsf)的尺度从扭矩值变换为电流值的功能。
加法部315输出将电流指令值Irefa与补偿信号CM相加后得到的电流指令值Iref1。
在此，说明与不具备振动成分抑制部312、差运算部313、乘法部314以及加法部315的比较例之间的不同。
图10是说明方向盘被赋予振动的情况下的转向扭矩的图。图11是说明与图10所示的转向扭矩相应的实质上的电流指令值的图。在图10和图11所示的例子中，横轴表示转向扭矩Ts，纵轴表示电流指令值Iref1。另外，在图10和图11所示的例子中，虚线表示方向盘1未被赋予振动的情况下的电流指令值。
如图10中实线所示，在利用励振信号VC对方向盘1赋予了振动时，转向扭矩Ts与励振信号VC的振幅值相应地以固定的变动幅度ΔT发生变动。
另一方面，如图11所示，电流方向的变动幅度ΔI与转向扭矩Ts相应地变化。此时，去除振动成分的实质上的电流指令值为变动幅度ΔI的平均值(图11所示的点划线)。
即，在比较例中，在利用励振信号VC对方向盘1赋予了振动时，去除振动成分的实质上的电流指令值相对于方向盘1未被赋予振动的情况下的电流指令值产生偏差。特别是，在转向扭矩比较小的区域，与方向盘1未被赋予振动的情况之间的偏差变大，转向感发生变化。
另一方面，在本实施方式所涉及的结构中，为以下结构：使用抑制了励振信号VC所引起的振动成分的扭矩信号Tsf，来求出电流指令值Irefa。因此，能够使扭矩信号Tsf的变动幅度ΔT(参照图10)小。与此相伴地，电流方向的变动幅度ΔI(参照图11)变小，因此能够使方向盘1被赋予了振动时的实质上的电流指令值Irefa相对于方向盘1未被赋予振动的情况下的电流指令值Irefa的偏差小。
另外，在本实施方式所涉及的结构中，为以下结构：将从辅助对应图部311输出的电流指令值Irefa与使扭矩差值(Ts-Tsf)乘以规定的增益系数K后得到的变换为电流值的补偿信号CM相加。由此，得到由振动成分抑制部312对衰减的频率成分和相位进行了补偿的电流指令值Iref1。
图12是表示比较例的仿真结果的一例的图。图13是表示实施方式1的仿真结果的一例的图。在图12和图13中，横轴表示转向角θh，纵轴表示转向扭矩Ts。另外，在图12和图13中，虚线表示方向盘1未被赋予振动时的仿真结果，实线表示方向盘1被赋予了振动时的仿真结果。
如图12所示，在比较例中，方向盘1未被赋予振动的情况与方向盘1被赋予了振动的情况之差大。因此，在方向盘1未被赋予振动的情况与方向盘1被赋予振动的情况之间，转向感的变化变大。具体地说，与方向盘1未被赋予振动的情况相比，在方向盘1被赋予振动的情况下，特别是，从左回转(LB)向增加右转向(RA)转变、或者从右回转(RB)向增加左转向(LA)转变的转向角0附近的转向扭矩Ts的变化量变小。
另一方面，相对于比较例，在实施方式1的结构中，方向盘1未被赋予振动的情况与方向盘1被赋予振动的情况之差小。因此，相比于比较例，更能够抑制方向盘1未被赋予振动的情况与方向盘1被赋予振动的情况之间的转向感的变化。具体地说，相对于比较例，方向盘1被赋予振动的情况下的转向角0附近的转向扭矩Ts的变化量与方向盘1未被赋予振动的情况下的转向角0附近的转向扭矩Ts的变化量之差小。
此外，在本实施方式中，示出了在处于车道偏离状态的情况下车道偏离判定部34输出规定的励振信号VC、对方向盘1赋予振动的例子，但是不限于此，也可以是对方向盘1赋予车道偏离警报以外的警告用的振动的结构。
如以上所说明的那样，实施方式1所涉及的电动助力转向装置具备基于辅助对应图来输出与转向扭矩Ts及车速Vs相应的电流指令值Iref1的电流指令值运算部31。电流指令值运算部31具备对已传递到方向盘的警告用的振动所引起的、转向扭矩Ts中包含的振动成分进行抑制的振动成分抑制部312。
通过上述结构，能够进行抑制了由于车道偏离警报等的警告用的振动所引起的振动成分而带来的转向感的变化的辅助控制。
另外，电流指令值运算部31将转向扭矩Ts与作为振动成分抑制部312的输出的扭矩信号Tsf之间的差值(Ts-Tsf)乘以规定的增益系数K后与电流指令值Irefa相加。
由此，得到由振动成分抑制部对衰减的频率成分和相位进行了补偿的电流指令值Iref1。
(实施方式2)
图14是表示实施方式2所涉及的电流指令值运算部的一个结构例的框图。此外，对于与上述的实施方式1中说明的结构相同的结构部，标注相同的标记并省略重复的说明。在实施方式2中，在以下方面与实施方式1不同：根据扭矩信号Tsf的大小(绝对值|Tsf|)来改变要与扭矩差值(Ts-Tsf)相乘的增益系数K。
实施方式2所涉及的电流指令值运算部31a除了实施方式1的结构以外，还具备增益系数运算部316。增益系数运算部316包括绝对值运算部3161和增益系数对应部3162。
扭矩信号Tsf被输入到绝对值运算部3161。绝对值运算部3161运算并输出扭矩信号Tsf的绝对值|Tsf|。
扭矩信号Tsf的绝对值|Tsf|被输入到增益系数对应部3162。增益系数对应部3162基于扭矩信号Tsf的绝对值|Tsf|，参照预先存储的增益系数对应图，运算并输出要与从差运算部313输出的扭矩差值(Ts-Tsf)相乘的增益系数K。在本实施方式中，增益系数对应图是预先设定的，存储在ROM 1002等存储装置中。
图15是表示增益系数对应图的第一例的图。图16是表示增益系数对应图的第二例的图。增益系数对应图是所谓查找表。在图15和图16所示的例子中，横轴表示扭矩信号Tsf的绝对值|Tsf|，纵轴表示增益系数K。
在本实施方式中，增益系数对应图具有当扭矩信号Tsf的绝对值|Tsf|变大时增益系数K变大的特性。由此，能够提高电动助力转向装置中的辅助控制的稳定性。
在图15所示的例子中，增益系数对应图示出了如下特性：增益系数K为与扭矩信号Tsf的绝对值|Tsf|成正比的值。
在图16所示的例子中，增益系数对应图示出了如下特性：增益系数K为与扭矩信号Tsf的绝对值|Tsf|相应的辅助对应图(参照图4)的变化量(ΔIref1/ΔTs)的近似值。
此外，增益系数对应图只要具有能够提高电动助力转向装置中的辅助控制的稳定性的特性即可，本公开不受增益系数对应图的特性限定。
如以上所说明的那样，实施方式2所涉及的电动助力转向装置还具备生成与扭矩信号Tsf的绝对值|Tsf|相应的增益系数K的增益系数运算部316。
具体地说，增益系数运算部316生成与扭矩信号Tsf的绝对值|Tsf|成正比的增益系数K。
另外，具体地说，增益系数运算部316根据扭矩信号Tsf的绝对值|Tsf|来生成与辅助对应图的变化量近似的增益系数K。
由此，能够提高电动助力转向装置中的辅助控制的稳定性。
此外，在上述的实施方式中，说明了通过将来自车道偏离判定部34的励振信号VC与电流指令值Iref1相加来对方向盘1赋予振动的例子，但是不限于此，也可以是以下结构：另外设置对方向盘1进行励振的致动器，来对方向盘1赋予振动。
另外，也可以是以下方式：在车道偏离判定部34判定为不处于车道偏离状态从而没有输出励振信号VC的情况下，即，在方向盘1未被赋予警告用的振动成分的情况下，使振动成分抑制部312、差运算部313、乘法部314、加法部315以及增益系数运算部316无效化。
附图标记说明
1：方向盘；2：管柱轴；3：减速机构；4a、4b：万向节；5：齿轮齿条机构；6a、6b：拉杆；7a、7b：轮毂单元；8L、8R：转向车轮；10：扭矩传感器；11：点火钥匙；12：车速传感器；13：蓄电池；14：转向角传感器；15：摄像机；20：马达；30：控制单元(ECU)；31、31a：电流指令值运算部；32A：加法部；32B：减法部；33：电流限制部；34：车道偏离判定部；35：PI控制部；36：PWM控制部；37：逆变器电路；38：电流检测器；311：辅助对应图部；312：振动成分抑制部；313：差运算部；314：乘法部；315：加法部；316：增益系数运算部；1001：CPU；1005：接口；1006：A/D变换器；1007：PWM控制器；1100：控制用计算机(MCU)；3161：绝对值运算部；3162：增益系数对应部。

Claims (6)

1.一种电动助力转向装置，基于辅助对应图来驱动马达，从而对车辆的转向系统进行辅助控制，其中，所述辅助对应图定义有与转向扭矩及车速相应的电流指令值，
所述电动助力转向装置具备电流指令值运算部，该电流指令值运算部基于所述辅助对应图来输出与所述转向扭矩及所述车速相应的电流指令值，
所述电流指令值运算部具备振动成分抑制部，该振动成分抑制部对已传递到方向盘的警告用的振动所引起的、所述转向扭矩中包含的振动成分进行抑制。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述电流指令值运算部将所述转向扭矩与所述振动成分抑制部的输出之间的差值乘以规定的增益系数后与所述电流指令值相加。
3.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述电流指令值运算部还具备增益系数运算部，该增益系数运算部生成与作为所述振动成分抑制部的输出的扭矩信号的绝对值相应的所述增益系数。
4.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述增益系数运算部生成与所述扭矩信号的绝对值成正比的所述增益系数。
5.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述增益系数运算部根据所述扭矩信号的绝对值来生成与所述辅助对应图的变化量近似的所述增益系数。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述振动成分抑制部是1阶低通滤波器、2阶低通滤波器、陷波滤波器或者低通型陷波滤波器。
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