CN114867652A - 车辆用转向装置 - Google Patents

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Abstract

基于目标转轮角来生成转轮用马达的第一电流指令值(Imct0)，并基于根据与转轮用马达的角速度相应的电流限制值限制第一电流指令值(Imct0)所得到的第二电流指令值(Imct)来驱动转轮用马达。至少基于与车辆的车速(Vs)及转向角(θh)相应的规定的基本对应图来生成第一转矩信号(Tref_a)，对该第一转矩信号(Tref_a)加上同第一电流指令值(Imct0)与第二电流指令值(Imct)的偏差相应的第二转矩信号(Tref_t)，来生成目标转向转矩(Tref)。

Description

车辆用转向装置
技术领域
本发明涉及一种车辆用转向装置。
背景技术
作为车辆用转向装置，存在一种由驾驶员进行转向的转向反作用力生成装置(FFA：Force Feedback Actuator(力反馈致动器)、转向机构)与改变车辆的前进方向的轮胎转轮装置(RWA：Road Wheel Actuator(车轮致动器)、转轮机构)被机械地分离的线控转向(SBW：Steer By Wire)式的车辆用转向装置。这样的SBW式的车辆用转向装置构成为：转向机构与转轮机构经由控制单元(ECU：Electronic Control Unit(电子控制单元))电连接，通过电信号进行转向机构与转轮机构之间的控制。
在这样的SBW式的车辆用转向装置中，例如在由于驾驶员的急剧的转向使得转向角急剧变化的情况下，转轮角可能无法追随，无法得到与转向角相应的转轮角，从而可能给驾驶员带来不协调感。因此，公开了一种在SBW式的车辆用转向装置中抑制转轮角无法追随转向角的情况的技术(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2018-114845号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述专利文献中，在与针对转轮侧马达的电压指令值对应的控制信号的占空比为最大(100％)时，使转向反作用力随着时间经过而增大。因此，在上述专利文献所记载的技术中，得到实际所需的转向反作用力花费时间，可能无法充分抑制给驾驶员带来的不协调感。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够提高转向角与转轮角的追随性从而抑制给驾驶员带来的不协调感的车辆用转向装置。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明的一个方式所涉及的车辆用转向装置具备：反作用力用马达，其向方向盘施加转向反作用力；转轮用马达，其根据所述方向盘的转向来使轮胎转动；以及控制部，其控制所述反作用力用马达和所述转轮用马达，其中，所述控制部具备：目标转向转矩生成部，其生成针对所述反作用力用马达的目标转向转矩；目标转轮角生成部，其生成针对所述转轮用马达的目标转轮角；转轮角控制部，其基于所述目标转轮角来生成所述转轮用马达的第一电流指令值，并输出根据与所述转轮用马达的角速度相应的电流限制值限制所述第一电流指令值所得到的第二电流指令值；以及电流控制部，其基于所述第二电流指令值来驱动所述转轮用马达，其中，所述目标转向转矩生成部至少基于与车辆的车速及转向角相应的规定的基本对应图来生成第一转矩信号，对该第一转矩信号加上同所述第一电流指令值与所述第二电流指令值的偏差相应的第二转矩信号，来生成所述目标转向转矩。
根据上述结构，能够进行同第一电流指令值与第二电流指令值的偏差相应的实时控制，因此能够提高转轮角相对于转向角的追随性，从而能够抑制给驾驶员带来的不协调感。
作为车辆用转向装置的优选方式，优选的是，利用同所述第一电流指令值与所述第二电流指令值的偏差相应的增函数来给出所述第二转矩信号。
由此，第一电流指令值与第二电流指令值的偏差越大，则能够使转向反作用力越大，从而能够提高对给驾驶员带来的不协调感的抑制效果。
作为车辆用转向装置的优选方式，所述增函数可以是经过以所述第一电流指令值与所述第二电流指令值的偏差为横轴且以所述第二转矩信号为纵轴的二维坐标图的原点的一次函数。
作为车辆用转向装置的优选方式，所述增函数可以是经过以所述第一电流指令值与所述第二电流指令值的偏差为横轴且以所述第二转矩信号为纵轴的二维坐标图的原点、且不具有极值的三次函数。
作为车辆用转向装置的优选方式，可以是以下方式：所述目标转向转矩生成部使用所述增函数来运算所述第二转矩信号。
作为车辆用转向装置的优选方式，可以是以下方式：所述目标转向转矩生成部将所述增函数的特性以对应图来进行保持，参照该对应图来求出所述第二转矩信号。
作为车辆用转向装置的优选方式，优选的是，在所述第一电流指令值比所述电流限制值大的情况下，所述转轮角控制部将所述电流限制值作为所述第二电流指令值输出，在所述第一电流指令值为所述电流限制值以下的情况下，所述转轮角控制部将所述第一电流指令值作为所述第二电流指令值输出。
由此，能够适当地限制向转轮用马达提供的马达电流。
作为车辆用转向装置的优选方式，优选的是，所述电流限制值是根据所述转轮用马达的驱动用电源的电压值来设定的。
由此，能够根据转轮用马达的驱动用电源的电压值来适当地限制向转轮用马达提供的马达电流。
作为车辆用转向装置的优选方式，优选的是，所述转轮用马达的驱动用电源的电压值越大，则与所述转轮用马达的规定的角速度对应的所述电流限制值越大，所述转轮用马达的驱动用电源的电压值越小，则与所述转轮用马达的规定的角速度对应的所述电流限制值越小。
由此，能够与因转轮用马达的驱动用电源的经年劣化引起的电压值的下降对应地限制向转轮用马达提供的马达电流。
作为车辆用转向装置的优选方式，优选的是，与所述转轮用马达的规定的角速度对应的所述电流限制值的变化量同所述转轮用马达的驱动用电源的电压值的变化量成比例。
由此，能够与因转轮用马达的驱动用电源的经年劣化引起的电压值的下降对应地适当地限制向转轮用马达提供的马达电流。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够提高转向角与转轮角的追随性从而抑制给驾驶员带来的不协调感的车辆用转向装置。
附图说明
图1是表示线控转向式的车辆用转向装置的整体结构的图。
图2是表示控制SBW系统的控制单元的硬件结构的示意图。
图3是表示实施方式1所涉及的控制单元的内部模块结构的一例的图。
图4是表示实施方式1所涉及的目标转向转矩生成部的一个结构例的框图。
图5是表示基本对应部所保持的基本对应图的特性例的图。
图6是表示阻尼增益对应部所保持的阻尼增益对应图的特性例的图。
图7是表示滞后校正部的特性例的图。
图8是表示实施方式1所涉及的转轮马达输出特性校正部的特性例的图。
图9是表示扭转角控制部的一个结构例的框图。
图10是表示目标转轮角生成部的一个结构例的框图。
图11是表示实施方式1所涉及的转轮角控制部的一个结构例的框图。
图12是表示实施方式1所涉及的电流指令值限制特性的一例的图。
图13是表示输出限制部中的输出限制处理的一例的流程图。
图14是表示实施方式2所涉及的转轮马达输出特性校正部的特性例的图。
图15是表示实施方式3所涉及的转轮角控制部的一个结构例的框图。
图16是表示实施方式3所涉及的电流指令值限制特性的一例的图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细地说明用于实施发明的方式(以下，称为实施方式)。此外，本发明并不限定于下述的实施方式。另外，在下述实施方式的构成要素中包括本领域技术人员容易想到的要素、实质上相同的要素、所谓的均等范围的要素。并且，在下述实施方式中公开的构成要素能够适当地组合。
(实施方式1)
图1是表示线控转向式的车辆用转向装置的整体结构的图。图1所示的线控转向(SBW：Steer By Wire)式的车辆用转向装置(以下，也称为“SBW系统”)是通过电信号将方向盘1的操作传递给包括转向车轮8L、8R等的转轮机构的系统。如图1所示，SBW系统具备反作用力装置60和驱动装置70，控制单元(ECU)50对两个装置进行控制。
反作用力装置60具备检测方向盘1的转向转矩Ts的转矩传感器10、检测转向角θh的转向角传感器14、减速机构3、角度传感器74、反作用力用马达61等。这些各结构部设置于方向盘1的转向柱2。
反作用力装置60在通过转向角传感器14进行转向角θh的检测的同时，将从转向车轮8L、8R传递来的车辆的运动状态作为反作用力转矩传达给驾驶员。反作用力转矩由反作用力用马达61生成。转矩传感器10检测转向转矩Ts。另外，角度传感器74检测反作用力用马达61的马达角θm。
驱动装置70具备转轮用马达71、齿轮72、角度传感器73等。由转轮用马达71产生的驱动力经齿轮72、齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a、6b再经由轮毂单元7a、7b来与转向车轮8L、8R连结。
驱动装置70根据驾驶员对方向盘1进行的转向操作来对转轮用马达71进行驱动，将其驱动力经由齿轮72施加于齿轮齿条机构5，经转向横拉杆6a、6b使转向车轮8L、8R转动。在齿轮齿条机构5的附近配置有角度传感器73，用于检测转向车轮8L、8R的转轮角θt。ECU50为了对反作用力装置60和驱动装置70进行协调控制，除了基于从两个装置输出的转向角θh、转轮角θt等信息以外，还基于来自车速传感器12的车速Vs等，来生成用于对反作用力用马达61进行驱动控制的电压控制指令值Vref1和用于对转轮用马达71进行驱动控制的电压控制指令值Vref2。
角度传感器73可以是检测转轮用马达71的角度的方式。在该情况下，可以是将角度传感器73的检测值转换为转轮角θt并用于后级的控制的方式。
从蓄电池13向控制单元(ECU)50供给电力，并且经点火钥匙11向控制单元50输入点火钥匙信号。控制单元50基于由转矩传感器10检测出的转向转矩Ts和由车速传感器12检测出的车速Vs等进行电流指令值的运算，来控制向反作用力用马达61和转轮用马达71提供的电流。
在控制单元50上连接有用于发送和接收车辆的各种信息的CAN(Controller AreaNetwork：控域网)40等车载网络。另外，也能够在控制单元50上连接用于进行CAN 40以外的通信、发送和接收模拟/数字信号、电波等的非CAN 41。
控制单元50主要由CPU(也包括MCU、MPU等)构成。图2是表示控制SBW系统的控制单元的硬件结构的示意图。
构成控制单元50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 Eras able Programmable ROM：电可擦除可编程只读存储器)1004、接口(I/F)1005、A/D(Analog/Digital：模拟/数字)转换器1006、PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制器1007等，它们连接于总线。
CPU 1001是执行SBW系统的控制用计算机程序(以下，称为控制程序)来控制SBW系统的处理装置。
ROM 1002保存用于控制SBW系统的控制程序。另外，RAM 1003被用作用于使控制程序运行的工作存储器。在EEPROM 1004中保存有由控制程序输入输出的控制数据等。控制数据使用于在对控制单元30接通电源后在RAM 1003中展开的控制用计算机程序中，在规定的定时在EEPROM 1004中被覆盖。
ROM 1002、RAM 1003、EEPROM 1004等是用于保存信息的存储装置，并且是CPU1001能够直接访问的存储装置(一次存储装置)。
A/D转换器1006被输入转向转矩Ts和转向角θh的信号等，并将它们转换为数字信号。
接口1005连接于CAN 40。接口1005用于接收来自车速传感器12的车速V的信号(车速脉冲)。
PWM控制器1007基于针对反作用力用马达61和转轮用马达71的电流指令值来输出UVW各相的PWM控制信号。
对将本公开应用于这样的SBW系统的实施方式1的结构进行说明。
图3是表示实施方式1所涉及的控制单元的内部模块结构的一例的图。在本实施方式中，进行针对扭转角Δθ的控制(以下，称为“扭转角控制”)和针对转轮角θt的控制(以下，称为“转轮角控制”)，通过扭转角控制来控制反作用力装置60，通过转轮角控制来控制驱动装置70。此外，可以用其它控制方法来控制驱动装置70。
控制单元50具备目标转向转矩生成部200、扭转角控制部300、转换部500、目标转轮角生成部910以及转轮角控制部920，来作为内部模块结构。
目标转向转矩生成部200生成目标转向转矩Tref，该目标转向转矩Tref是本公开中的反作用力装置60的转向转矩的目标值。转换部500将目标转向转矩Tref转换为目标扭转角Δθref。扭转角控制部300生成马达电流指令值Imc，该马达电流指令值Imc是向反作用力用马达61提供的电流的控制目标值。
在此，首先，参照图4对本实施方式所涉及的目标转向转矩生成部200进行说明。
图4是表示实施方式1所涉及的目标转向转矩生成部的一个结构例的框图。如图4所示，本实施方式所涉及的目标转向转矩生成部200具备基本对应部210、乘法部211、微分部220、阻尼增益对应部230、滞后校正部240、转轮马达输出特性校正部250、乘法部260、以及加法部261、262、263。图5是表示基本对应部所保持的基本对应图的特性例的图。图6是表示阻尼增益对应部所保持的阻尼增益对应图的特性例的图。
基本对应部210被输入转向角θh和车速Vs。基本对应部210使用图5所示的基本对应图来输出以车速Vs为参数的转矩信号Tref_a0。即，基本对应部210输出与车速Vs相应的转矩信号Tref_a0。
如图5所示，转矩信号Tref_a0具有沿着如下曲线增加的特性：所述曲线为随着转向角θh的大小(绝对值)|θh|的增加而变化率逐渐变小的曲线。另外，转矩信号Tref_a0具有随着车速Vs的增加而增加的特性。此外，在图5中构成了与转向角θh的大小|θh|相应的对应图，但也可以构成与正负的转向角θh相应的对应图。在该情况下，转矩信号Tref_a0的值能取正值和负值，不需要进行后述的符号计算。在以下的说明中，对输出图5所示的作为与转向角θh的大小|θh|相应的正值的转矩信号Tref_a0的方式进行说明。
返回图4，符号提取部213提取转向角θh的符号。具体地说，例如，将转向角θh的值除以转向角θh的绝对值。由此，在转向角θh的符号为“+”的情况下，符号提取部213输出“1”，在转向角θh的符号为“-”的情况下，符号提取部213输出“-1”。具体地说，符号提取部213例如生成转向角θh的符号函数(sign(θh))。
乘法部211将从基本对应部210输出的转矩信号Tref_a0乘以从符号提取部213输出的“1”或“-1”，并将相乘的结果作为转矩信号Tref_a输出到加法部261。具体地说，乘法部211将从基本对应部210输出的转矩信号Tref_a0乘以例如由符号提取部213生成的转向角θh的符号函数(sign(θh))，并将相乘的结果作为转矩信号Tref_a输出到加法部261。
本实施方式中的转矩信号Tref_a与本公开的“第一转矩信号”对应。
微分部220被输入转向角θh。微分部220对转向角θh进行微分，来计算作为角速度信息的转向角速度ωh。微分部220将计算出的转向角速度ωh输出到乘法部260。
阻尼增益对应部230被输入车速Vs。阻尼增益对应部230使用图6所示的车速感应型的阻尼增益对应图来输出与车速Vs相应的阻尼增益DG。
如图6所示，阻尼增益DG具有随着车速Vs变快而逐渐变大的特性。也可以设为阻尼增益DG能够与转向角θh相应地变化的方式。
返回图4，乘法部260将从微分部220输出的转向角速度ωh乘以从阻尼增益对应部230输出的阻尼增益DG，并将相乘的结果作为转矩信号Tref_b输出到加法部262。
滞后校正部240基于转向角θh和转向状态信号STs，使用下述(1)式和(2)式来运算转矩信号Tref_c。转向状态信号STs是表示基于马达角速度ωm的符号来判定转向方向是右转还是左转所得到的结果的状态信号，在此省略说明。此外，在下述(1)式和(2)式中，设x为转向角θh，yR＝Tref_c和yL＝Tref_c为转矩信号(第四转矩信号)Tref_c。另外，系数a是比1大的值，系数c是比0大的值。系数Ahys示出滞后特性的输出宽度，系数c是表示滞后特性的圆度的系数。
yR＝Ahys{1-a-c(x-b)}···(1)
yL＝-Ahys{1-ac(x-b')}···(2)
在右转向时，使用上述(1)式来计算转矩信号(第四转矩信号)Tref_c(yR)。在左转向时，使用上述(2)式来计算转矩信号(第四转矩信号)Tref_c(yL)。此外，在从右转向向左转向切换时或者从左转向向右转向切换时，基于作为转向角θh和转矩信号Tref_c的上次值的最终坐标(x1，y1)的值，将下述(3)式或(4)式所示的系数b或b’代入到转向切换后的上述(1)式和(2)式中。由此，保持转向切换前后的连续性。
b＝x1+(1/c)loga{1-(y1/Ahys)}···(3)
b’＝x1-(1/c)loga{1-(y1/Ahys)}···(4)
能够通过对上述(1)式和(2)式的x代入x1、对yR和yL代入y1来导出上述(3)式和(4)式。
例如在使用纳皮尔数e作为系数a的情况下，上述(1)式、(2)式、(3)式、(4)式分别能够表示为下述(5)式、(6)式、(7)式、(8)式。
yR＝Ahys[1-exp{-c(x-b)}]···(5)
yL＝-Ahys[{1-exp{c(x-b’)}]···(6)
b＝x1+(1/c)loge{1-(y1/Ahys)}···(7)
b’＝x1-(1/c)loge{1-(y1/Ahys)}···(8)
图7是表示滞后校正部的特性例的图。在图7所示的示例中，示出了在上述(7)式和(8)式中设定为Ahys＝1[Nm]、c＝0.3，从0[deg]开始进行了+50[deg]、-50[deg]的转向的情况下的、进行了滞后校正后的转矩信号Tref_c的特性例。如图7所示，从滞后校正部240输出的转矩信号Tref_c具有如下的滞后特性：原点0→L1(细线)→L2(虚线)→L3(粗线)。
此外，也可以将系数Ahys和系数c设为能够与车速Vs和转向角θh中的一方或双方相应地变化，所述系数Ahys是表示滞后特性的输出宽度的系数，所述系数c是表示圆度的系数。
另外，通过针对转向角θh进行微分运算来求出转向角速度ωh，但为了降低高频噪声的影响而适度地实施了低通滤波(LPF)处理。另外，可以通过高通滤波(HPF)和增益来实施微分运算和LPF的处理。并且，也可以不针对转向角θh，而针对上侧角度传感器检测出的方向盘角θ1或下侧角度传感器检测出的转向柱角θ2进行微分运算和LPF的处理来计算转向角速度ωh。也可以代替转向角速度ωh而将马达角速度ωm用作角速度信息，在该情况下，不需要微分部220。
转轮马达输出特性校正部250被输入从后述的转轮角控制部920输出的输出限制前的马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0和输出限制后的马达电流指令值(第二电流指令值)Imct。
在本实施方式中，转轮马达输出特性校正部250基于马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0和马达电流指令值(第二电流指令值)Imct，使用下述(9)式所示的增函数来运算转矩信号Tref_t。此外，在下述(9)式中，G是表示规定的增益的系数。
Tref_t＝G×(Imct0-Imct)···(9)
图8是表示实施方式1所涉及的转轮马达输出特性校正部的特性例的图。图8所示的特性例将上述(9)式所示的增函数二维坐标图化地示出。在图8中，横轴表示马达电流指令值偏差Imct0-Imct，纵轴表示转矩信号Tref_t。如图8所示，上述(9)式所示的增函数是经过原点((Imct0-Imct)，Tref_t)＝(0，0)的一次函数。
转轮马达输出特性校正部250可以是以下方式：将图8所示的特性例以对应图来进行保持，以参照对应图的形式来求出转矩信号Tref_t。
例如，当在右转向时马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0与马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的偏差(Imct0-Imct)为正值的情况下，转矩信号Tref_t为正值。
另外，当在左转向时马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0与马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的偏差(Imct0-Imct)为负值的情况下，转矩信号Tref_t为负值。
另一方面，在马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0与马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的偏差(Imct0-Imct)为“0”、即在转轮马达输出特性校正部250中未进行输出限制的情况下，转矩信号Tref_t的值为“0”。
本实施方式中的转矩信号Tref_t与本公开的“第二转矩信号”对应。
如上所述那样求出的转矩信号Tref_a、Tref_b、Tref_c以及Tref_t在加法部261、262、263中被相加，并且作为目标转向转矩Tref被输出。
在扭转角控制中，进行如下控制：使扭转角Δθ追随目标扭转角Δθref，该目标扭转角Δθref是使用转向角θh等经目标转向转矩生成部202和转换部500计算出的。通过角度传感器74来检测反作用力用马达61的马达角θm，通过由角速度运算部951对马达角θm进行微分来计算马达角速度ωm。通过角度传感器73来检测转轮用马达71的转轮角θt。另外，电流控制部130基于从扭转角控制部300输出的马达电流指令值Imc和由马达电流检测器140检测出的反作用力用马达61的电流值Imr来对反作用力用马达61进行驱动，进行电流控制。
下面，参照图9来说明扭转角控制部300。
图9是表示扭转角控制部的一个结构例的框图。扭转角控制部300基于目标扭转角Δθref、扭转角Δθ以及马达角速度ωm来运算马达电流指令值Imc。扭转角控制部300具备扭转角反馈(FB)补偿部310、扭转角速度运算部320、速度控制部330、稳定化补偿部340、输出限制部350、减法部361以及加法部362。
从转换部500输出的目标扭转角Δθref以相加的形式被输入到减法部361。扭转角Δθ以相减的形式被输入到减法部361，并且被输入到扭转角速度运算部320。马达角速度ωm被输入到稳定化补偿部340。
扭转角FB补偿部310对由减法部361计算出的、目标扭转角Δθref与扭转角Δθ的偏差Δθ0乘以补偿值CFB(传递函数)，输出使扭转角Δθ追随目标扭转角Δθref的目标扭转角速度ωref。补偿值CFB既可以是简单的增益Kpp，也可以是PI控制的补偿值等通常使用的补偿值。
目标扭转角速度ωref被输入到速度控制部330。通过扭转角FB补偿部310和速度控制部330，使扭转角Δθ追随目标扭转角Δθref，从而能够实现期望的转向转矩。
扭转角速度运算部320对扭转角Δθ进行微分运算处理，来计算扭转角速度ωt。扭转角速度ωt被输出到速度控制部330。扭转角速度运算部320可以进行基于HPF和增益的模拟微分来作为微分运算。另外，扭转角速度运算部320也可以通过其它方式或根据扭转角Δθ以外的参数来计算扭转角速度ωt，并输出到速度控制部330。
速度控制部330通过I-P控制(比例先行型PI控制)来计算使扭转角速度ωt追随目标扭转角速度ωref的马达电流指令值Imca1。
减法部333计算目标扭转角速度ωref与扭转角速度ωt之差(ωref-ωt)。积分部331对目标扭转角速度ωref与扭转角速度ωt之差(ωref-ωt)进行积分，并将积分结果以相加的形式输入到减法部334。
扭转角速度ωt也被输出到比例部332。比例部332对扭转角速度ωt进行基于增益Kvp的比例处理，并将比例处理结果以相减的形式输入到减法部334。减法部334中的减法运算结果作为马达电流指令值Imca1被输出。此外，速度控制部330也可以不通过I-P控制，而是通过PI控制、P(比例)控制、PID(比例积分微分)控制、PI-D控制(微分先行型PID控制)、模型匹配控制、模型规范控制等通常使用的控制方法来计算马达电流指令值Imca1。
稳定化补偿部340具有补偿值Cs(传递函数)，根据马达角速度ωm来计算马达电流指令值Imca2。当提高扭转角FB补偿部310和速度控制部330的增益以提高追随性和干扰特性时，会产生高频的控制性振荡现象。作为其对策，在稳定化补偿部340中针对马达角速度ωm设定使其稳定化所需的传递函数(Cs)。由此，能够实现反作用力装置控制系统整体的稳定化。
加法部362将来自速度控制部330的马达电流指令值Imca1与来自稳定化补偿部340的马达电流指令值Imca2相加，并将相加结果作为马达电流指令值Imcb输出。
输出限制部350预先设定有针对马达电流指令值Imcb的上限值和下限值。输出限制部350以限制马达电流指令值Imcb的上下限值的方式输出马达电流指令值Imc。
此外，本实施方式中的扭转角控制部300的结构只是一个例子，也可以是与图9所示的结构不同的方式。例如，扭转角控制部300也可以是不具备稳定化补偿部340的结构。
在转轮角控制中，由目标转轮角生成部910基于转向角θh来生成目标转轮角θtref。目标转轮角θtref与转轮角θt一同被输入到转轮角控制部920，由转轮角控制部920运算使转轮角θt成为目标转轮角θtref的马达电流指令值Imct。而且，电流控制部930基于马达电流指令值Imct和由马达电流检测器940检测出的转轮用马达71的电流值Imd，通过与电流控制部130相同的结构及动作对转轮用马达71进行驱动，进行电流控制。
下面，参照图10来说明目标转轮角生成部910。
图10是表示目标转轮角生成部的一个结构例的框图。目标转轮角生成部910具备限制部931、比率限制部932以及校正部933。
限制部931输出限制了转向角θh的上下限值后的转向角θh1。与图9所示的扭转角控制部300内的输出限制部350同样地，预先设定有针对转向角θh的上限值和下限值来施加限制。
比率限制部932对转向角θh1的变化量设定限制值来施加限制，以避免转向角的急剧变化，并输出转向角θh2。例如，将与前一次采样的转向角θh1之差设为变化量，在该变化量的绝对值比规定的值(限制值)大的情况下，对转向角θh1进行加减法运算以使变化量的绝对值成为限制值，并作为转向角θh2输出，在该变化量的绝对值为限制值以下的情况下，将转向角θh1直接作为转向角θh2输出。此外，也可以不对变化量的绝对值设定限制值，而是对变化量设定上限值和下限值来施加限制，还可以不对变化量施加限制而是对变化率、差率施加限制。
校正部933对转向角θh2进行校正，并输出目标转轮角θtref。
下面，参照图11来说明转轮角控制部920。
图11是表示实施方式1所涉及的转轮角控制部的一个结构例的框图。转轮角控制部920基于目标转轮角θtref以及转向车轮8L、8R的转轮角θt来运算马达电流指令值Imct。转轮角控制部920具备转轮角反馈(FB)补偿部921、转轮角速度运算部922、转轮马达角速度运算部922a、速度控制部923、输出限制部926以及减法部927。
从目标转轮角生成部910输出的目标转轮角θtref以相加的形式被输入到减法部927。转轮角θt以相减的形式被输入到减法部927，并且被输入到转轮角速度运算部922。
转轮角FB补偿部921对由减法部927计算出的、目标转轮角速度ωtref与转轮角θt的偏差Δθt0乘以补偿值CFB(传递函数)，输出使转轮角θt追随目标转轮角θtref的目标转轮角速度ωtref。补偿值CFB既可以是简单的增益Kpp，也可以是PI控制的补偿值等通常使用的补偿值。
目标转轮角速度ωtref被输入到速度控制部923。通过转轮角FB补偿部921和速度控制部923，能够使转轮角θt追随目标转轮角θtref，实现期望的转矩。
转轮角速度运算部922对转轮角θt进行微分运算处理，来计算转轮角速度ωtt。转轮角速度ωtt被输出到速度控制部923。
转轮马达角速度运算部922a将转轮角θt转换为转轮马达的角度，并对该转轮马达的角度进行微分运算处理，来计算转轮马达角速度ωmct。转轮马达角速度ωmct被输出到输出限制部926。转轮马达角速度运算部922a可以是以下方式：对检测转轮马达的角度的角度传感器的检测值进行微分运算处理，来计算转轮马达角速度ωmct。
速度控制部923通过I-P控制(比例先行型PI控制)来计算使转轮角速度ωtt追随目标转轮角速度ωtref的马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0。此外，速度控制部923也可以不通过I-P控制，而是通过PI控制、P(比例)控制、PID(比例积分微分)控制、PI-D控制(微分先行型PID控制)、模型匹配控制、模型规范控制等通常使用的控制方法来计算马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0。
减法部928计算目标转轮角速度ωtref与转轮角速度ωtt之差(ωtref-ωtt)。积分部924对目标转轮角速度ωtref与转轮角速度ωtt之差(ωtref-ωtt)进行积分，并将积分结果以相加的形式输入到减法部929。
转轮角速度ωtt也被输出到比例部925。比例部925对转轮角速度ωtt进行比例处理，将比例处理结果作为马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0输出到输出限制部926。
在本实施方式中，输出限制部926是对马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0进行输出限制处理并输出马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的结构部。输出限制部926保持有预先设定了与转轮马达角速度ωmct相应的电流限制值的电流指令值限制特性。
图12是表示实施方式1所涉及的电流指令值限制特性的一例的图。在图12中，横轴表示转轮马达角速度ωmct，纵轴表示马达电流限制值Imct_lim。
如图12所示，在ωmct<ωmct1的区域中，马达电流限制值|Imct_lim|由电流控制部930的最大输出电流Imct_limmax决定。另外，在ωmct1≤ωmct≤ωmct2的区域中，马达电流限制值|Imct_lim|由与转轮马达角速度ωmct相应的电流控制部930的输出特性决定。即，能够基于电流控制部930的最大输出电流Imct_limmax和输出特性来离线地设定图12所示的电流命令值限制特性。
在此，参照图13来说明输出限制部926中的输出限制处理的具体例。图13是表示输出限制部中的输出限制处理的一例的流程图。
输出限制部926将马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0的大小|Imct0|与马达电流限制值|Imct_lim|进行比较。具体地说，输出限制部926判定马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0的大小|Imct0|是否比马达电流限制值|Imct_lim|大(步骤S101)。
在马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0的大小|Imct0|比马达电流限制值|Imct_lim|大的情况下(步骤S101：是)，输出限制部926将使马达电流限制值|Imct_lim|乘以马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0的符号函数(sign(Imct0))所得到的值作为马达电流指令值(第二电流指令值)Imct输出(步骤S102)。
在马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0的大小|Imct0|为马达电流限制值|Imct_lim|以下的情况下(步骤S101：否)，输出限制部926输出马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0作为马达电流指令值(第二电流指令值)Imct(步骤S103)。
通过图13所示的处理，在马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0的大小|Imct0|比马达电流限制值|Imct_lim|大的情况下(步骤S101：是)，作为输出限制部926的输出的马达电流指令值(第二电流指令值)Imct被限制为马达电流限制值|Imct_lim|。
此外，本实施方式中的转轮角控制部920的结构是一个例子，也可以是与图11所示的结构不同的方式。
例如，在驾驶员进行了急剧的转向的情况下、或在驾驶员在转向车轮8L、8R碰到路缘石那样的难以进行转轮的状况下进行了转向的情况下，转轮用马达71的马达电流被转轮角控制部920的输出限制部926所限制。此时，转向角与转轮角发生偏离而无法得到与转向角相应的转轮角，可能给驾驶员带来不协调感。
如图4所示，本实施方式所涉及的目标转向转矩生成部200具备转轮马达输出特性校正部250，该转轮马达输出特性校正部250使用同马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0与作为输出限制部926的输出的马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的偏差(Imct0-Imct)相应的增函数((9)式)来运算转矩信号Tref_t(第二转矩信号)，其中，该马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0是基于由目标转轮角生成部910生成的目标转轮角θtref导出的，目标转向转矩生成部200对使用图5所示的基本对应图所生成的转矩信号Tref_a(第一转矩信号)加上从转轮马达输出特性校正部250输出的转矩信号Tref_t(第二转矩信号)，来生成目标转向转矩Tref。
由此，得到同马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0与马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的偏差(Imct0-Imct)相应的目标转向转矩Tref。具体地说，马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0与马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的偏差(Imct0-Imct)越大，则与转矩信号Tref_a(第一转矩信号)相加的转矩信号Tref_t(第二转矩信号)越大。
其结果是，转向反作用力增大，能够抑制驾驶员进行的急剧的转向、驾驶员在转向车轮8L、8R难以转动的状况下进行转向。由此，能够抑制转向角与转轮角的偏离，从而能够提高转轮角相对于转向角的追随性。
像这样，在本实施方式所涉及的车辆用转向装置中，能够进行同马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0与马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的偏差(Imct0-Imct)相应的实时控制，因此能够提高转轮角相对于转向角的追随性，从而能够抑制给驾驶员带来的不协调感。
(实施方式2)
车辆用转向装置的整体结构、控制单元的硬件结构、目标转向转矩生成部、扭转角控制部、目标转轮角生成部、转轮角控制部的各部结构、电流指令值限制特性、输出限制部中的处理与上述的实施方式1相同，因此在此省略重复的说明。另外，对与在上述的实施方式1中说明的结构相同的结构部标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
在本实施方式中，转轮马达输出特性校正部250基于马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0和马达电流指令值(第二电流指令值)Imct，使用下述(10)式所示的增函数来运算转矩信号Tref_t。此外，在下述(10)式中，a、b是规定的系数。
Tref_t＝a×(Imct0-Imct)3+b×(Imct0-Imct)···(10)
图14是表示实施方式2所涉及的转轮马达输出特性校正部的特性例的图。图14所示的特性例将上述(10)式所示的增函数二维坐标图化地示出。在图14中，横轴表示马达电流指令值偏差Imct0-Imct，纵轴表示转矩信号Tref_t。如图14所示，上述(10)式所示的增函数是经过原点((Imct0-Imct)，Tref_t)＝(0，0)且不具有极值的三次函数。
转轮马达输出特性校正部250可以是以下方式：将图14所示的特性例以对应图来进行保持，以参照对应图的形式来求出转矩信号Tref_t。
例如，当在右转向时马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0与马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的偏差(Imct0-Imct)为正值的情况下，转矩信号Tref_t为正值，随着马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0与马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的偏差(Imct0-Imct)的大小|Imct0-Imct|变大，转矩信号Tref_t的变化率变大。
另外，当在左转向时马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0与马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的偏差(Imct0-Imct)为负值的情况下，转矩信号Tref_t为负值，随着马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0与马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的偏差(Imct0-Imct)的大小|Imct0-Imct|变大，转矩信号Tref_t的变化率变大。
另一方面，在马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0与马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的偏差(Imct0-Imct)为“0”、即在转轮马达输出特性校正部250中未进行输出限制的情况下，转矩信号Tref_t的值为“0”。
在使用上述(10)式所示的增函数或图14所示的特性例来求出转矩信号Tref_t的情况下，与实施方式1相比，能够使转向反作用力随着马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0与马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的偏差(Imct0-Imct)的大小|Imct0-Imct|变大而进一步增大。由此，能够进一步抑制转向角与转轮角之间的偏离。
(实施方式3)
图15是表示实施方式3所涉及的转轮角控制部的一个结构例的框图。图16是表示实施方式3所涉及的电流指令值限制特性的一例的图。车辆用转向装置的整体结构、控制单元的硬件结构、目标转向转矩生成部、扭转角控制部、目标转轮角生成部的各部结构、转轮马达输出特性校正部的特性、输出限制部中的处理与上述的实施方式1或实施方式2相同，因此在此省略重复的说明。另外，对与在上述的实施方式1或实施方式2中说明的结构相同的结构部标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
在本实施方式中，输出限制部926a被输入转轮用马达71的驱动用电源的电压值Vbat。或者，输出限制部926a也可以是检测转轮用马达71的驱动用电源的电压值Vbat的方式。例如从蓄电池13(参照图1)提供转轮用马达71的驱动用电源。
在马达中，当将马达施加电压设为Vm、将马达电流设为I、将马达电阻值设为R、将马达电感值设为L、将马达电流变化设为di/dt、将马达反电动势设为e时，表示为下述(11)式。
Vm＝I×R+L×(di/dt)+e···(11)
当针对马达电流I来对上述(11)式进行变形并忽视马达电流变化时，得到下述(12)式。
I＝(Vm-e)/R···(12)
当将上述(12)式应用于转轮用马达71并将马达电流I设为转轮用马达71的电流值Imd时，马达施加电压Vm与向控制单元50提供的电源的电压值Vbat成比例，马达反电动势e与转轮马达角速度ωmct成比例。即，在马达电流限制值|Imct_lim|由与转轮马达角速度ωmct相应的电流控制部930的输出特性决定的ωmct1≤ωmct≤ωmct2的区域中，与转轮用马达71的规定的角速度对应的马达电流限制值|Imct_lim|的变化量同转轮用马达71的驱动用电源的电压值Vbat的变化量成比例。
在本实施方式中，如图16所示，输出限制部926a根据转轮用马达71的驱动用电源的电压值Vbat的电平来改变电流指令值限制特性。换言之，输出限制部926a根据转轮用马达71的驱动用电源的电压值Vbat来设定马达电流限制值|Imct_lim|。
具体地说，输出限制部926a进行控制，使得在马达电流限制值|Imct_lim|由与转轮马达角速度ωmct相应的电流控制部930的输出特性决定的ωmct1≤ωmct≤ωmct2的区域的规定的角速度下，马达电流限制值|Imct_lim|的变化量为与转轮用马达71的驱动用电源的电压值Vbat的变化量成比例的值。作为其结果，在ωmct1≤ωmct≤ωmct2的区域的规定的角速度下，电压值Vbat越大则马达电流限制值|Imct_lim|越大，电压值Vbat越小则马达电流限制值|Imct_lim|越小。换言之，在ωmct1≤ωmct≤ωmct2的区域的规定的角速度下，电压值Vbat越大则ωmct1≤ωmct≤ωmct2的区域越高，电压值Vbat越小则ωmct1≤ωmct≤ωmct2的区域越低。
由此，在ωmct1≤ωmct≤ωmct2的区域的规定的角速度下，马达电流指令值(第一电流指令值)Imct0的大小|Imct0|比马达电流限制值|Imct_lim|大的情况下的马达电流指令值(第二电流指令值)Imct的值(＝sign(Imct0)×|Imct_lim|)随着电压值Vbat变大而变大，并随着电压值Vbat变小而变小。
像这样，通过根据转轮用马达71的驱动用电源的电压值Vbat的电平来改变电流指令值限制特性，能够根据电压值Vbat的电平适当地限制向转轮用马达71提供的马达电流。通过适当地设定与转轮用马达71的驱动用电源的电压值Vbat的电平相应的马达电流限制值|Imct_lim|，例如也能够应对因蓄电池13的经年劣化引起的电压值Vbat的下降。
此外，在此，对设定与转轮用马达71的驱动用电源的电压值Vbat的电平相应的马达电流限制值|Imct_lim|的例子进行了说明，但只要是能够得到与电压值Vbat的电平相应的电流指令值限制特性的方式即可，例如，也可以是设定与电压值Vbat的电平相应的多个电流指令值限制特性的方式。
此外，上述使用的图是用于与本公开有关地进行定性说明的概念图，并不限定于这些图。另外，上述的实施方式是本公开的优选实施方式的一例，但并不限定于这些实施方式，在不脱离本公开的主旨的范围内能够进行各种变形来实施。
附图标记说明
1：方向盘；2：转向柱；3：减速机构；5：齿轮齿条机构；6a、6b：转向横拉杆；7a、7b：轮毂单元；8L、8R：转向车轮；10：转矩传感器；11：点火钥匙；12：车速传感器；13：蓄电池；14：转向角传感器；50：控制单元(ECU)；60：反作用力装置；61：反作用力用马达；70：驱动装置；71：转轮用马达；72：齿轮；73：角度传感器；130：电流控制部；140：马达电流检测器；200：目标转向转矩生成部；210：基本对应部；211：乘法部；213：符号提取部；220：微分部；230：阻尼增益对应部；240：滞后校正部；250：转轮马达输出特性校正部；260：乘法部；261、262、263：加法部；300：扭转角控制部；310：扭转角反馈(FB)补偿部；320：扭转角速度运算部；330：速度控制部；331：积分部；332：比例部；333、334：减法部；340：稳定化补偿部；350：输出限制部；361：减法部；362：加法部；500：转换部；910：目标转轮角生成部；920：转轮角控制部；921：转轮角反馈(FB)补偿部；922：转轮角速度运算部；922a：转轮马达角速度运算部；923：速度控制部；926、926a：输出限制部；927：减法部；930：电流控制部；931：限制部；933：校正部；932：比率限制部；940：马达电流检测器；1001：CPU；1005：接口；1006：A/D转换器；1007：PWM控制器；1100：控制用计算机(MCU)。

Claims (10)

1.一种车辆用转向装置，具备：
反作用力用马达，其向方向盘施加转向反作用力；
转轮用马达，其根据所述方向盘的转向来使轮胎转动；以及
控制部，其控制所述反作用力用马达和所述转轮用马达，
其中，所述控制部具备：
目标转向转矩生成部，其生成针对所述反作用力用马达的目标转向转矩；
目标转轮角生成部，其生成针对所述转轮用马达的目标转轮角；
转轮角控制部，其基于所述目标转轮角来生成所述转轮用马达的第一电流指令值，并输出根据与所述转轮用马达的角速度相应的电流限制值限制所述第一电流指令值所得到的第二电流指令值；以及
电流控制部，其基于所述第二电流指令值来驱动所述转轮用马达，
其中，所述目标转向转矩生成部至少基于与车辆的车速及转向角相应的规定的基本对应图来生成第一转矩信号，对该第一转矩信号加上同所述第一电流指令值与所述第二电流指令值的偏差相应的第二转矩信号，来生成所述目标转向转矩。
2.根据权利要求1所述的车辆用转向装置，其特征在于，
利用同所述第一电流指令值与所述第二电流指令值的偏差相应的增函数来给出所述第二转矩信号。
3.根据权利要求2所述的车辆用转向装置，其特征在于，
所述增函数是经过以所述第一电流指令值与所述第二电流指令值的偏差为横轴且以所述第二转矩信号为纵轴的二维坐标图的原点的一次函数。
4.根据权利要求2所述的车辆用转向装置，其特征在于，
所述增函数是经过以所述第一电流指令值与所述第二电流指令值的偏差为横轴且以所述第二转矩信号为纵轴的二维坐标图的原点、且不具有极值的三次函数。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的车辆用转向装置，其特征在于，
所述目标转向转矩生成部使用所述增函数来运算所述第二转矩信号。
6.根据权利要求2至4中的任一项所述的车辆用转向装置，其特征在于，
所述目标转向转矩生成部将所述增函数的特性以对应图来进行保持，参照该对应图来求出所述第二转矩信号。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的车辆用转向装置，其特征在于，
在所述第一电流指令值比所述电流限制值大的情况下，所述转轮角控制部将所述电流限制值作为所述第二电流指令值输出，
在所述第一电流指令值为所述电流限制值以下的情况下，所述转轮角控制部将所述第一电流指令值作为所述第二电流指令值输出。
8.根据权利要求7所述的车辆用转向装置，其特征在于，
所述电流限制值是根据所述转轮用马达的驱动用电源的电压值来设定的。
9.根据权利要求8所述的车辆用转向装置，其特征在于，
所述转轮用马达的驱动用电源的电压值越大，则与所述转轮用马达的规定的角速度对应的所述电流限制值越大，所述转轮用马达的驱动用电源的电压值越小，则与所述转轮用马达的规定的角速度对应的所述电流限制值越小。
10.根据权利要求8或9所述的车辆用转向装置，其特征在于，
与所述转轮用马达的规定的角速度对应的所述电流限制值的变化量同所述转轮用马达的驱动用电源的电压值的变化量成比例。
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