CN116353689A - 控制装置、电动助力转向装置以及控制方法 - Google Patents

控制装置、电动助力转向装置以及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116353689A
CN116353689A CN202211672000.7A CN202211672000A CN116353689A CN 116353689 A CN116353689 A CN 116353689A CN 202211672000 A CN202211672000 A CN 202211672000A CN 116353689 A CN116353689 A CN 116353689A
Authority
CN
China
Prior art keywords
torque
control
steering
control object
nominal model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211672000.7A
Other languages
English (en)
Inventor
远藤修司
三宅聪平
石川雅也
野津乃祐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec Corp
Original Assignee
Nidec Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec Corp filed Critical Nidec Corp
Publication of CN116353689A publication Critical patent/CN116353689A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/005—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0004—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P23/0022—Model reference adaptation, e.g. MRAS or MRAC, useful for control or parameter estimation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/04—Arrangements for controlling or regulating the speed or torque of more than one motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/34—Modelling or simulation for control purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0472—Controlling the motor for damping vibrations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

提供控制装置、电动助力转向装置以及控制方法，控制装置控制操舵机构中的至少包含马达的控制对象，操舵机构具有连结有由操舵者操舵的方向盘的输入轴、经由扭力杆而与输入轴连结的输出轴及与输出轴连结的马达，控制装置具有：反作用力控制部，其根据要在扭力杆产生的扭力杆扭矩生成向控制对象输入的输入扭矩并控制从方向盘向操舵者传递的反作用力；及辅助控制部，其根据控制对象的输出和标称模型生成对输入扭矩进行校正的校正扭矩。辅助控制部在相对于控制对象与标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益为大致1的频带中，控制对象的传递函数被约束为标称模型的传递函数。标称模型是考虑操舵者对方向盘操舵时的机械特性的模型。

Description

控制装置、电动助力转向装置以及控制方法
技术领域
本发明涉及控制装置、电动助力转向装置以及控制方法。
背景技术
已知有搭载于车辆的电动助力转向系统。例如，专利文献1所记载的电动助力转向系统具有马达控制装置，该马达控制装置包含推定干扰扭矩的干扰观测器。
专利文献1：日本特开2018-183046号公报
在上述那样的电动助力转向系统中，要求提高对车辆的方向盘进行操舵的操舵者所感受到的操舵感。然而，在电动助力转向系统的控制系统中，稳定性、干扰抑制特性和响应性的各要素处于相互权衡的关系。因此，存在难以进行各要素的调整，难以提高对车辆的方向盘进行操舵的操舵者所感受到的操舵感的问题。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的之一在于提供能够提高操舵者感觉到的操舵感的控制装置、具有这样的控制装置的电动助力转向装置以及能够提高操舵者感觉到的操舵感的控制方法。
本发明的控制装置的一个方式对操舵机构中的至少包含马达在内的控制对象进行控制，该操舵机构具有：输入轴，其连结有由操舵者操舵的方向盘；输出轴，其经由扭力杆而与所述输入轴连结；以及所述马达，其与所述输出轴连结，其中，该控制装置具有：反作用力控制部，其根据要在所述扭力杆产生的扭力杆扭矩来生成向所述控制对象输入的输入扭矩，并对从所述方向盘向所述操舵者传递的反作用力进行控制；以及辅助控制部，其根据所述控制对象的输出和标称模型来生成对所述输入扭矩进行校正的校正扭矩。所述辅助控制部构成为，在相对于所述控制对象与所述标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益为大致1的频带中，所述控制对象的传递函数被约束为所述标称模型的传递函数。所述标称模型是考虑了所述操舵者对所述方向盘进行操舵时的机械特性的模型。
本发明的控制装置的一个方式是对操舵机构中的至少包含马达在内的控制对象进行控制，该操舵机构具有：输入轴，其连结有由操舵者操舵的方向盘；输出轴，其经由扭力杆而与所述输入轴连结；以及所述马达，其与所述输出轴连结，其中，该控制装置具有：反作用力控制部，其根据要在所述扭力杆产生的扭力杆扭矩来生成向所述控制对象输入的输入扭矩，并对从所述方向盘向所述操舵者传递的反作用力进行控制；以及辅助控制部，其根据所述控制对象的输出和标称模型来生成对所述输入扭矩进行校正的校正扭矩。所述辅助控制部构成为，在相对于所述控制对象与所述标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益为大致1的频带中，所述控制对象的传递函数被约束为所述标称模型的传递函数。所述标称模型的传递函数的次数为3以上。
本发明的控制装置的一个方式对操舵机构中的至少包含马达在内的控制对象进行控制，该操舵机构具有：输入轴，其连结有由操舵者操舵的方向盘；输出轴，其经由扭力杆而与所述输入轴连结；以及所述马达，其与所述输出轴连结，其中，该控制装置具有：反作用力控制部，其根据要在所述扭力杆产生的扭力杆扭矩来生成向所述控制对象输入的输入扭矩，并对从所述方向盘向所述操舵者传递的反作用力进行控制；以及辅助控制部，其根据所述控制对象的输出和标称模型来生成对所述输入扭矩进行校正的校正扭矩。所述辅助控制部构成为，在相对于所述控制对象与所述标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益为大致1的频带中，所述控制对象的传递函数被约束为所述标称模型的传递函数。所述标称模型是具有1个惯性系统与2个惯性系统之间的频率特性的模型。
本发明的电动助力转向装置的一个方式具有上述的控制装置和上述操舵机构。
本发明的控制方法的一个方式对操舵机构中的至少包含马达在内的控制对象进行控制，该操舵机构具有：输入轴，其连结有由操舵者操舵的方向盘；输出轴，其经由扭力杆而与所述输入轴连结；以及所述马达，其与所述输出轴连结，其中，该控制方法包含如下内容：根据要在所述扭力杆产生的扭力杆扭矩来生成向所述控制对象输入的输入扭矩，并对从所述方向盘向所述操舵者传递的反作用力进行控制；以及根据所述控制对象的输出和标称模型来生成对所述输入扭矩进行校正的校正扭矩。生成所述校正扭矩包含如下内容：在相对于所述控制对象与所述标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益为大致1的频带中，将所述控制对象的传递函数约束为所述标称模型的传递函数。所述标称模型是考虑了所述操舵者对所述方向盘进行操舵时的机械特性的模型。
本发明的控制方法的一个方式对操舵机构中的至少包含马达在内的控制对象进行控制，该操舵机构具有：输入轴，其连结有由操舵者操舵的方向盘；输出轴，其经由扭力杆而与所述输入轴连结；以及所述马达，其与所述输出轴连结，其中，该控制方法包含如下内容：根据要在所述扭力杆产生的扭力杆扭矩来生成向所述控制对象输入的输入扭矩，并对从所述方向盘向所述操舵者传递的反作用力进行控制；以及根据所述控制对象的输出和标称模型来生成对所述输入扭矩进行校正的校正扭矩。生成所述校正扭矩包含如下内容：在相对于所述控制对象与所述标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益为大致1的频带中，将所述控制对象的传递函数约束为所述标称模型的传递函数。关于所述标称模型，所述标称模型的传递函数的次数为3以上。
本发明的控制方法的一个方式对操舵机构中的至少包含马达在内的控制对象进行控制，该操舵机构具有：输入轴，其连结有由操舵者操舵的方向盘；输出轴，其经由扭力杆而与所述输入轴连结；以及所述马达，其与所述输出轴连结，其中，该控制方法包含如下内容：根据要在所述扭力杆产生的扭力杆扭矩来生成向所述控制对象输入的输入扭矩，并对从所述方向盘向所述操舵者传递的反作用力进行控制；以及根据所述控制对象的输出和标称模型来生成对所述输入扭矩进行校正的校正扭矩。生成所述校正扭矩包含如下内容：在相对于所述控制对象与所述标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益为大致1的频带中，将所述控制对象的传递函数约束为所述标称模型的传递函数。所述标称模型是具有1个惯性系统与2个惯性系统之间的频率特性的模型。
根据本发明的一个方式，能够提高对搭载电动助力转向装置的车辆的方向盘进行操舵的操舵者所感受到的操舵感。
附图说明
图1是示意性地示出第1实施方式的电动助力转向装置的图。
图2是示出一个实施方式的控制装置的构成的框图。
图3是示出一个实施方式的控制装置中的处理器的功能的功能框图。
图4是例示互补灵敏度函数的增益特性以及控制对象的传递函数与标称模型的传递函数的模型化误差的倒数的增益特性的曲线图。
图5是示出不应用模型跟随控制的情况下的操舵角和扭转扭矩的测定结果的一例的曲线图。
图6是示出在应用模型跟随控制的情况下的操舵角和扭转扭矩的测定结果的例的曲线图。
图7是示出不应用模型跟随控制的情况下的操舵角和扭转扭矩的测定结果的另一例的曲线图。
图8是示出在应用模型跟随控制的情况下的操舵角和扭转扭矩的测定结果的另一例的曲线图。
图9是示出不应用模型跟随控制的情况下的操舵角和扭转扭矩的测定结果的又一例的曲线图。
图10是示出在应用模型跟随控制的情况下的操舵角和扭转扭矩的测定结果的又一例的曲线图。
图11是示出不应用模型跟随控制的情况下的操舵角和扭转扭矩的测定结果的又另一例的曲线图。
图12是示出在应用模型跟随控制的情况下的操舵角和扭转扭矩的测定结果的又另一例的曲线图。
标号说明
100：控制装置；210：反作用力控制部；230：辅助控制部；232：低通滤波器；233：高通滤波器；250：摩擦补偿值计算部；260：干扰补偿值计算部；280：状态反馈部；521：方向盘；524a：输入轴；524b：输出轴；530：操舵机构；543：马达；546：扭力杆；560：控制对象；1000：电动助力转向装置；Cf1：第1截止频率；Cf2：第2截止频率；P(s)：控制对象的传递函数；Pn(s)：标称模型的传递函数；T(s)：互补灵敏度函数；Ta：差分扭矩；Tf：校正扭矩；Th：操舵扭矩(扭力杆扭矩)；Tp：扭矩；Tr：输入扭矩；Vd：干扰补偿值；Vf：摩擦补偿值；Vs：状态补偿值；θa：旋转角度。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的控制装置、电动助力转向装置以及控制方法的实施方式进行说明。但是，有时省略不必要的详细说明。例如，有时省略已经众所周知的事项的详细说明以及对于实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得不必要地冗长，使本领域技术人员容易理解。
以下的实施方式是例示，本发明的控制装置、电动助力转向装置以及控制方法不限于以下的实施方式。例如，以下的实施方式所示的数值、步骤、该步骤的顺序等只不过是一例，只要在技术上不产生矛盾，就能够进行各种改变。以下说明的实施方式或实施例等只不过是例示，只要在技术上不产生矛盾，就能够进行各种组合。
图1所示的本实施方式的电动助力转向装置1000搭载于车辆。如图1所示，电动助力转向装置1000具有操舵机构530和控制装置100。操舵机构530具有转向机构部520和辅助机构部540。电动助力转向装置1000通过控制装置100控制辅助机构部540，由此生成辅助扭矩，该辅助扭矩辅助通过驾驶车辆的驾驶员对方向盘521进行操舵而在转向机构部520产生的操舵扭矩Th。通过该辅助扭矩，减轻驾驶员操作方向盘521时的驾驶员的操作负担。车辆的驾驶员是对车辆的方向盘521进行操舵的操舵者。
转向机构部520具有方向盘521、转向轴522、万向联轴器523A、523B、输入轴524a、输出轴524b、齿条和齿轮机构525、齿条轴526、左右的球窝接头552A、552B、横拉杆527A、527B、转向节528A、528B、左右的操舵车轮529A、529B。即，操舵机构530具有方向盘521、转向轴522、万向联轴器523A、523B、输入轴524a、输出轴524b、齿条和齿轮机构525、齿条轴526、左右的球窝接头552A、552B、横拉杆527A、527B、转向节528A、528B以及左右的操舵车轮529A、529B。
转向轴522是从操舵者进行操舵的方向盘521延伸的轴。输入轴524a的一端部经由万向联轴器523A、523B与转向轴522中的与连接于方向盘521的一侧相反的一侧的端部连接。由此，在输入轴524a经由万向联轴器523A、523B以及转向轴522连结有方向盘521。输出轴524b经由后述的扭力杆546与输入轴524a连结。更详细而言，输出轴524b的一端部经由扭力杆546与输入轴524a的另一端部连接。输出轴524b的另一端部经由齿条和齿轮机构525与齿条轴526连结。
输入轴524a和输出轴524b同轴配置。输入轴524a和输出轴524b能够绕同一中心轴旋转。输入轴524a和输出轴524b在后述的扭力杆546能够扭转的范围内能够相互相对旋转。
辅助机构部540具有操舵扭矩传感器541、舵角传感器542、马达543、减速机构544、逆变器545以及扭力杆546。即，操舵机构530具有操舵扭矩传感器541、舵角传感器542、马达543、减速机构544、逆变器545以及扭力杆546。扭力杆546连结输入轴524a和输出轴524b。扭力杆546与输入轴524a和输出轴524b同轴地配置。在以下的说明中，将通过输入轴524a、输出轴524b和扭力杆546的共同的中心轴的假想轴线称为旋转轴线R。扭力杆546能够绕旋转轴线R扭转。
操舵扭矩传感器541通过检测扭力杆546绕旋转轴线R的扭转量来检测转向机构部520中的操舵扭矩Th。操舵扭矩Th是在扭力杆546产生的扭力杆扭矩，是绕旋转轴线R的扭转力矩。舵角传感器542能够检测输入轴524a绕旋转轴线R的旋转角度θa。输入轴524a的旋转角度θa与方向盘521的操舵角相等。即，舵角传感器542通过检测输入轴524a的旋转角度θa，能够检测方向盘521的操舵角。基于操舵扭矩传感器541和舵角传感器542，能够检测输出轴524b的旋转角度θb。
逆变器545根据从控制装置100输入的马达驱动信号，将直流电力转换为U相、V相以及W相的模拟正弦波即三相交流电力并供给至马达543。马达543经由减速机构544与输出轴524b连结。从逆变器545向马达543供给三相交流电力。马达543例如是埋入磁铁型同步马达(IPMSM)、表面磁铁型同步马达(SPMSM)或开关磁阻马达(SRM)等。马达543通过从逆变器545供给三相交流电力，生成与操舵扭矩Th对应的辅助扭矩。马达543将生成的辅助扭矩经由减速机构544传递至输出轴524b。
控制装置100对操舵机构530中的至少具有输入轴524a、输出轴524b和马达543的控制对象560进行控制。在本实施方式中，控制对象560具有方向盘521、万向联轴器523A、523B、输入轴524a、输出轴524b、扭力杆546、马达543以及减速机构544。控制对象560包含能够经由扭力杆546相互相对旋转的输入轴524a以及输出轴524b，因此控制对象560的运动无法仅通过简单的1个惯性系统的运动方程式来记述。控制对象560根据操舵者握住方向盘521的强度而在1个惯性系统与2个惯性系统之间变化。操舵者越用力握住方向盘521，控制对象560越接近1个惯性系统。操舵者越弱地握住方向盘521，控制对象560越接近2个惯性系统。
控制装置100与逆变器545电连接。控制装置100基于由操舵扭矩传感器541、舵角传感器542以及搭载于车辆的车速传感器300等检测出的检测信号，生成马达驱动信号，并向逆变器545输出。控制装置100经由逆变器545控制马达543的旋转，由此对控制对象560进行控制。更详细而言，控制装置100对逆变器545所具有的多个开关元件的开关动作进行控制。具体而言，控制装置100生成对各开关元件的开关动作进行控制的控制信号并输出至逆变器545。各开关元件例如是MOSFET。在以下的说明中，将控制各开关元件的开关动作的控制信号称为“栅极控制信号”。
控制装置100基于操舵扭矩Th等生成扭矩指令值，例如通过矢量控制来控制马达543的扭矩以及马达543的旋转速度。矢量控制是将在马达543中流动的电流分解为有助于扭矩的产生的电流成分和有助于磁通的产生的电流成分，独立地控制相互垂直的各电流成分的方法。控制装置100不限于矢量控制，能够进行其他闭环控制。马达543的旋转速度例如由转子在1分钟内旋转的转速[rpm]、或者转子在1秒钟内旋转的转速[rps]等表示。
此外，也可以从操舵扭矩传感器541向控制装置100直接输入操舵扭矩Th的值，控制装置100也可以根据操舵扭矩传感器541的输出值来计算操舵扭矩Th的值。也可以从舵角传感器542向控制装置100直接输入方向盘521的操舵角的值，也可以由控制装置100根据舵角传感器542的输出值来计算操舵角的值。
另外，控制装置100和马达543被模块化，作为马达模块而被制造以及销售。马达模块具有马达543以及控制装置100，适合用于电动助力转向装置1000。另外，控制装置100能够与马达543独立地制造以及销售为用于控制电动助力转向装置1000的控制装置。
图2示出本实施方式中的控制装置100的结构的典型例。控制装置100例如具有电源电路111、角度传感器112、输入电路113、通信I/F 114、驱动电路115、ROM 116以及处理器200。控制装置100能够作为安装有这些各电子部件的印刷布线基板(PCB)来实现。
关于处理器200，搭载于车辆的车速传感器300、操舵扭矩传感器541以及舵角传感器542以能够通信的方式与处理器200连接。从车速传感器300向处理器200发送车速。从操舵扭矩传感器541向处理器200发送操舵扭矩Th。从舵角传感器542向处理器200发送操舵角。
处理器200是半导体集成电路，也被称为中央运算处理装置(CPU)或微处理器。处理器200依次执行存储在ROM 116中的记述了用于控制马达驱动的命令组的计算机程序，实现期望的处理。控制装置100除了处理器200以外，或者代替处理器200，可以具有搭载有CPU的FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、GPU(GraphicsProcessing Unit：图形处理单元)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、ASSP(Application Specific Integrated Circuit：专用标准配置)、或者从这些电路中选择的2个以上的电路的组合。处理器200根据实际电流值以及马达543的转子的旋转角等设定电流指令值而生成PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)信号，并将该PWM信号输出至驱动电路115。
电源电路111与未图示的外部电源连接。电源电路111生成控制装置100的各部所需的DC电压。在电源电路111中生成的DC电压例如是3V或5V。
角度传感器112检测马达543的转子的旋转角并向处理器200输出。角度传感器112可以是旋转变压器，也可以是霍尔IC等霍尔元件，还可以是具有磁阻元件的MR传感器。处理器200能够根据基于角度传感器112得到的马达543的电角度θm来运算马达543的角速度ω[rad/s]。此外，控制装置100也可以代替角度传感器112而具有能够检测马达543的旋转角速度的速度传感器以及能够检测马达543的旋转角加速度的加速度传感器。
向输入电路113输入由未图示的电流传感器检测出的马达电流值。在以下的说明中，将由未图示的电流传感器检测出的马达电流值称为“实际电流值”。输入电路113根据需要将所输入的实际电流值的电平转换为处理器200的输入电平，并将实际电流值输出到处理器200。输入电路113的典型例是模拟数字转换电路。
通信I/F 114例如是用于依据车载的控制区域网络(CAN)进行数据的收发的输入输出接口。
典型地，驱动电路115是栅极驱动器或预驱动器。驱动电路115根据PWM信号生成栅极控制信号，向逆变器545所具有的多个开关元件的栅极提供栅极控制信号。例如，在作为驱动对象的马达543是能够以低电压进行驱动的马达时，有时未必需要作为栅极驱动器的驱动电路115。在该情况下，驱动电路115中的栅极驱动器的功能能够安装于处理器200。
ROM 116与处理器200电连接。ROM 116例如是可写入存储器、可重写存储器或只读存储器。作为可写入存储器，例如可举出PROM(Programmable Read Only Memory：可编程只读存储器)。作为可改写的存储器，例如可举出闪存以及EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory：电可擦可编程只读存储器)等。ROM 116存储有包含用于使处理器200控制马达驱动的命令组的控制程序。例如，存储在ROM 116中的控制程序在引导时暂时展开到未图示的RAM中。
图3示出本实施方式的处理器200的功能块的一例。作为计算机的处理器200使用各功能块依次执行马达543的控制所需的处理或任务。图3所示的处理器200的各功能块既可以作为固件等软件而安装于处理器200，也可以作为硬件而安装于处理器200，还可以作为软件以及硬件而安装于处理器200。处理器200中的各功能块的处理典型地以软件的模块为单位记述在计算机程序中，并存储在ROM 116中。但是，在使用FPGA等的情况下，这些功能块的全部或一部分能够作为硬件加速器来安装。另外，本实施方式中的控制装置100的控制方法能够通过安装于计算机并使计算机执行所希望的动作来实施。
处理器200具有反作用力控制部210、辅助控制部230、状态反馈部280、减法器SU1、加法器AD1以及加法器AD2。即，控制装置100具有反作用力控制部210、辅助控制部230、状态反馈部280、减法器SU1、加法器AD1以及加法器AD2。换言之，在控制装置100的处理器200安装有与反作用力控制部210、辅助控制部230、状态反馈部280、减法器SU1、加法器AD1以及加法器AD2分别对应的功能。
由操舵扭矩传感器541检测到的操舵扭矩Th被输入到反作用力控制电路210。反作用力控制部210基于操舵扭矩Th、即要在扭力杆546产生的扭力杆扭矩来生成向控制对象560输入的输入扭矩Tr。输入扭矩Tr是马达543的目标扭矩，是扭矩指令值。反作用力控制电路210通过生成输入扭矩Tr来控制马达543的扭矩，从而控制从方向盘521向操舵者传递的反作用力。反作用力控制电路210在操舵频率或者操舵速度处于规定范围内时，通过对操舵扭矩Th应用相位补偿来生成输入扭矩Tr。操舵频率是基于驾驶员对方向盘521的操作而变化的操舵角的频率。转向速度是基于驾驶员对方向盘521的操作而变化的操舵角的速度。图3所例示的反作用力控制电路210具有基础辅助运算电路211和相位补偿器212。
基础辅助运算部211获取操舵扭矩Th以及车速。基础辅助运算部211基于操舵扭矩Th以及车速生成基础辅助扭矩。例如，基础辅助运算部211具有规定了操舵扭矩Th、车速以及基础辅助扭矩的关系的查找表(LUT)。基础辅助运算部211能够参照该查找表，基于操舵扭矩Th以及车速来决定处于对应关系的基础辅助扭矩。基础辅助运算部211能够基于由基础辅助扭矩的变化量相对于操舵扭矩Th的变动量的比率规定的斜率来决定基础辅助增益。
本实施方式中的相位补偿器212在驾驶员操作方向盘521时操舵频率可取的范围内调整辅助增益，补偿扭力杆546的刚性。操舵频率可取的范围例如为5Hz以下。相位补偿器212也可以在操舵频率为5Hz以下时，对操舵扭矩Th、即扭力杆扭矩应用例如1次相位补偿。1次相位补偿例如通过式(1)的传递函数来表示。
Figure BDA0004016818410000101
在式(1)中，s是拉普拉斯变换子，f1是传递函数的零点的频率[Hz]，f2是传递函数的极点的频率[Hz]。将以增益或环路增益为纵轴、以频率的对数为横轴的图表称为增益线图。在增益线图中，零点是指增益曲线与表示0dB的横轴的交点，极点是指增益曲线的极大点。例如，通过使极点的频率高于零点的频率，能够应用相位超前补偿。极点的频率与零点的频率的间隔越大，相位超前量越多。
相位补偿器212基于从基础辅助运算部211输出的基础辅助扭矩以及基础辅助增益来生成输入扭矩Tr。例如，相位补偿器212是稳定化补偿器，能够对基本辅助扭矩应用稳定性相位补偿。相位补偿器212可以具有频率特性根据基本辅助增益而可变的2次以上的传递函数。2次以上的传递函数使用响应性的参数以及衰减比(阻尼)的参数来表示。2次以上的传递函数例如能够由式(2)表示。通过将传递函数的次数设为2次，能够对传递函数的特性赋予阻尼。通过改变阻尼，能够调整相位特性。
Figure BDA0004016818410000102
在式(2)中，s是拉普拉斯变换子，ω1是传递函数的零点的频率，ω2是传递函数的极点的频率，ζ1是零点的衰减比，ζ2是极点的衰减比。极点的频率ω2比零点的频率ω1低。
辅助控制部230基于控制对象560的输出和标称模型生成对输入扭矩Tr进行校正的校正扭矩Tf。在本实施方式中，校正扭矩Tf是反馈给输入扭矩Tr的反馈扭矩。标称模型是在控制控制对象560时作为约束控制对象560的模型而使用的内部模型。关于标称模型，在后面详细叙述。在本实施方式中，辅助控制部230是构成为进行模型跟随控制的模型跟随控制器。关于辅助控制部230的具体结构，在后面详细说明。
减法器SU1从输入扭矩Tr减去从辅助控制部230输出的校正扭矩Tf。来自减法器SU1的输出被输入到加法器AD1和辅助控制部230。加法器AD1将对来自减法器SU1的输出加上来自状态反馈部280的输出而得到的值输出到加法器AD2。加法器AD2将对来自加法器AD1的输出加上干扰扭矩Td而得到的值向控制对象560输出。
干扰扭矩Td是实际的马达543的输出扭矩相对于理想的马达543的输出扭矩的差分。干扰扭矩Td包含从外部对控制对象560施加的干扰扭矩。干扰扭矩Td例如包含因马达543以及减速机构544等机械要素引起的摩擦以及松动而产生的多余的扭矩、在马达543产生的扭矩波动、自动回正扭矩以及在未铺设的松动道路或者砂石道路等上行驶时可能产生的干扰扭矩等。自动回正扭矩是指由于在转动方向盘521时扭转的轮胎的弹性而作用于方向盘521返回的方向的扭矩。
在本实施方式中，辅助控制部230基于根据输入轴524a的旋转角度θa计算出的角速度ωθ生成校正扭矩Tf，并反馈给输入扭矩Tr。角速度ωθ是相当于根据输入轴524a的旋转角度θa理论上计算出的马达543的角速度的值。例如，在刚由操舵者使方向盘521开始旋转之后，输入轴524a与方向盘521的旋转一起旋转，但另一方面，存在马达543还未开始驱动而输出轴524b未旋转的情况。在该情况下，马达543的实际的角速度ω为零，但理论上如果输入轴524a旋转，则马达543也旋转，输出轴524b也旋转。角速度ωθ是与这样的理论上马达543旋转的情况下的马达543的角速度相当的值。因此，角速度ωθ有时与马达543的实际的角速度ω不同。此外，用于角速度ωθ的计算的旋转角度θa可以是由舵角传感器542检测出的值，也可以是根据输出轴524b的旋转角度θb计算出的值。
辅助控制部230具有逆标称模型231、低通滤波器232、高通滤波器233、辅助调整部270、减法器SU2以及加法器AD3。高通滤波器233具有第1截止频率Cf1。第1截止频率Cf1例如为2Hz以上且10Hz以下，优选为5Hz以上且7Hz以下。
低通滤波器232具有比第1截止频率Cf1高的第2截止频率Cf2。第2截止频率Cf2例如为3Hz以上且50Hz以下。但是，第2截止频率Cf2的上限可以设定为140Hz以上且200Hz以下左右的范围。低通滤波器232的次数为3次以上。低通滤波器232例如可以由多个低通滤波器构成。低通滤波器232和高通滤波器233串联结合。
辅助控制部230构成为，在将低通滤波器232的传递函数设为Q(s)、将高通滤波器233的传递函数设为HPF(s)时，在Q(s)·HPF(s)的增益特性中的增益为1的频带中，控制对象560的传递函数P(s)被约束为规定的标称模型的传递函数Pn(s)。Q(s)·HPF(s)是由辅助控制部230构成的内环的互补灵敏度函数T(s)。如图4所示，Q(s)·HPF(s)、即互补灵敏度函数T(s)在频率f为第1截止频率Cf1以上且第2截止频率Cf2以下的频带中，增益为0dB、即传递函数中的增益为1。在图4中，示出了互补灵敏度函数T(s)的绝对值。此外，在本说明书中，“控制对象的传递函数被约束为标称模型的传递函数”是指例如在观察输入输出关系时，控制对象被控制成控制对象的传递函数在表观上看起来是标称模型的传递函数。
逆标称模型231是为了约束控制对象560而使用的规定的标称模型(设备模型)的逆模型。在本实施方式中，规定的标称模型的传递函数Pn(s)由以下的式(3)表示。逆标称模型231的传递函数Pn -1(s)由以下的式(4)表示。
Figure BDA0004016818410000121
Figure BDA0004016818410000122
在式(3)、(4)中，s是拉普拉斯变换子，JSTGn是表示标称模型的惯性力矩的参数，BSTGn是表示标称模型的粘性摩擦系数的参数，ω1n是传递函数Pn(s)的零点的频率，ω2n是传递函数Pn(s)的极点的频率，ζ1n是传递函数Pn(s)的零点的衰减比，ζ2n是传递函数Pn(s)的极点的衰减比。
在本实施方式中，标称模型是具有1个惯性系统与2个惯性系统之间的频率特性的模型。表示上述的标称模型的传递函数Pn(s)的式(3)是对表示2个惯性系统的式加上衰减项后的式。在上述的式(3)中，衰减项是2ζ1nω1ns以及2ζ2nω2ns。从式(3)中去除这些衰减项后的式子成为表示2个惯性系统的式子。在本实施方式中，标称模型的传递函数Pn(s)的次数为3。
在本实施方式中，标称模型是考虑了操舵者对方向盘521进行操舵时的机械特性的模型。如上所述，对于控制对象560，操舵者越强烈地握住方向盘521则越接近1个惯性系统，操舵者越微弱地握住方向盘521则越接近2个惯性系统。因此，控制对象560的传递函数P(s)根据从操舵者的手臂对方向盘521怎样施加力而在1个惯性系统与2个惯性系统之间变化。在本实施方式中，通过将标称模型设为具有1个惯性系统与2个惯性系统之间的频率特性的模型，无论控制对象560的状态是1个惯性系统与2个惯性系统之间的哪个状态，都能够使标称模型的传递函数Pn(s)与控制对象560的传递函数P(s)的模型化误差Δ(s)不会变得过大。因此，无论操舵者如何对方向盘521进行操舵，都能够使用标称模型来适当地对控制对象560进行控制。这样，在本实施方式中，标称模型是考虑了根据操舵者的方向盘521的握持方式给予控制对象560的机械特性的模型。控制装置100通过具有这样的标称模型作为内部模型，能够进行控制对象560的适当的控制。
需要说明的是，在本说明书中，“标称模型是考虑了操舵者对方向盘进行操舵时的机械特性的模型”例如是指标称模型成为能够补偿因操舵者对方向盘进行操舵时的机械特性而对控制对象造成的影响的至少一部分的模型即可。标称模型例如也可以是直接组合了操舵者的手臂的动作的机械特性的模型。
如图3所示，向逆标称模型231输入控制对象560的输出。具体而言，向逆标称模型231输入根据输入轴524a的旋转角度θa计算出的角速度ωθ。逆标称模型231基于上述的式(4)和输入的角速度ωθ输出扭矩Tp。即，辅助控制部230基于控制对象560的输出，使用标称模型来计算扭矩Tp。在标称模型的输出值成为与控制对象560的输出值相同的值的情况下，扭矩Tp与向标称模型输入的扭矩的值相等。
减法器SU2从逆标称模型231的输出减去减法器SU1的输出而生成差分扭矩Ta。即，减法器SU2从扭矩Tp减去在反馈校正扭矩Tf之后且反馈后述的状态补偿值Vs之前的输入扭矩Tr而生成差分扭矩Ta。差分扭矩Ta例如是干扰扭矩Td的推定值。从减法器SU2输出的差分扭矩Ta依次接受由串联结合的低通滤波器232以及高通滤波器233进行的滤波处理，并输入到加法器AD3。在低通滤波器232以及高通滤波器233中进行了滤波处理的差分扭矩Ta成为去除了比第1截止频率Cf1低的频率成分和比第2截止频率Cf2高的频率成分的状态。即，在低通滤波器232以及高通滤波器233中进行了滤波处理的差分扭矩Ta是第1截止频率Cf1以上且第2截止频率Cf2以下的频率成分TaM。
辅助调整部270生成针对摩擦以及干扰的补偿值，调整差分扭矩Ta。在本实施方式中，辅助调整部270调整差分扭矩Ta中的频率成分TaM。辅助调整部270与高通滤波器233并联结合。辅助调整部270具有摩擦补偿值计算部250、干扰补偿值计算部260以及减法器SU3。
减法器SU3从来自低通滤波器232的输出值中减去来自高通滤波器233的输出值。这里，来自低通滤波器232的输出值是从差分扭矩Ta去除比第2截止频率Cf2高的频率成分后的值。来自高通滤波器233的输出值是从差分扭矩Ta去除了比第2截止频率Cf2高的频率成分以及比第1截止频率Cf1低的频率成分后的值。因此，从减法器SU3输出的值成为差分扭矩Ta中的比第1截止频率Cf1低的频率成分TaL。减法器SU3的输出被输入到摩擦补偿值计算部250和干扰补偿值计算部260。频率成分TaL包含摩擦力、自动回正扭矩、由控制对象560的松动引起的干扰扭矩以及在控制对象560产生的扭矩波动等。
摩擦补偿值计算部250根据差分扭矩Ta计算对在控制对象560产生的摩擦力的至少一部分进行补偿的摩擦补偿值Vf。如上所述，输入到摩擦补偿值计算部250的来自减法器SU3的值成为差分扭矩Ta中的比第1截止频率Cf1低的频率成分TaL。因此，在本实施方式中，摩擦补偿值计算部250基于差分扭矩Ta中的比第1截止频率Cf1低的频率的成分来计算摩擦补偿值Vf。
摩擦补偿值计算部250具有限制器252和增益调整器253。限制器252对来自减法器SU3的输出值施加限制。限制器252在输入值超过上限或下限的阈值的情况下，将输入值限幅为上限或下限的阈值。增益调整器253对来自限制器252的输出值乘以增益K1。摩擦补偿值计算部250通过对差分扭矩Ta中的比第1截止频率Cf1低的频率的成分乘以限制器252的限制和增益K1，来计算摩擦补偿值Vf。限制器252的阈值以及增益K1的值例如基于在控制对象560实际产生的摩擦力，预先决定为怎样的值。
为了对辅助控制部230中的模型跟随控制所使用的校正扭矩Tf应用摩擦补偿，需要留意模型跟随控制的稳定性条件。该条件是根据后述的小增益定理，约束为考虑了稳定性的特性的摩擦补偿值计算部250的传递函数的增益特性中的增益不超过1。这是从低通滤波器232的设计条件导出的。在本实施方式中，将增益调整器253中的增益K1的值最大设为1，并且在限制器252的前级设置减法器SU3来应用减法处理，以使得在该条件下增益特性中的增益成为1。换言之，摩擦补偿值计算部250作为具有1-HPF(s)的传递函数的低通滤波器发挥作用。
从摩擦补偿值计算部250输出的摩擦补偿值Vf是对差分扭矩Ta的频率成分TaL所包含的摩擦力成分的至少一部分进行补偿的值。通常，控制对象560需要适度的摩擦，因此摩擦补偿值计算部250计算比实际在控制对象560产生的摩擦力小的值作为摩擦补偿值Vf。由此，能够在控制对象560残留适度的摩擦力的同时，实现高精度的摩擦补偿。基于摩擦补偿值Vf的摩擦补偿的对象例如是马达543的摩擦、减速机构544的摩擦以及减速机构544的摩擦左右差等。
这里，在差分扭矩Ta的频率成分TaL中，除了摩擦力成分以外，还包含在控制对象560产生的自动回正扭矩、在控制对象560产生的松动引起的干扰扭矩以及在控制对象560产生的扭矩波动。因此，在通过限制器252以及增益调整器253对频率成分TaL进行处理而得到的摩擦补偿值Vf中，还包含对在控制对象560产生的自动回正扭矩、由在控制对象560产生的松动引起的干扰扭矩以及在控制对象560产生的扭矩波动的至少一部分进行补偿的补偿值。
搭载电动助力转向装置1000的车辆能够按照具有自动驾驶模式以及手动驾驶模式的行驶模式行驶。在该情况下，增益调整器253的增益K1也可以根据行驶模式进行切换。增益调整器253的增益K1越大，摩擦的降低程度越大。优选自动驾驶模式时的增益K1比手动驾驶模式时设定的增益K1大。由此，能够对进一步要求降低摩擦的自动驾驶模式应用最优的摩擦补偿。
干扰补偿值计算部260计算对在控制对象560产生的自动回正扭矩的至少一部分进行补偿的干扰补偿值Vd。在本实施方式中，干扰补偿值Vd包含对在控制对象560产生的摩擦力、在控制对象560产生的松动所引起的干扰扭矩以及在控制对象560产生的扭矩波动中的至少一部分进行补偿的补偿值。干扰补偿值计算部260基于从逆标称模型231输出的扭矩Tp与输入扭矩Tr之差即差分扭矩Ta来计算干扰补偿值Vd。即，干扰补偿值计算部260基于差分扭矩Ta来计算干扰补偿值Vd，该差分扭矩Ta是使用标称模型基于控制对象560的输出而计算出的扭矩Tp与输入扭矩Tr的差分。如上所述，输入到干扰补偿值计算部260的来自减法器SU3的值成为差分扭矩Ta中的比第1截止频率Cf1低的频率成分。因此，在本实施方式中，干扰补偿值计算部260基于差分扭矩Ta中的比第1截止频率Cf1低的频率的成分来计算干扰补偿值Vd。
干扰补偿值计算部260具有限制器262和增益调整器263。限制器262对来自减法器SU3的输出值施加限制。限制器262在输入值超过上限或下限的阈值的情况下，将输入值限幅为上限或下限的阈值。限制器262的阈值例如与限制器252的阈值不同。增益调整器263对来自限制器262的输出值乘以增益K2。在控制对象560的传递函数P(s)被约束为标称模型的传递函数Pn(s)的条件下，决定增益调整器263的增益K2的最大值。增益K2的值例如与增益K1的值不同。增益K2的值例如为0.3以上且0.8以下左右。增益调整器263的增益K2也可以根据车辆的行驶模式进行切换。
干扰补偿值Vd是对差分扭矩Ta的频率成分TaL所包含的自动回正扭矩成分的至少一部分进行补偿的值。干扰补偿值计算部260例如计算与实际在控制对象560产生的自动回正扭矩的一半左右相当的值作为干扰补偿值Vd。实际在控制对象560产生的自动回正扭矩例如按每个频率预先通过实验求出。干扰补偿值计算部260的限制器262的阈值以及增益K2的值被调整为作为预先求出的自动回正扭矩的大小的一半左右的值而计算干扰补偿值Vd的值。在干扰补偿值计算部260中计算出的干扰补偿值Vd是与在摩擦补偿值计算部250中计算出的摩擦补偿值Vf不同的值。
这里，在差分扭矩Ta的频率成分TaL中，除了自动回正扭矩以外，还包含在控制对象560产生的摩擦力、在控制对象560产生的松动引起的干扰扭矩以及在控制对象560产生的扭矩波动。因此，在通过限制器262以及增益调整器263对频率成分TaL进行处理而得到的干扰补偿值Vd中，还包含对在控制对象560产生的摩擦力、在控制对象560产生的松动所引起的干扰扭矩以及在控制对象560产生的扭矩波动的至少一部分进行补偿的补偿值。
加法器AD3对来自高通滤波器233的输出值加上来自辅助调整部270的输出值。即，加法器AD3对频率成分TaM加上摩擦补偿值Vf和干扰补偿值Vd。从加法器AD3输出将频率成分TaM、摩擦补偿值Vf和干扰补偿值Vd相加而计算出的校正扭矩Tf。从加法器AD3输出的校正扭矩Tf被反馈到控制对象560的输入、即输入扭矩Tr。这样，在本实施方式中，辅助控制部230将通过高通滤波器233去除了比第1截止频率Cf1低的频率成分后的差分扭矩Ta、即频率成分TaM加上摩擦补偿值Vf和干扰补偿值Vd来生成校正扭矩Tf。
状态反馈部280基于控制对象560的输出，对输入扭矩Tr反馈状态补偿值Vs，以使控制对象560的表观上的传递函数接近标称模型的传递函数Pn(s)。控制对象560的表观上的传递函数例如是将位于由辅助控制部230制作的反馈环路的内侧的部分视为1个部分的情况下的该1个部分的传递函数。具体而言，在本实施方式中，控制对象560的表观上的传递函数是从减法器SU1到控制对象560的输出之间的部分整体的传递函数，是将状态反馈部280和控制对象560合起来的部分的传递函数。在本实施方式中，状态反馈部280对由校正扭矩Tf校正后、且向控制对象560输入前的输入扭矩Tr反馈状态补偿值Vs。
状态补偿值Vs包含对在控制对象560产生的惯性力、在控制对象560产生的粘性力以及在控制对象560产生的摩擦力的至少一部分进行补偿的补偿值。更详细而言，状态补偿值Vs包含对在马达543产生的惯性力、在马达543产生的粘性力以及在马达543产生的摩擦力的至少一部分进行补偿的补偿值。在本实施方式中，状态补偿值Vs是分别包含在马达543产生的惯性力、在马达543产生的粘性力以及在马达543产生的摩擦力的补偿值。
状态反馈部280具有惯性补偿器281、粘性补偿器282和摩擦补偿器283。惯性补偿器281基于马达543的角速度ω，计算对在马达543产生的惯性力的至少一部分进行补偿的补偿值。粘性补偿器282基于马达543的角速度ω，计算对在马达543产生的粘性力的至少一部分进行补偿的补偿值。摩擦补偿器283基于马达543的角速度ω，计算对在马达543产生的摩擦力的至少一部分进行补偿的补偿值。在本实施方式中，状态补偿值Vs由通过惯性补偿器281计算出的补偿值、通过粘性补偿器282计算出的补偿值以及通过摩擦补偿器283计算出的补偿值构成。由惯性补偿器281计算出的补偿值、由粘性补偿器282计算出的补偿值以及由摩擦补偿器283计算出的补偿值被输出到加法器AD1，并与由校正扭矩Tf校正后的输入扭矩Tr相加。
接着，对辅助控制部230的控制进行更详细的说明。辅助控制部230使用作为内部模型而具有的标称模型的逆模型、即逆标称模型231，对控制对象560进行控制。在本实施方式中，通过由辅助控制部230生成的反馈环路，能够进行依赖于马达543的角速度ω的扭矩波动等的补偿。能够按照马达543的种类对用于控制的角速度ω的信号进行校正，与电流信号等相比，能够提高角速度ω的信号的精度。其结果，能够将高精度的扭矩波动的补偿应用于扭矩控制。
辅助控制部230与以往的干扰推定器(干扰观测器)在结构上类似，但所期望的作用、效果不同。以往的干扰推定器通过将作为内部模型而具有的逆设备模型设为接近控制对象560的模型来推定干扰扭矩，通过预先加减干扰扭矩来降低干扰的影响。
在本实施方式的辅助控制部230的控制中，灵活运用通过反馈环路将控制对象560的传递函数P(s)约束为作为内部模型而具有的标称模型的传递函数Pn(s)的效果。例如，如果以没有扭矩波动的方式定义标称模型，则通过模型跟随控制，控制对象560的传递函数P(s)被约束为没有扭矩波动的特性，其结果，通过应用扭矩波动的补偿，能够降低扭矩波动。另外，通过将标称模型设为低惯性的模型并利用标称模型约束控制对象560，能够将控制对象560作为低惯性的模型来处理。另外，通过将标称模型设为低粘性的模型并利用标称模型约束控制对象560，也能够将控制对象560作为低粘性的模型来处理。通过由辅助控制部230执行模型跟随控制，除了马达543的扭矩波动的补偿之外，还进行例如损耗扭矩补偿或马达惯性补偿。在上述的式(3)、(4)中，通过适当地设定JSTGn以及BSTGn，能够对控制对象560的传递函数P(s)赋予所希望的频率特性。
在将控制对象560的传递函数P(s)与标称模型的传递函数Pn(s)的模型化误差设为Δ(s)时，控制对象560的传递函数P(s)由以下的式(5)表示。
Figure BDA0004016818410000181
控制对象560的传递函数P(s)的增益特性例如在2个频率值中具有峰值。模型化误差Δ(s)例如出现在控制对象560的增益特性中的2个峰值中的频率高的一方的峰值附近。因此，如图4所示，模型化误差Δ(s)的倒数1/Δ(s)在比较高频的区域中具有波谷。在图4中，模型化误差Δ(s)用绝对值表示。若模型化误差Δ(s)变大，则控制对象560的传递函数P(s)与标称模型的传递函数Pn(s)的背离变大，基于辅助控制部230的使用标称模型的控制对象560的控制变得不稳定。因此，在模型化误差Δ(s)比较小的区域中，将互补灵敏度函数T(s)、即Q(s)·HPF(s)的增益设为1，使控制对象560被标称模型约束，由此能够稳定且适当地对控制对象560进行控制。模型化误差Δ(s)的频率特性能够通过调整标称模型的传递函数Pn(s)中的JSTGn以及BSTGn来调整。Q(s)·HPF(s)的增益为1的频带能够通过调整第1截止频率Cf1和第2截止频率Cf2来调整。由此，在模型化误差Δ(s)小的频带中，能够将Q(s)·HPF(s)的增益调整为1。
在图4中，1/Δ(s)在第2截止频率Cf2以下的频带中比较高，在比第2截止频率Cf2高的频带中急剧降低。使控制对象560被标称模型约束的模型跟随控制例如能够在1/Δ(s)大于1的范围、即大于0dB的范围内稳定地进行。因此，如图4所示，通过在Q(s)·HPF(s)的增益为1的频带中以1/Δ(s)大于1的方式进行调整，在Q(s)·HPF(s)的增益为1的情况下，能够使控制对象560被标称模型约束而稳定且适当地进行控制。
例如，为了扩大使控制对象560被标称模型约束而能够稳定且适当地控制的频带，只要在1/Δ(s)不成为1以下的范围内、即图4中低于表示1/Δ(s)的曲线与横轴相交的频率的频带内，提高第2截止频率Cf2即可。但是，如果使第2截止频率Cf2过高，则在比第2截止频率Cf2高的频带中，尽管1/Δ(s)变低，但Q(s)·HPF(s)的增益仍然比较高，控制有可能变得不稳定。与此相对，在本实施方式中，由于将低通滤波器232的次数设为3次以上，因此在频率比第2截止频率Cf2高的区域中，能够急剧地降低Q(s)·HPF(s)的增益。由此，即使使第2截止频率Cf2比较高，也能够在比第2截止频率Cf2高的频带中立即降低Q(s)·HPF(s)的增益，因此能够抑制控制对象560的控制变得不稳定。
辅助控制部230的鲁棒性稳定性在互补灵敏度函数T(s)与模型化误差Δ(s)之间由以下的式(6)所示的小增益定理成立时得到保证。
Figure BDA0004016818410000191
如上所述，为了在辅助控制部230中进行使用了标称模型的模型跟随控制，只要T(s)＝1即可，但若考虑鲁棒性稳定性，则需要满足上述的式(6)。由此可以理解，在所有的频带中，不能兼顾T(s)＝1和式(6)，不能兼顾辅助控制部230对干扰等的抑制和鲁棒性稳定性。
如图4所示，在频率低于第1截止频率Cf1的区域中，Q(s)·HPF(s)的增益、即互补灵敏度函数T(s)的增益也小于1。在Q(s)·HPF(s)的增益小于1的区域中，通过在反作用力控制电路210中进行输入扭矩Tr的控制，来对控制对象560进行控制。如上所述，在频率比第2截止频率Cf2高的区域中，大幅降低Q(s)·HPF(s)的增益，成为来自辅助控制部230的校正扭矩Tf几乎不向控制对象560的输入反馈的状态。另一方面，在频率比第1截止频率Cf1低的区域中，将Q(s)·HPF(s)的增益设为某种程度的大小，将校正扭矩Tf反馈到控制对象560的输入。在频率比第1截止频率Cf1低的区域中，在上述辅助调整部270中生成的补偿值根据Q(s)·HPF(s)的增益被反馈到控制对象560的输入。
控制装置100针对比第1截止频率Cf1低的低频的扭矩信号在反作用力控制电路210中进行扭矩控制，并且针对比第2截止频率Cf2高的高频的干扰进行角速度ω≒0的控制，由此以使得方向盘521不被取下的方式实现操舵的稳定化。为了实现该目的，控制装置100执行使用反作用力控制电路210降低扭矩控制的高频增益以及使用辅助控制电路230将控制对象560的传递函数P(s)约束为高频增益下降的特性。进行后者的处理的理由是为了在干扰被输入到控制对象560时控制对象560不对该干扰产生反应。
辅助控制部230的模型跟随控制的有效范围是第1截止频率Cf1以上且第2截止频率Cf2以下的区域。即，模型跟随控制的有效范围的下限频率依赖于第1截止频率Cf1。因此，模型跟随控制的有效范围的下限频率通过调整高通滤波器233的第1截止频率Cf1来决定，以使得在低频区域中不阻碍反作用力控制电路210的控制。
根据本实施方式，基于控制对象560的输出和标称模型生成对输入扭矩Tr进行校正的校正扭矩Tf的辅助控制部230构成为，在相对于控制对象560与标称模型的模型化误差Δ(s)的互补灵敏度函数T(s)的增益特性中的增益为1的频带中，控制对象560的传递函数P(s)被约束为标称模型的传递函数Pn(s)。具体而言，在标称模型与控制对象560的模型化误差Δ(s)小的区域中，使Q(s)·HPF(s)的增益特性中的增益为1，将控制对象560与标称模型的输出的差分作为校正扭矩Tf反馈到输入扭矩Tr，由此能够使控制对象560的传递函数P(s)表观上接近标称模型的传递函数Pn(s)。因此，例如，通过将标称模型设为不产生扭矩波动的模型，在Q(s)·HPF(s)的增益特性中的增益为1的频带中，能够从控制对象560的输出中去除扭矩波动，或者能够降低扭矩波动。另外，通过将标称模型设为低惯性且低粘性的模型，能够将控制对象560约束为低惯性且低粘性的模型，能够容易地对控制对象560进行控制。
例如，在以往的干扰推定器中，具有接近控制对象560的模型作为内部模型，补偿在控制对象560中产生的干扰。然而，难以具有与控制对象560完全相同的模型作为内部模型，无论如何都会产生模型化误差Δ(s)。因此，在以往的干扰推定器中，为了抑制控制变得不稳定，在所有的频带中，将Q(s)·HPF(s)的增益特性中的增益设为小于1的值。另外，在以往的干扰推定器中，由于只是使内部模型接近控制对象560的实际的模型，因此即使能够推定从外部对控制对象560施加的干扰，也无法去除在控制对象560自身产生的扭矩波动等。
与此相对，在本实施方式中，将控制装置100作为内部模型而具有的标称模型设定为作为控制对象560理想的模型，而不是设定为要再现实际的控制对象560的模型的模型，在模型化误差Δ(s)小的区域中，将Q(s)·HPF(s)的增益设为1。由此，通过适当地设定标称模型，不仅能够去除从外部对实际的控制对象560施加的干扰，还能够去除在控制对象560内部产生的扭矩波动等。因此，根据本实施方式，能够通过控制装置100适当地进行控制对象560的控制，能够提高操舵者感觉到的操舵感。
另外，例如，操舵机构530是输入轴524a与输出轴524b隔着扭力杆546连结的构造，不是单纯的1个惯性系统。因此，若将由控制装置100控制的对象设为例如仅包含马达543的1个惯性系统，则存在难以充分保障扭矩波动以及干扰等的情况。与此相对，如本实施方式那样，考虑将包含隔着扭力杆546的两侧的部分的部分捕捉为控制对象560，但并不是将该控制对象560捕捉为单纯的2个惯性系统。如上所述，控制对象560根据操舵者的方向盘521的操舵方式等，在1个惯性系统与2个惯性系统之间变化。因此，即使单纯地将控制对象560设为2个惯性系统的模型，有时也难以充分保障扭矩波动以及干扰等。
与此相对，根据本实施方式，标称模型是考虑了操舵者对方向盘521进行操舵时的机械特性的模型。因此，能够使标称模型与根据操舵者的方向盘521的操舵的方式而变化的控制对象560的特性适当地匹配。由此，通过上述模型跟随控制，将控制对象560约束为标称模型，由此能够更适当地补偿扭矩波动以及干扰等。因此，能够进一步提高操舵者感觉到的操舵感。
另外，根据本实施方式，标称模型的传递函数Pn(s)的次数为3以上。这里，本发明者们明确了操舵机构530的传递函数的次数例如为6。因此，通过将标称模型的传递函数Pn(s)设为更接近操舵机构530的传递函数的次数的高次的传递函数，能够通过控制装置100更适当地控制操舵机构530。因此，能够进一步提高操舵者感觉到的操舵感。
此外，在本实施方式中，在3次传递函数的范围内捕捉控制对象，标称模型的传递函数Pn(s)的次数也设为3。然而，例如，也可以在4次以上的传递函数的范围内捕捉控制对象，将标称模型的传递函数Pn(s)的次数设为4以上。使作为控制对象而捕捉的范围的传递函数的次数以及标称模型的传递函数Pn(s)的次数越接近操舵机构530的传递函数的次数即6次，越能够进行更适当的控制。例如，在操舵扭矩传感器541是旋转变压器等的情况下，可以考虑操舵扭矩传感器541的传递函数是2次。因此，例如，将控制对象作为对本实施方式的控制对象560加上操舵扭矩传感器541而得到的控制对象，若将标称模型的传递函数Pn(s)的次数设为5次，则能够进行更适当的控制。
另外，根据本实施方式，标称模型是具有1个惯性系统与2个惯性系统之间的频率特性的模型。如上所述，控制对象560的特性根据操舵者的方向盘521的操舵方式而在1个惯性系统与2个惯性系统之间变化。因此，通过将标称模型设为具有1个惯性系统与2个惯性系统之间的频率特性的模型，能够使用标称模型更适当地对控制对象560进行控制。因此，能够进一步提高操舵者感觉到的操舵感。
另外，根据本实施方式，表示标称模型的传递函数Pn(s)的式子是对表示2个惯性系统的式子加上衰减项后的式子。因此，能够将标称模型的传递函数Pn(s)适当且容易地设为具有1个惯性系统与2个惯性系统之间的频率特性的模型。
另外，根据本实施方式，标称模型的传递函数Pn(s)由上述的式(3)表示。因此，能够更适当且容易地使标称模型的传递函数Pn(s)成为具有1个惯性系统与2个惯性系统之间的频率特性的模型。
如以上说明的那样，通过将控制对象560捕捉得比1个惯性系统宽，并与控制对象560相匹配地设定标称模型，能够使用标称模型，作为能够通过反馈控制来补偿包含比以往宽的频带的扭矩波动等的干扰的对象。由此，能够使可抑制干扰的频带比以往宽。具体而言，例如，在控制对象560产生的扭矩波动中包含由减速机构544所使用的蜗轮蜗杆副引起的扭矩波动等。由该蜗轮蜗杆副引起的扭矩波动例如有时会成为50Hz左右的干扰。在以往的干扰推定器等的结构中，原本就无法抑制扭矩波动，作为干扰能够抑制的频带也比50Hz低，因此无法抑制上述那样的由蜗轮蜗杆副引起的扭矩波动。与此相对，根据本实施方式的结构以及方法，通过适当地设定标称模型，也能够通过辅助控制部230补偿由上述那样的蜗轮蜗杆副引起的比较高频的扭矩波动，能够抑制该比较高频的扭矩波动。
另外，根据本实施方式，控制装置100具有状态反馈部280，该状态反馈部280基于控制对象560的输出，对输入扭矩Tr反馈状态补偿值Vs，以使控制对象560的表观上的传递函数接近标称模型的传递函数Pn(s)。因此，能够使想要通过辅助控制部230的反馈来控制的控制对象560在表观上接近作为内部模型而具有的标称模型。由此，在进行基于辅助控制部230的模型跟随控制时，能够将控制对象560视为接近标称模型的模型，能够减小控制对象560与标称模型的模型化误差Δ(s)。因此，将Q(s)·HPF(s)的增益特性中的增益设为1，能够扩大能够将控制对象560的传递函数P(s)约束为标称模型的传递函数Pn(s)的频带。因此，能够在更宽的频带中进行基于辅助控制部230的模型跟随控制，能够进一步提高操舵者感受到的操舵感。
另外，根据本实施方式，状态反馈部280对通过校正扭矩Tf校正之后且向控制对象560输入之前的输入扭矩Tr反馈状态补偿值Vs。因此，能够使来自状态反馈部280的反馈进入辅助控制部230的反馈环路内。由此，从辅助控制部230来看，能够将状态反馈部280和控制对象560统一视为1个控制对象。因此，通过将该汇总后的1个控制对象的传递函数视为控制对象560的表观上的传递函数P(s)，能够更适当地进行使用了标称模型的辅助控制部230的控制。
另外，根据本实施方式，状态补偿值Vs包含对在控制对象560产生的惯性力、在控制对象560产生的粘性力以及在控制对象560产生的摩擦力的至少一部分进行补偿的补偿值。因此，能够使控制对象560的表观上的传递函数更接近标称模型的传递函数Pn(s)。在本实施方式中，通过由惯性补偿器281、粘性补偿器282和摩擦补偿器283反馈分别包含惯性力、粘性力和摩擦力的状态补偿值Vs，能够使控制对象560的表观上的传递函数更适当地接近标称模型的传递函数Pn(s)。另外，惯性补偿器281、粘性补偿器282和摩擦补偿器283各自的增益被适当设定为使控制对象560接近标称模型的值。
另外，根据本实施方式，状态补偿值Vs包含对在马达543产生的惯性力、在马达543产生的粘性力以及在马达543产生的摩擦力中的至少一部分进行补偿的补偿值。因此，能够以接近标称模型的方式补偿在马达543产生的惯性力等。由此，能够使控制对象560的表观上的传递函数更适当地接近标称模型的传递函数Pn(s)。
另外，根据本实施方式，辅助控制部230根据使用标称模型基于控制对象560的输出计算出的扭矩Tp与通过校正扭矩Tf校正之后且反馈状态补偿值Vs之前的输入扭矩Tr的差分，生成校正扭矩Tf。即，能够对辅助控制部230的减法器SU2输入加上状态补偿值Vs之前的输入扭矩Tr。因此，从辅助控制部230来看，容易将状态反馈部280和控制对象560合起来更适当地视为1个控制对象。由此，能够使从辅助控制部230观察到的控制对象560的表观上的传递函数P(S)更适当地接近标称模型。
另外，例如，在2个惯性系统中，根据输出侧的惯性系统的运动，难以推定2个惯性系统整体的运动。即，在本实施方式中，也存在仅根据输出轴524b的旋转角度θb的信息难以推定1个惯性系统与2个惯性系统之间的标称模型的运动，难以适当地计算从逆标称模型231输出的扭矩Tp的情况。与此相对，根据本实施方式，辅助控制部230基于输入轴524a的旋转角度θa生成校正扭矩Tf。因此，通过使用作为输入侧的输入轴524a的旋转角度θa，能够适当地推定1个惯性系统与2个惯性系统之间的标称模型的运动。由此，能够适当地计算从逆标称模型231输出的扭矩Tp，能够适当地生成校正扭矩Tf。
另外，自动回正扭矩作为操舵者对方向盘521进行操舵时的手感传递给操舵者。因此，例如，考虑在包含自动回正扭矩的低频区域中，大幅降低辅助控制部230的增益，使得自动回正扭矩不被补偿。在该情况下，由于不进行辅助控制电路230的补偿，因此在反作用力控制电路210中施加补偿来对控制对象560进行控制。但是，在该情况下，有时反作用力控制电路210中的补偿量变大，反作用力控制电路210的增益变得过大。因此，控制装置100的控制有可能变得不稳定。
与此相对，根据本实施方式，辅助控制部230具有计算对在控制对象560产生的自动回正扭矩的至少一部分进行补偿的干扰补偿值Vd的干扰补偿值计算部260。校正扭矩Tf包含干扰补偿值Vd。因此，即使在包含自动回正扭矩的低频区域中，也能够按照至少补偿自动回正扭矩的量，进行基于辅助控制部230的补偿。由此，能够减小在反作用力控制电路210中需要补偿的补偿量，能够降低反作用力控制电路210中的增益。因此，能够抑制控制装置100的控制变得不稳定。因此，能够进一步提高操舵者感觉到的操舵感。另外，通过利用辅助控制部230补偿自动回正扭矩的至少一部分，能够减小在操舵者对方向盘521进行操舵时施加于操舵者的反作用力。因此，能够进一步提高操舵者感觉到的操舵感。特别是，在本实施方式中，通过辅助控制部230仅补偿自动回正扭矩的一部分，从而在操舵者对方向盘521进行操舵时，能够对操舵者给予适度的手感，并且操舵者容易对方向盘521进行操舵。
另外，根据本实施方式，干扰补偿值Vd包含对在控制对象560产生的摩擦力、在控制对象560产生的松动所引起的干扰扭矩以及在控制对象560产生的扭矩波动中的至少一部分进行补偿的补偿值。因此，通过在辅助控制部230的干扰补偿值计算部260中计算出的干扰补偿值Vd，不仅能够补偿自动回正扭矩，还能够补偿由摩擦力、松动引起的干扰扭矩以及扭矩波动的至少一部分。由此，即使在比无法进行模型跟随控制的第1截止频率Cf1低的低频区域中，也能够对摩擦力、松动所引起的干扰扭矩以及扭矩波动中的至少一部分进行补偿。因此，能够进一步提高在比第1截止频率Cf1低的低频区域中操舵者感觉到的操舵感。
另外，根据本实施方式，干扰补偿值计算部260根据差分扭矩Ta来计算干扰补偿值Vd，该差分扭矩Ta是使用标称模型基于控制对象560的输出而计算出的扭矩Tp与输入扭矩Tr的差分。因此，能够根据差分扭矩Ta适当地推定自动回正扭矩等的值，能够适当地计算干扰补偿值Vd。
另外，根据本实施方式，干扰补偿值计算部260基于差分扭矩Ta中的比第1截止频率Cf1低的频率的成分、即频率成分TaL来计算干扰补偿值Vd。由于自回正扭矩包含在比较低的频率成分TaL中，因此通过基于频率成分TaL计算干扰补偿值Vd，能够适当地进行自回正扭矩的补偿。另外，在频率成分TaL中还包含由在控制对象560产生的摩擦力、在控制对象560中产生的松动引起的干扰扭矩以及在控制对象560产生的扭矩波动。因此，通过对频率成分TaL实施基于限制器262以及增益调整器263的处理来计算干扰补偿值Vd，从而除了自动回正扭矩之外，还能够计算也能够补偿由在控制对象560产生的摩擦力、在控制对象560产生的松动引起的干扰扭矩以及在控制对象560产生的扭矩波动的干扰补偿值Vd。
另外，根据本实施方式，辅助控制部230具有摩擦补偿值计算部250，该摩擦补偿值计算部250基于差分扭矩Ta来计算对在控制对象560产生的摩擦力的至少一部分进行补偿的摩擦补偿值Vf。辅助控制部230对通过高通滤波器233去除了比第1截止频率Cf1低的频率成分TaL的差分扭矩Ta、即频率成分TaM加上摩擦补偿值Vf和干扰补偿值Vd来生成校正扭矩Tf。因此，通过辅助控制部230，能够更适当地补偿在控制对象560产生的摩擦力。
另外，根据本实施方式，摩擦补偿值计算部250基于差分扭矩Ta中的比第1截止频率Cf1低的频率的成分、即频率成分TaL来计算摩擦补偿值Vf。因此，即使在比无法进行模型跟随控制的第1截止频率Cf1低的低频区域中，也能够适当地补偿摩擦力。由此，在比第1截止频率Cf1低的低频区域中，能够进一步降低反作用力控制电路210的增益，能够进一步抑制控制对象560的控制变得不稳定。
另外，在以往的摩擦补偿控制中，在马达543的角速度ω为零附近，为了防止震颤，不得不使摩擦补偿值相对于马达543的角速度ω的变化平缓。作为其结果，存在无法进行高精度的摩擦补偿控制的情况。根据发明人的研究，为了解决该课题，期望逐次推定并补偿摩擦。根据本实施方式的摩擦补偿值计算部250的摩擦补偿，能够逐次推定摩擦，计算摩擦补偿值Vf，因此能够解决该课题。
另外，例如，开发了在高速公路上行驶时等识别白线或黄线等车道，辅助跟随车道的车辆的自动行驶的辅助装置。已知在搭载有这样的辅助装置以及电动助力转向装置的车辆中，若减速机构544的摩擦存在左右差，则会对使车辆沿着车道的中心直行行驶的辅助装置的控制产生影响。根据本实施方式的摩擦补偿值计算部250的摩擦补偿，即使在减速机构544的摩擦存在左右差的情况下，也能够逐次推定摩擦，因此能够解决上述课题。此外，作为控制对象560的输出的马达543的角速度ω包含与减速机构544的摩擦的左右差相关的信息。
本发明人等通过进行实车测定来确认应用上述实施方式的控制装置100的模型跟随控制而得到的效果。在实车测定中，针对扭矩波动、粘性感、摩擦以及惯性感，分别对不应用模型跟随控制的情况和应用模型跟随控制的情况进行了比较。
在图5、图7、图9以及图11中示出不应用模型跟随控制的情况下的操舵角[deg]以及扭转扭矩[Nm]的测定结果。图6、图8、图10以及图12示出应用了模型跟随控制的情况下的操舵角[deg]以及扭转扭矩[Nm]的测定结果。在图5～图12的各曲线图中，横轴为操舵角[deg]，纵轴为扭矩[Nm]。扭转扭矩是扭力杆扭矩，是操舵扭矩Th。
在图5以及图6中，示出以90[deg/s]对方向盘521进行了操舵时的波形。观察图5和图6的各放大图，确认了与未应用模型跟随控制的图5的波形相比，应用了模型跟随控制的图6的波形的扭矩波动降低。由此，确认了通过应用模型跟随控制，能够降低对方向盘521进行操舵时的扭矩波动。
在图7以及图8中，表示将操舵频率设为2Hz而对方向盘521进行操舵时的波形。根据图7以及图8，确认了应用了模型调整控制的图8的波形EM1中的扭矩的变动量D1em小于未应用模型调整控制的图7的波形CE1中的扭矩的变动量D1ce。由此，确认了通过应用模型跟随控制，能够降低对方向盘521进行操舵时的粘性感。
在图9以及图10中示出将操舵频率设为0.5Hz并以±10deg对方向盘521进行操舵时的波形。根据图9和图10确认到，与未应用模型跟随控制的图9的波形CE2中箭头所示的宽度D2ce相比，应用了模型跟随控制的图10的波形EM2中箭头所示的宽度D2em更小。宽度D2ce、D2em分别相当于摩擦的大小。因此，确认了通过应用模型跟随控制，能够降低对方向盘521进行操舵时的摩擦。
在图11以及图12中，示出将操舵频率设为2Hz而实施了使方向盘521返回的操舵时的波形。在图11中，用虚线的椭圆Ece表示使方向盘521返回时的波形部分。在图12中，以虚线的椭圆Eem表示使方向盘521返回时的波形部分。根据图11和图12确认到，与未应用模型跟随控制的图11的波形CE3中的由返回时的惯性引起的卡滞相比，应用了模型跟随控制的图12的波形EM3中的由返回时的惯性引起的卡滞更小。由此，确认了通过应用模型跟随控制，能够降低对方向盘521好像操舵时的惯性感。
本发明并不限定于上述的实施方式，在本发明的技术思想的范围内，也能够采用其他的结构及其他的方法。在上述的实施方式中，将辅助控制部构成为，在相对于控制对象与标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益为1的频带中，控制对象的传递函数被约束为标称模型的传递函数，但不限于此。辅助控制部只要构成为在相对于控制对象与标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益大致为1的频带中，控制对象的传递函数被约束为标称模型的传递函数即可。“增益大致为1”除了增益为1的情况之外，还包含例如增益为0.8以上且1.2以下的情况。该数值范围例如是在与马达连接的减速机构具有蜗轮蜗杆副的情况下，在考虑了蜗轮蜗杆副的正效率以及反效率的基础上，能够将实质上的干扰抑制特性的增益调整为1的范围。由于蜗轮蜗杆副的效率为0.8左右，因此需要相对于目标值1以±0.2调整增益。
在上述的实施方式中，在将低通滤波器的传递函数设为Q(s)、将高通滤波器的传递函数设为HPF(s)时，互补灵敏度函数是由Q(s)·HPF(s)表示的函数，但不限于此。例如，在控制对象的传递函数与标称模型的传递函数相等的情况下，互补灵敏度函数也可以由Q(s)表示。
标称模型可以是具有任何传递函数的模型。例如，也可以将控制对象设为包含马达的1个惯性系统，将标称模型的传递函数Pn(s)设为以下的式(7)。
Figure BDA0004016818410000281
在式(7)中，s是拉普拉斯变换子，Jmn是表示标称模型的惯性力矩的参数，Bmn是表示标称模型的粘性摩擦系数的参数。
由辅助控制部生成的校正扭矩只要是校正输入扭矩的扭矩即可，可以任意地校正输入扭矩。辅助控制部也可以在前馈控制等反馈控制以外的控制中，通过校正扭矩来校正输入扭矩。
作为本发明中的控制装置以及控制方法的对象的控制对象只要至少包含马达，则可以是操舵机构中的任意部分。控制对象可以是1个惯性系统的控制对象，也可以是2个惯性系统以上的控制对象。

Claims (20)

1.一种控制装置，其对操舵机构中的至少包含马达在内的控制对象进行控制，
该操舵机构具有：
输入轴，其连结有由操舵者操舵的方向盘；
输出轴，其经由扭力杆而与所述输入轴连结；以及
所述马达，其与所述输出轴连结，
其中，
该控制装置具有：
反作用力控制部，其根据要在所述扭力杆产生的扭力杆扭矩来生成向所述控制对象输入的输入扭矩，并对从所述方向盘向所述操舵者传递的反作用力进行控制；以及
辅助控制部，其根据所述控制对象的输出和标称模型来生成对所述输入扭矩进行校正的校正扭矩，
所述辅助控制部构成为，在相对于所述控制对象与所述标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益为大致1的频带中，所述控制对象的传递函数被约束为所述标称模型的传递函数，
所述标称模型是考虑了所述操舵者对所述方向盘进行操舵时的机械特性的模型。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
所述标称模型的传递函数的次数为3以上。
3.一种控制装置，其对操舵机构中的至少包含马达在内的控制对象进行控制，
该操舵机构具有：
输入轴，其连结有由操舵者操舵的方向盘；
输出轴，其经由扭力杆而与所述输入轴连结；以及
所述马达，其与所述输出轴连结，
其中，
该控制装置具有：
反作用力控制部，其根据要在所述扭力杆产生的扭力杆扭矩来生成向所述控制对象输入的输入扭矩，并对从所述方向盘向所述操舵者传递的反作用力进行控制；以及
辅助控制部，其根据所述控制对象的输出和标称模型来生成对所述输入扭矩进行校正的校正扭矩，
所述辅助控制部构成为，在相对于所述控制对象与所述标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益为大致1的频带中，所述控制对象的传递函数被约束为所述标称模型的传递函数，
所述标称模型的传递函数的次数为3以上。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的控制装置，其中，
所述标称模型是具有1个惯性系统与2个惯性系统之间的频率特性的模型。
5.一种控制装置，其对操舵机构中的至少包含马达在内的控制对象进行控制，
该操舵机构具有：
输入轴，其连结有由操舵者操舵的方向盘；
输出轴，其经由扭力杆而与所述输入轴连结；以及
所述马达，其与所述输出轴连结，
其中，
该控制装置具有：
反作用力控制部，其根据要在所述扭力杆产生的扭力杆扭矩来生成向所述控制对象输入的输入扭矩，并对从所述方向盘向所述操舵者传递的反作用力进行控制；以及
辅助控制部，其根据所述控制对象的输出和标称模型来生成对所述输入扭矩进行校正的校正扭矩，
所述辅助控制部构成为，在相对于所述控制对象与所述标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益为大致1的频带中，所述控制对象的传递函数被约束为所述标称模型的传递函数，
所述标称模型是具有1个惯性系统与2个惯性系统之间的频率特性的模型。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的控制装置，其中，
所述辅助控制部具有：
高通滤波器，其具有第1截止频率；以及
低通滤波器，其具有比所述第1截止频率高的第2截止频率，
在将所述低通滤波器的传递函数设为Q(s)、将所述高通滤波器的传递函数设为HPF(s)时，所述互补灵敏度函数由Q(s)·HPF(s)表示。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的控制装置，其中，
表示所述标称模型的传递函数的式子是对表示2个惯性系统的式子加上衰减项后的式子。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其中，
所述标称模型的传递函数Pn(s)由下式表示，
Figure FDA0004016818400000031
其中，s是拉普拉斯变换子，JSTGn是表示所述标称模型的惯性力矩的参数，BSTGn是表示所述标称模型的粘性摩擦系数的参数，ω1n是传递函数Pn(s)的零点的频率，ω2n是传递函数Pn(s)的极点的频率，ζ1n是传递函数Pn(s)的零点的衰减比，ζ2n是传递函数Pn(s)的极点的衰减比。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的控制装置，其中，
该控制装置具有状态反馈部，该状态反馈部根据所述控制对象的输出对所述输入扭矩反馈状态补偿值，以使所述控制对象的表观上的传递函数接近所述标称模型的传递函数。
10.根据权利要求9所述的控制装置，其中，
所述状态反馈部对通过所述校正扭矩校正之后且输入至所述控制对象之前的所述输入扭矩反馈所述状态补偿值。
11.根据权利要求9或10所述的控制装置，其中，
所述状态补偿值包含对在所述控制对象产生的惯性力、在所述控制对象产生的粘性力以及在所述控制对象产生的摩擦力中的至少一部分进行补偿的补偿值。
12.根据权利要求9至11中的任意一项所述的控制装置，其中，
所述辅助控制部根据使用所述标称模型基于所述控制对象的输出而计算出的扭矩与通过所述校正扭矩校正之后且反馈所述状态补偿值之前的所述输入扭矩的差分，生成所述校正扭矩。
13.根据权利要求1至12中的任意一项所述的控制装置，其中，
所述辅助控制部根据所述输入轴的旋转角度生成所述校正扭矩。
14.根据权利要求1至13中的任意一项所述的控制装置，其中，
所述辅助控制部具有干扰补偿值计算部，该干扰补偿值计算部计算对在所述控制对象产生的自动回正扭矩的至少一部分进行补偿的干扰补偿值，
所述校正扭矩包含所述干扰补偿值。
15.根据权利要求14所述的控制装置，其中，
所述干扰补偿值包含对在所述控制对象产生的摩擦力、在所述控制对象产生的松动所引起的干扰扭矩以及在所述控制对象产生的扭矩波动中的至少一部分进行补偿的补偿值。
16.根据权利要求14或15所述的控制装置，其中，
所述干扰补偿值计算部根据差分扭矩来计算所述干扰补偿值，该差分扭矩是使用所述标称模型基于所述控制对象的输出而计算出的扭矩与所述输入扭矩的差分。
17.一种电动助力转向装置，其具有：
权利要求1至16中的任意一项所述的控制装置；以及
所述操舵机构。
18.一种控制方法，对操舵机构中的至少包含马达在内的控制对象进行控制，
该操舵机构具有：
输入轴，其连结有由操舵者操舵的方向盘；
输出轴，其经由扭力杆而与所述输入轴连结；以及
所述马达，其与所述输出轴连结，
其中，
该控制方法包含如下内容：
根据要在所述扭力杆产生的扭力杆扭矩来生成向所述控制对象输入的输入扭矩，并对从所述方向盘向所述操舵者传递的反作用力进行控制；以及
根据所述控制对象的输出和标称模型来生成对所述输入扭矩进行校正的校正扭矩，
生成所述校正扭矩包含如下内容：在相对于所述控制对象与所述标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益为大致1的频带中，将所述控制对象的传递函数约束为所述标称模型的传递函数，
所述标称模型是考虑了所述操舵者对所述方向盘进行操舵时的机械特性的模型。
19.一种控制方法，对操舵机构中的至少包含马达在内的控制对象进行控制，
该操舵机构具有：
输入轴，其连结有由操舵者操舵的方向盘；
输出轴，其经由扭力杆而与所述输入轴连结；以及
所述马达，其与所述输出轴连结，
其中，
该控制方法包含如下内容：
根据要在所述扭力杆产生的扭力杆扭矩来生成向所述控制对象输入的输入扭矩，并对从所述方向盘向所述操舵者传递的反作用力进行控制；以及
根据所述控制对象的输出和标称模型来生成对所述输入扭矩进行校正的校正扭矩，
生成所述校正扭矩包含如下内容：在相对于所述控制对象与所述标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益为大致1的频带中，将所述控制对象的传递函数约束为所述标称模型的传递函数，
关于所述标称模型，所述标称模型的传递函数的次数为3以上。
20.一种控制方法，对操舵机构中的至少包含马达在内的控制对象进行控制，
该操舵机构具有：
输入轴，其连结有由操舵者操舵的方向盘；
输出轴，其经由扭力杆而与所述输入轴连结；以及
所述马达，其与所述输出轴连结，
其中，
该控制方法包含如下内容：
根据要在所述扭力杆产生的扭力杆扭矩来生成向所述控制对象输入的输入扭矩，并对从所述方向盘向所述操舵者传递的反作用力进行控制；以及
根据所述控制对象的输出和标称模型来生成对所述输入扭矩进行校正的校正扭矩，
生成所述校正扭矩包含如下内容：在相对于所述控制对象与所述标称模型的模型化误差的互补灵敏度函数的增益特性中的增益为大致1的频带中，将所述控制对象的传递函数约束为所述标称模型的传递函数，
所述标称模型是具有1个惯性系统与2个惯性系统之间的频率特性的模型。
CN202211672000.7A 2021-12-28 2022-12-26 控制装置、电动助力转向装置以及控制方法 Pending CN116353689A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021214884A JP2023098245A (ja) 2021-12-28 2021-12-28 制御装置、電動パワーステアリング装置、および制御方法
JP2021-214884 2021-12-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116353689A true CN116353689A (zh) 2023-06-30

Family

ID=86693603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211672000.7A Pending CN116353689A (zh) 2021-12-28 2022-12-26 控制装置、电动助力转向装置以及控制方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230202554A1 (zh)
JP (1) JP2023098245A (zh)
CN (1) CN116353689A (zh)
DE (1) DE102022214343A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020130466A (ja) * 2019-02-15 2020-08-31 株式会社三洋物産 遊技機
JP7234741B2 (ja) * 2019-03-28 2023-03-08 株式会社三洋物産 遊技機
JP7234740B2 (ja) * 2019-03-28 2023-03-08 株式会社三洋物産 遊技機
JP2023063369A (ja) * 2022-01-07 2023-05-09 株式会社三洋物産 遊技機
JP2023060269A (ja) * 2022-04-01 2023-04-27 株式会社三洋物産 遊技機
JP2023060270A (ja) * 2022-04-01 2023-04-27 株式会社三洋物産 遊技機

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7194326B2 (ja) 2017-04-13 2022-12-22 株式会社ジェイテクト モータ制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022214343A1 (de) 2023-06-29
US20230202554A1 (en) 2023-06-29
JP2023098245A (ja) 2023-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN116353689A (zh) 控制装置、电动助力转向装置以及控制方法
US9290200B2 (en) Vehicle power steering system
CN111278714B (zh) 转向操纵控制装置
US9731751B2 (en) Steering system
JP4269677B2 (ja) 電動パワーステアリング装置
WO2010001579A1 (ja) モータ制御装置およびそれを備えた車両用操舵装置
US8368343B2 (en) Motor control device
CN104661896A (zh) 电动助力转向装置
CN114245782B (zh) 电动助力转向装置、在电动助力转向装置中使用的控制装置以及控制方法
JP5376213B2 (ja) モータ制御装置
JP4385276B2 (ja) モータ制御装置
CN114312981A (zh) 电动助力转向装置、控制装置、控制方法以及电动机模块
CN116353691A (zh) 控制装置、电动助力转向装置以及控制方法
CN116353690A (zh) 控制装置、电动助力转向装置以及控制方法
CN113371061B (zh) 控制装置、控制方法和马达模块
US20230100977A1 (en) Motor control device, motor control method, motor module, and electric power steering device
US20230103267A1 (en) Motor control device, motor control method, motor module, and electric power steering device
US20230100945A1 (en) Motor control device, motor control method, motor module, and electric power steering device
JP2023050062A (ja) モータの制御装置、モータの制御方法、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置
US20220266894A1 (en) Electric power steering apparatus, control device used in electric power steering apparatus, and control method
WO2021256354A1 (ja) 電動パワーステアリング装置に用いられる制御装置、制御方法、およびモータモジュール
WO2023112944A1 (ja) 制御装置、および車線維持システム
CN114620121A (zh) 控制装置、控制方法、马达模块以及电动助力转向装置
JP2003306158A (ja) 電動パワーステアリング装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination