CN112739605A - 电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

电动助力转向装置至少根据转向扭矩来运算第1电流指令值，根据第1电流指令值对马达进行驱动，从而对转向系统进行辅助控制。电动助力转向装置具有：控制旋转位移计算部(101)，其在转向系统的转向角处于从转向系统能够取得的最大转向角至规定的阈值转向角为止的角度范围内的情况下，计算作为以阈值转向角为基准的转向角的转向角位移的控制旋转位移；控制转向角位移部(120)，其计算以与转向扭矩或齿条轴力的一方和控制旋转位移或转向角的一方的符号对应的校正量校正后的控制旋转位移，作为位移控制转向角；以及前馈控制部(160)，其输出与位移控制转向角和转向速度对应的第2电流指令值，将第2电流指令值与第1电流指令值相加来计算第3电流指令值，根据第3电流指令值来进行辅助控制。

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至少根据转向扭矩来运算电流指令值，根据电流指令值对马达进行驱动，对车辆的转向系统施加辅助力，并且为了抑制齿条端边缘接触时的冲击、撞击声(异常噪声)，进行降低辅助力而使反作用力增加来形成假想齿条端的控制，本发明尤其涉及一种高性能的电动助力转向装置，该电动助力转向装置通过在物理齿条端近前的假想齿条端附近减小齿条端控制输出(反作用力)来增加辅助力，驾驶员能够无压力地转向至齿条端，不会对车辆的转弯半径造成影响。
背景技术
在利用马达的旋转力将辅助力施加于车辆的转向系统的电动助力转向装置(EPS)中，将马达的驱动力经由减速器(减速比：N)而通过齿轮或皮带等传递机构作为辅助力施加于转向轴或齿条轴。为了准确地产生辅助力的扭矩，这样的现有的电动助力转向装置进行马达电流的反馈控制。反馈控制是以使电流指令值与马达电流检测值之差变小的方式调整马达施加电压，一般来说，通过调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比来进行马达施加电压的调整。
参照图1对电动助力转向装置的一般结构进行说明，转向盘1的柱轴(转向轴、转向盘轴)2经由减速齿轮3(齿轮比：N)、万向节4a和4b、齿轮齿条机构5、转向拉杆6a、6b，进一步经由轮毂单元7a、7b而与转向车轮8L、8R连结。另外，在柱轴2上设置有对转向盘1的转向扭矩Th进行检测的扭矩传感器10，另外，设置有对转向角θ进行检测的转向角传感器14，对转向盘1的转向力进行辅助的马达20经由减速齿轮3与柱轴2连结。从电池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，并且经由点火键11输入点火信号。控制单元30根据由扭矩传感器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，使用辅助映射图来进行辅助指令的电流指令值的运算，根据对运算出的电流指令值实施补偿等而得的电压控制值Vref来控制供给至马达20的电流。
控制单元30与收发车辆的各种信息的CAN(Controller Area Network：控制器局域网络)40连接，车速Vs也能够从CAN40接收。另外，控制单元30也能够与CAN40以外的对通信、模拟/数字信号、电波等进行收发的非CAN41连接。
在这样的电动助力转向装置中，控制单元30主要由CPU(Central ProcessingUnit：中央处理单元)(包含MPU(Micro Processor Unit：微处理器单元)或MCU(MicroController Unit：微控制器单元))构成，但当表示在该CPU内部通过程序执行的一般功能时，例如成为图2所示那样的结构。
参照图2对控制单元30的功能和动作进行说明，来自扭矩传感器10的转向扭矩Th和来自车速传感器12的车速Vs被输入到运算用于辅助控制的电流指令值Iref1的基本辅助特性运算部31，运算出的电流指令值Iref1被输入到减法部32而与马达电流检测值Im进行减法运算。作为减法部32中的减法结果的电流偏差ΔI(＝Iref1-Im)由PI控制等的电流控制部35控制，被电流控制的电压控制值Vref被输入到PWM控制部36而运算占空比，利用PWM信号经由逆变器37对马达20进行PWM驱动。马达20的马达电流值Im由马达电流检测器38检测，被输入到减法部32而进行反馈。在本例中，在马达20上连结有分析器等旋转角传感器25，检测并输出马达旋转角θm。另外，通过将马达旋转角θm与减速齿轮3的齿轮比(N)相乘，能够得到转向角θ。
在这样的电动助力转向装置中，如果在转向系统的最大转向角(齿条端)的附近通过马达附加较大的辅助扭矩，则在转向系统达到最大转向角的时刻产生较大的冲击，会产生撞击音(异常噪声)，驾驶员有可能感到不适或受到压力。另外，在本说明书中，“齿条端”是指形成齿轮齿条机构5的齿条到达了行程末端的状态、即转向角到达了转向系统能够取得的最大转向角或最小转向角的状态(换言之，转向角的绝对值成为转向系统能够取得的最大值的情况)。
因此，在日本特公平6-4417号公报(专利文献1)中公开了如下的电动式助力转向装置：该电动式助力转向装置具有转向角判定单元，该转向角判定单元判定转向系统的转向角成为比最大转向角提前规定值的值，并且该电动式助力转向装置具有校正单元，该校正单元在转向角成为比最大转向角提前规定值的值时，减小向马达提供的电力，从而使辅助扭矩减小。
另外，在日本特许第4115156号公报(专利文献2)中公开了如下的电动助力转向装置：确定调节机构是否接近端位置，在得知调节机构接近端位置的情况下，以减少转向辅助的方式控制驱动单元，为了确定调节机构接近端位置的速度，评价由位置传感器确定的调节速度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平6-4417号公报
专利文献2：日本特许第4115156号公报
专利文献3：WO2016/104569
专利文献4：WO2016/125773
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1所公开的电动式助力转向装置中，通过转向角成为比最大转向角提前规定值的值来减小电力，完全没有考虑转向速度等，因此无法进行微细的电流降低控制。另外，完全没有示出使马达的辅助扭矩减小的特性，未成为具体的结构。
另外，在专利文献2所公开的电动助力转向装置中，随着朝向终端而逐渐减少辅助控制量，但根据接近终端的速度来调整辅助控制量降低的速度，以充分地降低终端处的速度。但是，在专利文献2中仅示出了使根据速度降低的特性变化的情况，不基于物理模型。另外，由于不进行反馈控制，因此因路面状况(负载状态)而无法得到的特性或结果有可能发生变化。
为了解决这样的问题，本申请人在WO2016/104569(专利文献3)、WO2016/125773(专利文献4)等中提出了将转向系统的物理的粘弹性模型作为规范模型的方法。如图3所示，专利文献3和专利文献4的电动助力转向装置的概略结构是转向系统的粘弹性模型的结构，设置有假想齿条端控制部100，该假想齿条端控制部100输入转向角θ(或齿条轴位移)，输出作为齿条端控制用的齿条端控制输出(反作用力)的电流指令值Iref2，由假想齿条端控制部100运算出的电流指令值Iref2与基本辅助特性运算部31运算出的电流指令值Iref1通过加法部33相加，相加后的电流指令值Iref3被输入到减法部32。减法部32以后的辅助控制动作与图2所示的现有例的动作相同。
假想齿条端控制部100由以下部件构成：输入处理/判定部101，其输入转向角θ(或齿条轴位移)并进行处理，判定齿条端接近，根据假想齿条端控制部100开始运算的转向角，输出朝向物理齿条端的旋转位移来作为控制旋转位移θr，并且输出作为转向角θ的微分成分的转向速度ω；边缘接触冲击缓和控制部150，其输入控制旋转位移θr和转向速度ω，输出进行前馈(FF)处理的电流指令值Ireff；输出限制器102，其限制电流指令值Ireff的最大值；以及反转部(-1)103，其将被限制后的电流指令值Itefm反转。另外，边缘接触冲击缓和控制部150由以下部件构成：k0表151，其计算转向系统的弹簧常数k0；μ表152，其计算转向系统的粘性系数μ；乘法部153，其将控制旋转位移θr和弹簧常数k0相乘；乘法部154，其将转向速度ω和粘性系数μ相乘；以及加法部155，其将乘法部153和154的各乘法结果相加而输出电流指令值Ireff。
输入处理/判定部101包含参数设定部等，输入转向角θ，输出距控制开始位置的控制旋转位移θr和作为转向角θ的微分成分的转向速度ω。如图4的示意图所示，控制旋转位移θr表示从进行齿条端处理的控制开始位置(正负)至物理齿条端的角度位移，具有根据转向角θ向正方向增加并且向负方向减少的特性。
即，输入处理/判定部101在转向角θ处于从转向系统能够取得的最大转向角至规定的阈值转向角为止的角度范围、或者处于从转向系统能够取得的最小转向角至阈值转向角的角度范围内的情况下(换言之，在转向角θ的绝对值处于从转向系统能够取得的最大值至规定阈值的范围的情况下)，将以阈值转向角为基准的转向角θ的转向角位移计算为控制旋转位移θr。另外，输入处理/判定部101是权利要求书所记载的“控制旋转位移计算部”的一例，“控制开始位置”是权利要求书所记载的“阈值转向角”的一例。
假想齿条端设定于物理齿条端的近前，通过使假想齿条端尽可能地接近物理齿条端，能够增大转向范围。从输入处理/判定部101输出的控制旋转位移θr被输入到边缘接触冲击缓和控制部150内的k0表151、μ表152以及乘法部153，转向速度ω被输入到乘法部154。k0表151是计算转向系统的弹簧常数k0的数据表，如图5所示，具有根据控制旋转位移θr而在变化区域的中央部比较急剧地增加(非线性增加)的特性。另外，μ表152是计算转向系统的粘性系数μ的数据表，如图6所示，具有根据控制旋转位移θr而整体比较平缓地渐增(非线性增加)的特性。来自k0表151的弹簧常数k0在乘法部153中与控制旋转位移θr相乘(k0×θr)而被输入到加法部155，来自μ表152的粘性系数μ在乘法部154中与转向速度ω相乘(μ×ω)而被输入到加法部155，作为加法部155的加法结果(＝k0×θr+μ×ω)的电流指令值Ireff被输入到输出限制器102，最大值被限制后的电流指令值Irefm经由反转部(-1)103而作为校正用的齿条端控制输出(反作用力)输入到电流控制路径的加法部33。
这样，在现有的齿条端控制装置中，齿条端处的边缘接触冲击缓和控制成为与从开始控制的转向角起的旋转位移对应的功能，旋转位移越大，生成越大的输出，以能够防止边缘接触时的冲击和异常噪声。在该情况下，如果边缘接触冲击缓和控制的输出仍然较大，则电动助力转向的辅助扭矩变小，因此驾驶员无法转向至物理齿条端，车辆的最小旋转半径有可能变小。
即使在物理齿条端附近驾驶员的转向扭矩足够大时，也认为驾驶员转向至物理齿条端，使车辆以最小旋转半径进行转弯。此时，如果驾驶员以较低的转向速度进行转向，则能够减小与边缘接触时的冲击相伴的异常噪声等，以不会产生不适感。这里，由于边缘接触冲击缓和控制被设定为旋转位移越大而输出越大，因此通过以使输入到边缘接触冲击缓和控制的旋转位移的绝对值变小的方式进行校正，能够降低输出而增加辅助扭矩。通过适当地设定此时的校正量，即使到达物理齿条端，驾驶员也能够实现没有由边缘接触引起的冲击的转向。
本发明是鉴于上述那样的情况而完成的，本发明的目的在于提供一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置构成基于旋转位移的齿条端控制系统，根据转向扭矩、SAT(自正扭矩、齿条轴力)来调整输入到齿条端控制系统的旋转位移，在假想齿条端附近降低控制量，能够转向至齿条端，并且不会对车辆转向的转弯半径造成影响。
用于解决课题的手段
根据本发明的实施方式，提供一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置至少根据转向扭矩来运算第1电流指令值，根据第1电流指令值对马达进行驱动，从而对转向系统进行辅助控制。电动助力转向装置具有：控制旋转位移计算部，其在转向系统的转向角处于从转向系统能够取得的最大转向角至规定的阈值转向角为止的角度范围内的情况下，计算作为以阈值转向角为基准的转向角的转向角位移的控制旋转位移；控制转向角位移部，其计算以与转向扭矩或齿条轴力的一方和控制旋转位移或转向角的一方的符号对应的校正量校正后的控制旋转位移，作为位移控制转向角；以及前馈控制部，其输出与位移控制转向角和转向速度对应的第2电流指令值，将第2电流指令值与第1电流指令值相加来计算第3电流指令值，根据第3电流指令值来进行辅助控制。
发明效果
根据本发明的电动助力转向装置，构成基于物理模型的控制系统，根据转向扭矩、SAT来调整输入到粘弹性模型的位移，即使在具有边缘接触冲击缓和控制部的情况下，由于在假想齿条端附近降低齿条端控制输出(反作用力)，因此辅助力增加，能够转向至物理齿条端或者其最近距离，并且具有不会对车辆转向的转弯半径造成影响的优点。特别地，由于在控制转向角位移部设置有在规定的区域内限制位移转向角量的限制器，因此能够防止过度的补偿而减少转向不协调感，能够防止产生齿条端冲击的异常噪声。
附图说明
图1是示出电动助力转向装置的概要的结构图。
图2是示出电动助力转向装置的控制系统的结构例的框图。
图3是示出基于现有的粘弹性模型的齿条端控制的结构例的框图。
图4是示出齿条端控制的转向角与控制旋转位移的关系例的示意图。
图5是示出ko(弹簧常数)表的特性例的特性图。
图6是示出μ(粘性系数)表的特性例的特性图。
图7是示出本发明的结构例(第1实施方式)的框图。
图8的(A)和(B)是示出转向角速度运算部和转向角校正量运算部的特性例的特性图。
图9是示出变化率限制器的结构例的框图。
图10是示出变化率限制器的动作例的时序图。
图11的(A)和(B)是用于对限制器的限制区域进行说明的特性图。
图12是示出k0(弹簧常数)表的特性例的特性图。
图13是示出绝对转向角的计算例的结构图。
图14是示出本发明的动作例(第1实施方式)的流程图。
图15是示出位移用转向角运算部(A)的动作例的流程图。
图16是示出位移用转向角运算部(B)的动作例的流程图。
图17是示出前馈(FF)控制部的动作例的流程图。
图18是示出本发明的结构例(第2实施方式)的框图。
图19是示出本发明的结构例(第3实施方式)的框图。
图20是示出本发明的结构例(第4实施方式)的框图。
图21是示出本发明的结构例(第5实施方式)的框图。
图22是示出本发明的结构例(第8实施方式)的框图。
图23的(A)和(B)是示出转向角速度运算部和转向角校正量运算部的特性例的特性图。
图24是示出本发明的结构例(第9实施方式)的框图。
图25是示出增益部(变化率(P)控制部)的特性例的特性图。
图26是示出本发明的其他实施方式(第10实施方式)的框图。
图27是示出第10实施方式的动作例的线图。
图28的(A)是示出第11实施方式的控制转向角位移部120的结构例的框图，图28的(B)是增益设定部的特性例的特性图。
具体实施方式
本发明涉及为了抑制齿条端边缘接触时的冲击、异常噪声而产生齿条端控制输出(反作用力)来形成假想齿条端的控制，通过在假想齿条端附近减小齿条端控制输出(反作用力)，驾驶员能够无压力地转向至齿条端，不会对车辆的转弯半径造成影响。在反作用力变大的状态下，使用作为驾驶员想要增加转向的意图的转向扭矩进行检测，根据转向扭矩和转向速度进行校正，以使输入到边缘接触冲击缓和控制部的控制旋转位移的绝对值变小，从而减小反作用力，由此使辅助力增加而能够转向至齿条端。
齿条端处的边缘接触冲击缓和控制成为与从开始齿条端控制的转向角起的控制旋转位移对应的功能，控制旋转位移越大，生成越大的输出，以便能够防止边缘接触时的冲击和异常噪声。此时，如果边缘接触冲击缓和控制的输出仍然较大，则电动助力转向的辅助扭矩变小，因此驾驶员无法转向至物理齿条端，车辆的最小旋转半径有可能变大。在物理齿条端附近，即使在驾驶员的转向扭矩足够大时，也认为驾驶员转向至物理齿条端，使车辆以最小旋转半径进行转弯。此时，如果驾驶员以较低的转向速度进行转向，则能够减小与边缘接触时的冲击相伴的异常噪声等，以不会产生不适感。这里，本发明中的边缘接触冲击缓和控制部被设定为控制旋转位移越大而输出越大，因此通过进行校正以使输入到边缘接触冲击缓和控制部的控制旋转位移的绝对值变小，能够降低边缘接触冲击缓和控制输出而增加辅助控制量(辅助扭矩)。此时，通过适当地设定校正量，即使到达物理齿条端，驾驶员也能够实现没有由边缘接触引起的冲击的转向。
在本发明中，计算与转向扭矩和转向角符号(转向角的正负)对应的目标转向速度，针对目标转向速度与实际转向速度的速度偏差，通过PID(Proportional-Integral-Differential：比例积分微分)(或者至少PID之一)控制器来求出第1旋转位移校正量(位移用转向角)(反馈(FB)形式的A侧)。当校正量的变化量过大时，在到达物理齿条端时产生冲击，因此针对校正量设置变化率限制器。另外，为了不使校正量的绝对值过大，在校正量计算路径上设置限制器。进而，针对与转向扭矩和转向角符号(转向角的正负)对应的转向角校正量求出第2旋转位移校正量(位移用转向角)，并且当校正量的变化量过大时，在到达物理齿条端时产生冲击，因此在校正量计算路径中设置变化率限制器(前馈(FF)形式的B侧)。与A侧相同，为了不使校正量的绝对值过大，针对校正量设置限制器。
接着，将第1旋转位移校正量和第2旋转位移校正量相加而求出旋转位移校正量(位移转向角量)，根据旋转位移校正量来对输入到包含边缘接触冲击缓和控制部的FF控制部的控制旋转位移进行校正。通过根据校正后的控制旋转位移(位移控制转向角)来计算边缘接触冲击缓和控制的输出(边缘接触冲击缓和电流指令值)，降低输出。由此，反作用力变小，辅助力恢复，因此能够转向至物理齿条端。
FF侧(A侧)的第1旋转位移校正量是通过在转向扭矩上乘以控制旋转位移的符号，根据以在转向增加时为“正”、在转向返回时为“负”的值的方式标准化后的标准化转向扭矩来计算。标准化转向扭矩越大，设定为越大的标准化目标转向速度。标准化目标转向速度是以转向增加时的转向速度为“正”、转向返回时的转向速度为“负”的方式定义的转向速度，在放手(转向扭矩大致为0)时，由于路面的反作用力，转向盘向中心方向返回，因此标准化目标转向速度为负值。通过将控制旋转位移的符号与标准化目标转向速度相乘，计算实际符号的目标转向速度。针对计算出的目标转向速度与实际转向速度的速度偏差，应用PID控制中的至少一个来求出旋转位移校正量。标准化目标转向速度的最大值设定为即使到达物理齿条端也不会产生冲击的值。
另外，FF侧(B侧)的第2旋转位移校正量也是对与转向扭矩对应的量乘以控制旋转位移的符号而作为校正量。如果过度校正第1旋转位移校正量和第2旋转位移校正量，则虽然控制旋转位移为“正”，但校正后的控制旋转位移为“负”。在控制旋转位移为“正”的状态下，输出“负”的值作为边缘接触冲击缓和控制的输出，这不符合边缘接触冲击缓和控制的功能目的，因此设置使在控制旋转位移为“正”时校正后的控制旋转位移不成为“负”这样的限制器。该限制器可以针对第1旋转位移校正量和第2旋转位移校正量分别设置，也可以在将第1旋转位移校正量和第2旋转位移校正量相加之后设置。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。齿条轴力和柱轴扭矩是等价的，在本发明中，在反作用力变大的状态下，使用作为驾驶员想要增加转向的意图的转向扭矩或齿条轴力来进行检测，调整输入到边缘接触冲击缓和控制部的位移控制转向角，降低反作用力，能够转向至齿条端(最近距离)。
图7与图3对应地示出本发明的实施方式的一例(第1实施方式)，设置有输入转向角θ和转向扭矩Th而输出电流指令值Iref2的假想齿条端控制部100A，假想齿条端控制部100A由以下部件构成：输入处理/判定部101，其输入转向角θ来判定齿条端，输出控制旋转位移θr和转向速度ω；控制转向角位移部120，其输入控制旋转位移θr、转向速度ω以及转向扭矩Th，输出位移控制用的位移控制转向角θrs；以及前馈(FF)控制部160，其输入来自输入处理/判定部101的转向速度ω和来自控制转向角位移部120的位移控制转向角θrs，输出电流指令值Iref2，FF控制部160由以下部件构成：与上述同样的边缘接触冲击缓和控制部150；输出限制器161，其限制来自边缘接触冲击缓和控制部150的边缘接触冲击缓和电流指令值Ireff的最大值；以及反转部(-)162，其将最大值被限制后的电流指令值Irefm反转，输出校正用的电流指令值Iref2。另外，由输出限制器161和反转部162构成输出控制部。
控制转向角位移部120具有：编码部126，其判定控制旋转位移θr的正负符号而输出符号SN；A侧的位移用转向角运算部(A)124A，其根据符号SN、转向扭矩Th以及转向速度ω来计算FB功能的位移用转向角θa3；以及B侧的位移用转向角运算部(B)124B，其根据符号SN和转向扭矩Th来计算FF功能的位移用转向角θb4。控制转向角位移部120还具有：加法部125，其将A侧的位移用转向角θa3和B侧的位移用转向角θb4相加而输出位移转向角量θt；以及减法部122，其从控制旋转位移θr中减去位移转向角量θt而输出位移控制转向角θrs(＝θr-θt)。由加法部125和减法部122构成位移控制部。编码部126也可以输入转向角θ而输出符号SN。
位移用转向角运算部(A)124A由以下部件构成：乘法部124A-1，其将转向扭矩Th和符号SN相乘；目标转向角速度运算部124A-2，其根据乘法部124A-1的乘法结果(Th×SN)，以图8的(A)所示的特性运算并输出目标转向角速度ωra1；乘法部124A-3，其将目标转向角速度ωra1和符号SN相乘；减法部124A-4，其从作为乘法部124A-3的乘法结果(ωra1×SN)的目标转向角速度ωra2中减去转向速度ω而求出速度偏差ωra3；比例处理部124A-5，其对速度偏差ωra3进行比例控制(比例(P)、积分(I)、微分(D)中的至少一个即可)；变化率限制器124A-6，其对比例控制后的位移运算用角度θa1进行变化率限制处理(圆滑化)；以及限制器124A-7，其限制由变化率限制器124A-6进行了变化率限制处理后的位移运算用角度θa2的位移量，输出位移用转向角θa3。另外，位移用转向角运算部(B)124B由以下部件构成：乘法部124B-1，其将转向扭矩Th和符号SN相乘；转向角校正量运算部124B-2，其根据乘法部124B-1的乘法结果(Th×SN)，以图8的(B)所示的特性运算而输出转向角校正量θb1；乘法部124B-3，其将符号SN与从转向角校正量运算部124B-2输出的位移运算用角度θb1相乘而输出位移运算用角度θb2；变化率限制器124B-4，其对从乘法部124B-3输出的位移运算用角度θb2进行变化率限制处理(圆滑化)；以及限制器124B-5，其限制由变化率限制器124B-4进行了变化率限制处理后的位移运算用角度θb3的位移量，输出位移用转向角θb4。变化率限制器124A-6和变化率限制器124B-4不是必须的。
另外，目标转向角速度运算部124A-2也可以根据齿条轴力和符号SN的乘法结果来运算而输出目标转向角速度ωra1，而代替根据转向扭矩Th和符号SN的乘法结果(Th×SN)进行运算。另外，位移用转向角运算部(B)124B也可以根据齿条轴力和符号SN的乘法结果来运算而输出转向角校正量θb1，而代替根据转向扭矩Th和符号SN的乘法结果(Th×SN)进行运算。在其他实施方式中也同样。
在位移用转向角运算部(A)124A中，目标转向角速度运算部124A-2根据转向扭矩Th和符号SN的乘法结果来运算而输出目标转向角速度ωra1，目标转向角速度ωra1被输入到乘法部124A-3而与符号SN相乘，作为乘法结果的目标转向角速度ωra2在减法部124A-4中减去转向速度ω来计算速度偏差ωra3，速度偏差ωra3经由比例控制部(P)124A-5而被转换处理为位移运算用角度θa1，位移运算用角度θa1被输入到变化率限制器124A-6，变化率限制处理后的位移运算用角度θa2进一步被输入到限制器124A-7，而输出位移量被限制后的位移用转向角θa3。另外，在位移用转向角运算部(B)124B中，转向角校正量运算部124B-2根据转向扭矩Th和符号的乘法结果来运算而输出转向角校正量θb1，转向角校正量θb1被输入到乘法部124B-3而与符号SN相乘，作为乘法结果的位移运算用角度θb2被输入到变化率限制器124B-4，变化率限制处理后的位移运算用角度θb3进一步被输入到限制器124B-5，而输出位移量被限制后的位移用转向角θb4。
另外，在位移用转向角运算部(A)124A和位移用转向角运算部(B)124B中，将转向扭矩Th和控制旋转位移θr的符号SN相乘的理由在于，将转向扭矩Th和控制旋转位移θr一致的情况(转向增大时)的转向扭矩Th定义为“正”，将转向扭矩Th和控制旋转位移θr不一致的情况(转向返回时)的转向扭矩Th定义为“负”。另外，虽然利用位移用转向角运算部(A)124A和位移用转向角运算部(B)124B分别进行转向扭矩Th和控制旋转位移θr的符号SN的乘法运算，但也可以由一个乘法部兼用作A侧和B侧。
变化率限制器124A-6和124B-4是相同的结构，角度的急剧变化是控制常数的急剧变动和控制输出的急剧变动，因此限制控制周期间的变化量而成为平滑的输出。这里，对变化率限制器124A-6进行说明，但变化率限制器124B-4也是同样的。
如图9所示，在变化率限制器124A-6的结构中，位移运算用角度θa1被加法输入到减法部124-1，由减法部124-1进行与来自保持部(Z-1)124-4的过去值的减法运算，作为减法结果的角度θa1n被变化量设定部124-2限制上限和下限而输出变化量θa1m。变化量设定部124-2使变化量不超过所设定的上限和下限，其特性是在每个运算周期T中用上限和下限来限制输入角度θa1与过去值的差值，求出限制后的变化量θa1m与过去值的相加值，在该相加值处于变化量设定部124-2的上限和下限的范围外的情况下，用上限和下限来限制差值θa1n，重复进行与所限制的过去值的相加计算，由此使输出θa2呈图10所示那样的阶梯状地变化，最终使输出θa2与所输入的位移运算用角度θa1一致。另外，在与输入(角度)θa1的差值处于变化量设定部124-2的上限和下限的范围内的情况下，输出变化量θa1m＝差值θa1n并与过去值相加，因此其结果为输出θa2与输入(角度)θa1一致。它们的结果为，即使位移运算用角度θa1急剧地变化，也能够使急剧变化的位移运算用角度θa1平滑地变化，防止急剧的转向角的变化(＝急剧的转向)。
在上述的变化率限制器124A-6和124B-4的后段分别设置有图11的(A)和(B)所示的特性的限制器124A-7和124B-5。限制器124A-7和124B-5都具有限制位移量的功能，限制器124A-7是限制图11的(A)的斜线部的区域，限制器124B-5是限制图11的(B)的斜线部的区域。如果过度地位移，则反作用力变小，转向速度急剧变快，对于驾驶员来说不协调。为了防止这种情况，通过限制器来限制位移量。限制器124A-7在正侧和负侧具有不同的特性，正侧的限制值变大。另外，限制器124B-5是仅在正侧设置有限制值，负侧成为全部截止的特性。即，在控制旋转位移θr为正的情况下，限制器124A-7的特性如图11的(A)所示，在位移运算用角度θa2的正侧(θa2＞0)始终为正值(θa2)，非线性地逐渐变大，在位移运算用角度θa2的负侧(θa2＜0)以比正侧小的非线性特性逐渐变大。限制器124B-5的特性如图11的(B)所示，在位移运算用角度θb3的正侧(θb3＞0)始终为正值(θb4)，非线性地逐渐变大，在位移运算用角度θb3的负侧(θb3＜0)始终为“0”。
另外，在控制旋转位移θr为负的情况下，限制器124A-7和限制器124B-5的特性分别是将图11的(A)和图11的(B)的原点旋转180°后的特性。
来自被限制器124A-7限制了位移量的位移用转向角运算部(A)124A的位移用转向角θa3与来自被限制器124B-5限制了位移量的位移用转向角运算部(B)124B的位移用转向角θb4在加法部125中相加，作为加法部125的加法结果的位移转向角量θt(＝θa3+θb4)被输入到减法部122，减法部122从控制旋转位移θr中减去位移转向角量θt，计算位移后的位移控制转向角θrs，位移控制转向角θrs被输入到FF控制部160内的边缘接触冲击缓和控制部150。
位移控制转向角θrs被输入到边缘接触冲击缓和控制部150内的k0表151、μ表152以及乘法部153，转向速度ω被输入到乘法部154。k0表151的弹簧常数k0具有图12所示那样的S字状的渐增特性，根据位移控制转向角θrs的增加而逐渐增大，μ表152的粘性系数μ具有图12所示那样的平缓的曲线状的渐增特性，根据位移控制转向角θrs的增加而逐渐增大。与位移控制转向角θrs相对应地从k0表151输出的弹簧常数k0在乘法部153中与位移控制转向角θrs相乘而被输入到加法部155，与位移控制转向角θrs相对应地从μ表152输出的粘性系数μ在乘法部154中与转向速度ω相乘而被输入到加法部155。作为加法部155中的加法结果的边缘接触冲击缓和电流指令值Ireff经由输出限制器161和反转部162的电流输出部而作为电流指令值Iref2被输入到加法部33。利用加法部33对电流指令值Iref1进行校正，校正后的电流指令值Iref3作为新的电流指令值被加法输入到减法部32。
输入到假想齿条端控制部100A的转向角θ能够从旋转角传感器25获得，但也可以从图13所示那样的结构的角度传感器取得。在柱轴2的转向盘1侧的输入轴2A上安装有作为角度传感器的霍尔IC传感器21和扭矩传感器输入侧转子的20°转子传感器22。霍尔IC传感器21输出296°周期的AS_IS角度θh。安装于比扭杆23靠转向盘1侧的20°转子传感器22输出20°周期的柱输入侧角度信号θs，柱输入侧角度信号θs被输入到转向角运算部50。另外，在柱轴2的输出轴2B上安装有扭矩传感器输出侧转子的40°转子传感器24，从40°转子传感器24输出柱输出侧角度信号θr，柱输出侧角度信号θr被输入到转向角运算部50。这样检测出的柱输入侧角度信号θs和柱输出侧角度信号θr被输入到转向角运算部50，从而运算转向角θ。
如上所述，位移用转向角运算部(A)124A输出与目标转向角速度ωra1对应的位移用转向角θa3，减法部122通过从控制旋转位移θr中减去位移用转向角θa3来减小冲击缓和电流指令值Ireff。因此，通过转向角速度来限制使冲击缓和电流指令值Ireff减小的条件，在转向角速度较大的情况下，通过减小冲击缓和电流指令值Ireff，能够防止由于边缘接触而产生冲击音。
另外，位移用转向角运算部(B)124B输出与基于转向扭矩Th的转向角校正量对应的位移用转向角θb4，减法部122通过从控制旋转位移θr中减去位移用转向角θb4来减小冲击缓和电流指令值Ireff。因此，在转向扭矩Th某种程度地增大时，能够减小冲击缓和电流指令值Ireff，能够避免冲击缓和控制开始时的电流指令值的急剧变化，从而能够抑制不适感。
另外，控制转向角位移部120不需要一定具有位移用转向角运算部(A)124A和位移用转向角运算部(B)124B双方，只要具有任意一方即可。在其他实施方式中也同样。
在这样的结构中，参照图14的流程图对其动作例(第1实施方式)进行说明。
首先，输入转向扭矩Th、车速Vs以及转向角θ(步骤S1)，由基本辅助特性运算部31运算电流指令值Iref1(步骤S2)。输入处理/判定部101根据转向角θ运算并输出转向速度ω和控制旋转位移θr(步骤S3)。转向速度ω被输入到控制转向角位移部120内的减法部124A-4和边缘接触冲击缓和控制部150内的乘法部154，控制旋转位移θr被输入到控制转向角位移部120内的编码部126，并且被加法输入到减法部122。编码部126判定控制旋转位移θr的符号(正负)而输出符号SN(步骤S4)。符号SN被输入到位移用转向角运算部124A内的乘法部124A-1和乘法部124A-3、以及位移用转向角运算部124B内的乘法部124B-1和乘法部124B-3。
转向扭矩Th被输入到位移用转向角运算部124A内的乘法部124A-1和位移用转向角运算部124B内的乘法部124B-1，分别与符号SN相乘。乘法部124A-1中的乘法结果被输入到位移用转向角运算部124A内的目标转向角速度运算部124A-2，以图8的(A)所示那样的特性来运算目标转向角速度ωra1，如后所述，运算并输出FB侧的位移用角度θa3(步骤S10)，并且乘法部124B-1中的乘法结果被输入到位移用转向角运算部124B内的转向角校正量运算部124B-2，以图8的(B)所示那样的特性来运算转向角校正量θb1，如后所述，运算并输出FF侧的位移用角度θb4(步骤S20)。来自位移用转向角运算部124A的位移用角度θa3和来自位移用转向角运算部124B的位移用角度θb4被输入到加法部125并进行加法运算(步骤S30)，加法运算后的位移用转向角θt被减法输入到减法部122。减法部122从控制旋转位移θr中减去位移用转向角θt来运算位移控制转向角θrs(步骤S31)，位移控制转向角θrs被输入到FF控制部160内的边缘接触冲击缓和控制部150，使用转向速度ω来进行边缘接触冲击缓和处理(步骤S40)。
边缘接触冲击缓和处理后的电流指令值Ireff被输出限制器161限制最大值，最大值被限制后的电流指令值Irefm由反转部162反转(-1)而作为电流指令值Iref2被输入到加法部33(步骤S50)。在加法部33中，将电流指令值Iref1和Iref2相加来运算电流指令值Iref3(步骤S51)，根据电流指令值Iref3来实施转向系统的辅助控制(步骤S52)。
接着，参照图15的流程图对FB侧的位移用转向角运算部124A的动作例(图14的步骤S10)进行说明。
首先，来自转向扭矩Th和编码部126的符号SN被输入到乘法部124A-1(步骤S11)，在乘法部124A-1中进行乘法运算(步骤S12)。乘法部124A-1中的乘法结果被输入到目标转向角速度运算部124A-2，目标转向角速度运算部124A-2以图8的(A)所示那样的特性来运算目标转向角速度ωra1(步骤S13)，目标转向角速度ωra1被输入到乘法部124A-3而与符号SN相乘(步骤S14)，作为乘法结果的目标转向角速度ωra2被加法输入到减法部124A-4，运算与转向速度ω的速度偏差ωra3(步骤S15)。速度偏差ωra3被输入到比例部124A-5来进行比例控制(步骤S16)，作为其输出的位移运算用角度θa1由变化率限制器124A-6进行变化率限制处理(步骤S17)，变化率限制处理后的位移运算用角度θa2被输入到限制器124A-7，实施上述的限制处理(步骤S18)。从限制器124A-7输出位移量被限制后的位移用转向角θa3(步骤S19)。
接着，参照图16的流程图对FF侧的位移用转向角运算部124B的动作例(图14的步骤S20)进行说明。
首先，来自转向扭矩Th和编码部126的符号SN被输入到乘法部124B-1(步骤S21)，在乘法部124B-1中进行乘法运算(步骤S22)。乘法部124B-1中的乘法结果被输入到转向角校正量运算部124B-2，转向角校正量运算部124B-2以图8的(B)所示那样的特性来运算转向角校正量θb1(步骤S23)，转向角校正量θb1被输入到乘法部124B3而与符号SN相乘(步骤S24)，作为乘法结果的位移运算用角度θb2被输入到变化率限制器124B-4来进行变化率限制处理(步骤S25)，变化率限制处理后的位移运算用角度θb3被输入到限制器124B-5，实施上述的限制处理(步骤S26)。从限制器124B-5输出位移量被限制后的位移用转向角θb4(步骤S27)。
接着，参照图17对FF(前馈)控制部160的动作例(图14的步骤S40)进行说明。
首先，从控制转向角位移部120输入位移控制转向角θrs，并且从输入处理/判定部101输入转向速度ω(步骤S41)，以图12所示的特性在k0表151中运算弹簧常数k0(步骤S42)，在μ表152中运算粘性系数μ(步骤S43)。该运算顺序也可以相反。弹簧常数k0被输入到乘法部153而与位移控制转向角θrs相乘，粘性系数μ被输入到乘法部154而与转向速度ω相乘(步骤S44)。乘法部153和154的各乘法结果被输入到加法部155来进行加法运算(步骤S45)，加法结果作为边缘接触冲击缓和电流指令值Ireff被输出(步骤S46)。边缘接触冲击缓和电流指令值Ireff由输出限制器161实施限制处理(步骤S47)，限制处理后的电流指令值Irefm由反转部162反转(步骤S48)而作为电流指令值Iref2输出(步骤S49)。
在上述第1实施方式中，在变化率限制器124A-6和124B-4的后段分别设置有位移量限制用的限制器124A-7和124B-5，但如图18所示，也可以在变化率限制器124A-6和124B-4的前段分别设置有限制器124A-7和124B-5(第2实施方式)。另外，如图19所示，图18所示的第2实施方式的位移用转向角运算部(A)124A也可以将限制器124A-7配置于比例控制部124A-5的前段，限制向比例控制部124A-5输入的位移运算用角度θa4(第3实施方式)。此外，也可以删除图7的第1实施方式的位移用转向角运算部124A和124B内的限制器124A-7和124B-5，如图20所示，通过加法部125将来自变化率限制器124A-6的位移用转向角θa2和来自变化率限制器124B-4的位移用转向角θb3相加，由限制器127限制相加后的位移用转向角θta，将位移被量限制后的位移转向角量θtb输入到减法部122(第4实施方式)。
在上述的第1实施方式～第4实施方式中，μ表152均根据位移控制转向角θrs来运算粘性系数μ，但也可以如图21所示，与图7对应地根据控制旋转位移θr来运算粘性系数μ(第5实施方式)。在该第5实施方式中，限制器的配置也能够与第2实施方式～第4实施方式同样地适当变更。
另外，在上述的第1实施方式～第5实施方式中，具有位移用转向角运算部(A)124A和位移用转向角运算部(B)124B这两者，但也可以仅具有位移用转向角运算部(A)124A(第6实施方式)，或者也可以仅具有位移用转向角运算部(B)124B(第7实施方式)。另外，也可以适当组合第1实施方式～第7实施方式。
图22与图7对应地示出本发明的第8实施方式，在第8实施方式中，将车速Vs作为参数输入到目标转向角速度运算部124A-2和转向角校正量运算部124B-2。例如如图23的(A)所示，第8实施方式的目标转向角速度运算部124A-2具有随着车速Vs变高而目标转向角速度ωra1变小的特性，例如如图23的(B)所示，转向角校正量运算部124B-2具有随着车速Vs变高而转向角校正量θb1变小的特性。特性也可以相对于车速Vs相反。
在上述第8实施方式中，使目标转向角速度运算部124A-2和转向角校正量运算部124B-2的各输出特性与车速Vs相呼应，但如图24所示，也可以为，在乘法部124B-3的后段即变化率限制器124B-4的前段设置增益部124B-6，使比例控制部(P)124A-5和增益部124B-6能够与车速Vs相呼应地变化(第9实施方式)。与车速Vs对应的增益部124B-6的特性例如如图25所示随着车速Vs变高而增益G呈线性(#1)或非线性(#2)变小。特性也可以是随着车速Vs变高而增益G呈线性或非线性变大。比例控制部(P)124A-5也同样，具有与车速Vs相呼应的特性。在第9实施方式中，限制器的配置也能够适当变更。
在上述第9实施方式中，增益能够根据车速Vs变化，但也可以如图26所示，能够根据控制旋转位移θr使比例控制部124A-5和增益部124B-6变化(第10实施方式)。即，在第10实施方式中，比例控制部124A-5和增益部124B-6具有与控制旋转位移θr相呼应的特性。根据第10实施方式，如图27所示，能够仅以规定转向角θr1以上接近齿条端时使控制旋转位移移位。在第10实施方式中，限制器的配置也能够适当变更。
图28的(A)是示出第11实施方式的控制转向角位移部120的结构例的框图。控制转向角位移部120也可以根据转向扭矩Th和符号SN的乘法结果(Th×SN)来确定校正增益G，计算根据校正增益G校正后的控制旋转位移θr来作为位移控制转向角θrs。
第11实施方式的控制转向角位移部120具有：乘法部124C-1，其将转向扭矩Th和符号SN相乘；增益设定部124C-2，其根据乘法部124C-1的乘法结果(Th×SN)，以图28的(B)所示那样的特性设定增益G；以及乘法部124C-3，其将增益G与控制旋转位移θr相乘来计算位移控制转向角θrs。与其他实施方式相同，也可以适当地具有限制增益G及其变化速度的限制器和变化率限制器。根据第11实施方式，也能够根据转向扭矩Th减小控制旋转位移θr而使冲击缓和电流指令值Ireff减小。
本发明也能够应用于转向盘与使轮胎转向的机构分离的线控转向装置。
标号说明
1：转向盘；2：柱轴(转向轴、转向盘轴)；10：扭矩传感器；12：车速传感器；13：电池；14：转向角传感器；20：马达；30：控制单元(ECU)；31：基本辅助特性运算部；35：电流控制部；36：PWM控制部；100、100A～100F：假想齿条端控制部；101：输入处理/判定部；120：控制转向角位移部；124A、124B：位移用转向角运算部；124A-2：目标转向角速度运算部；124B-2：转向角校正量运算部；124C-2：增益设定部；124A-6、124B-4：变化率限制器；124A-7、124B-5：限制器；124B-6：增益部；126：编码部；127：限制器；150：边缘接触冲击缓和控制部；151：k0(弹簧常数)表；152：μ(粘性系数)表；160：前馈(FF)控制部。

Claims (15)

1.一种电动助力转向装置，其至少根据转向扭矩来运算第1电流指令值，根据所述第1电流指令值对马达进行驱动，从而对转向系统进行辅助控制，其特征在于，
所述电动助力转向装置具有：
控制旋转位移计算部，其在所述转向系统的转向角处于从所述转向系统能够取得的最大转向角至规定的阈值转向角为止的角度范围内的情况下，计算控制旋转位移，该控制旋转位移是以所述阈值转向角为基准的所述转向角的转向角位移；
控制转向角位移部，其计算以与所述转向扭矩或齿条轴力的一方和所述控制旋转位移或所述转向角的一方的符号对应的校正量校正后的所述控制旋转位移，作为位移控制转向角；以及
前馈控制部，其输出与所述位移控制转向角和转向速度对应的第2电流指令值，
将所述第2电流指令值与所述第1电流指令值相加来计算第3电流指令值，根据所述第3电流指令值来进行所述辅助控制。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述控制转向角位移部根据所述转向扭矩或所述齿条轴力的一方和所述控制旋转位移或所述转向角的一方的符号来运算目标转向角速度，根据所述目标转向角速度以及所述转向速度的速度偏差来运算第1位移用转向角，计算以所述第1位移用转向角位移后的所述控制旋转位移，作为所述位移控制转向角。
3.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述控制转向角位移部根据所述转向扭矩或所述齿条轴力的一方和所述控制旋转位移或所述转向角的一方的符号来运算转向角校正量，根据所述转向角校正量来运算第2位移用转向角，计算以所述第2位移用转向角位移后的所述控制旋转位移，作为所述位移控制转向角。
4.根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述控制转向角位移部根据所述转向扭矩或所述齿条轴力的一方和所述控制旋转位移或所述转向角的一方的符号来确定校正增益，计算以所述校正增益校正后的所述控制旋转位移，作为所述位移控制转向角。
5.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述控制转向角位移部具有第1位移用转向角运算部，该第1位移用转向角运算部根据所述转向扭矩及所述符号的乘法结果或者所述齿条轴力及所述符号的乘法结果来计算所述目标转向角速度，通过将所述速度偏差作为输入的比例控制、积分控制以及微分控制中的至少一者来运算所述第1位移用转向角。
6.根据权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述第1位移用转向角运算部利用第1限制器限制位移运算用角度，来运算所述第1位移用转向角，该位移运算用角度是通过将所述速度偏差作为输入的比例控制、积分控制以及微分控制中的至少一者运算出的，
所述第1限制器在所述位移运算用角度的正区域和负区域具有不同的特性。
7.根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述控制转向角位移部根据所述转向扭矩及所述符号的乘法结果或者所述齿条轴力及所述符号的乘法结果、和车速来运算所述目标转向角速度。
8.根据权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述第1位移用转向角运算部将所述速度偏差作为输入，通过与车速相呼应的特性的比例控制、积分控制以及微分控制中的至少一者来运算所述第1位移用转向角。
9.根据权利要求5所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述第1位移用转向角运算部将所述速度偏差作为输入，通过与所述控制旋转位移相呼应的特性的比例控制、积分控制以及微分控制中的至少一者来运算所述第1位移用转向角。
10.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述控制转向角位移部具有第2位移用转向角运算部，该第2位移用转向角运算部利用第2限制器限制所述转向角校正量，来运算所述第2位移用转向角，该所述转向角校正量是根据所述转向扭矩及所述符号的乘法结果或者所述齿条轴力及所述符号的乘法结果运算出的。
11.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述控制转向角位移部根据所述转向扭矩及所述符号的乘法结果或者所述齿条轴力及所述符号的乘法结果、和车速来运算所述转向角校正量。
12.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述控制转向角位移部根据以与车速相呼应的特性的增益调整后的所述转向角校正量而基于所述转向角校正量运算第2位移用转向角。
13.根据权利要求3所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述控制转向角位移部根据以与所述控制旋转位移相呼应的特性的增益调整后的所述转向角校正量而基于所述转向角校正量运算第2位移用转向角。
14.根据权利要求1至7中的任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述前馈控制部具有：
边缘接触冲击缓和控制部，其具有：k0表，其根据所述位移控制转向角来运算所述转向系统的弹簧常数；μ表，其运算粘性系数；第1乘法部，其将所述位移控制转向角与所述弹簧常数相乘；第2乘法部，其将所述转向速度与所述粘性系数相乘；以及加法部，其将所述第1乘法部的乘法结果和所述第2乘法部的乘法结果相加而输出边缘接触冲击缓和电流指令值；以及
输出控制部，其限制所述边缘接触冲击缓和电流指令值的最大值并进行反转，输出所述第2电流指令值。
15.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述前馈控制部具有：
边缘接触冲击缓和控制部，其具有：k0表，其根据所述位移控制转向角来运算所述转向系统的弹簧常数；μ表，其根据所述控制旋转位移来运算所述转向系统的粘性系数；第1乘法部，其将所述位移控制转向角与所述弹簧常数相乘；第2乘法部，其将所述转向速度与所述粘性系数相乘；以及加法部，其将所述第1乘法部的乘法结果和所述第2乘法部的乘法结果相加而输出边缘接触冲击缓和电流指令值；以及
输出控制部，其限制所述边缘接触冲击缓和电流指令值的最大值并进行反转，输出所述第2电流指令值。
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